开发生物质能发展能源农业.docx

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开发生物质能发展能源农业

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中国新能源【摘要】农业是人类以固定、转化太阳能，获取农产品为目的的生产活动。

种植业以固定太阳能为主，利用绿色植物进行光合作用，将无机物合成为葡萄糖、淀粉、脂肪和蛋白质等有机物,种植业又叫初级生产。

　　一、能源农业的概念和利用方式　　农业是人类以固定、转化太阳能，获取农产品为目的的生产活动。

种植业以固定太阳能为主，利用绿色植物进行光合作用，将无机物合成为葡萄糖、淀粉、脂肪和蛋白质等有机物,种植业又叫初级生产。

在光合作用中，每固定1克分子CO2，大约吸收×104J的日光能，光合产物中有×104J的能量以化学能的形式固定下来。

其余的×104J的能量在固定CO2过程中,以热能的形式消耗掉了。

由于人类培育了高产、高效、优质的农作物品种，为植物生长创造良好的生产条件，农业生产中植物固定太阳能的效率大幅度提高。

植物光合作用效率，一般在肥沃地区可达到1％－2％，在贫瘠荒凉地区仅%，人工精心管理的农田生态系统有过6%－8％的记录。

养殖业、农产品加工业则是以转化太阳能为主,又称次级生产。

养殖业生产的动物产品（肉、奶、蛋、毛、皮等），在转化过程中大量的能被消耗掉了,一部分以粪便形式排出，一部分能量以尿和气体（甲烷、氢）能形式排出。

在农产品加工中，除了提取主要产品外，还有大量的能量在排出的废水、废物中。

农产品转化过程中的畜禽粪便，农产品加工排出的废水、废料都可作为生物质能源加以开发利用。

　　所谓能源农业，就是以生产能源为目的的农业。

能源农业以生物质能源为主要开发对象，它包括四种能源利用方式［2］（图1）：

（一）直接燃烧方式　　直接燃烧方式可分为炉灶燃烧、锅炉燃烧、垃圾燃烧和固型燃料燃烧四种情况。

其中，固形燃烧是新推广的技术，它把生物质固化成型后，再采取传统的燃煤设备燃用。

其优点是充分利用生物质能源替代煤炭，可以削减大气CO2和SO2排放量。

（二）物化转换方式　　物化转换方式包括三方面，一是干馏技术；二是气化制生物质燃气；三是热解制生物质油。

其中，气化制生物质燃气技术推广面积较大，群众易于接受。

　　（三）生化转化方式　　生化转化方式有两种，一是厌氧消化制取沼气；二是通过酶技术制取乙醇液体燃料。

　　（四）植物油利用方式　　能源植物油是从油脂植物和芳香油（还原式烃）植物中提取的燃料油，经加工后，可以替代石油使用。

　　二、发展能源农业的重大意义　　

（一）拓宽农业服务领域，增加农民收入　　恩格尔指出：

在收入增加的时候，食品及生活必需品的支出占收入增加的比例递减。

随着经济的增长，人们基本生活需求得到满足后，消费热点将转向享乐型的产品，从而市场将减少食品、衣服的消费份额。

进入新世纪后，我国居民消费结构发生了很大变化，恩格尔系数降到38％。

20XX年城市居民收入增长2020元，人均食品消费只增长109元，占新增收入的5％，增加的因素主要是外出吃饭开支和烟、酒、茶的开支。

对粮、油、肉、菜的消费开支下降，粮食人均消费金额下降83元。

油元，肉元，菜元。

由于边际消费递减规律的作用，出现了农民收入增长难现象。

 1997年以来，农民收入中来自农业的收入一直没有增长，农民增收主要靠工资性收入，20XX年工资性收入占农民纯收入的％，20XX年增加到36％。

这个经济规律告述我们：

农业必须扩大服务领域，向农业的深度和广度进军。

农业不仅提供食品和纤维，还应提供能源和其它化工、医药等产品。

发展能源农业为农业拓宽了服务领域，同时也为农民增收开辟了新途径。

［3］　　

（二）缓解我国能源短缺，保证能源安全　　我国从1993年进口原油3000万t，成为原油净进口国，20XX年进口达7000万t，20XX年进口1亿t。

预计到2020年，中国的GDP可能达到5万亿美元，能源需求25亿t到30亿t标煤，其中石油缺口亿t。

开发生物质能源不但可行，而且非常紧迫。

农业要抓住这个契机，提出能源农业的发展战略，并把它发展成为一个大产业。

　　（三）治理有机废弃物污染，保护生态环境　　当前我国环境污染形势非常严峻。

对环境污染最严重仍是养殖和农产品加工。

20XX年通报点名批评的十家排污大户，8家是农产品加工。

据国家环保总局20XX年第1周（20XX年1月5日～20XX年1月11日），全国主要水系73个重点断面水质自动监测站八项指标（水温、pH、浊度、溶解氧、电导率、高锰酸盐指数、氨氮和总有机碳）的监测结果表明：

Ⅰ～Ⅲ类水质的断面为个，占%；Ⅳ类水质的断面为10个，占%；Ⅴ类水质的断面为6个，占%；劣Ⅴ类水质的断面为18个，占%。

Ⅳ类以上劣质污水河流占％。

水体污染中，农产品加工排出污染物的约占1／2。

特别是，劣Ⅴ类水的河段，农产品加工污染贡献率更高。

［5］全国人大20XX年对《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》执法检查，对农村固体废物污染问题提出严厉批评。

据调查我国畜禽养殖场的粪便产生量达亿吨。

80％的规模化畜禽养殖场缺乏必要的污染治理设施，畜禽粪便未经处理直接排入环境，严重污染空气和水体。

［6］我国温室气体排放已严重影响我国气候变化。

国家气象局局长秦大河介绍，中国科学家预估了未来中国气候的变化：

第一，中国气候将继续变暖。

到2020至203O年，全国平均气温将上升℃；到2050年，全国平均气温将上升℃；当大气中二氧化碳浓度加倍时，全国平均气温将上升℃。

第二，中国气候变暖的幅度由南向北增加。

到2030年，中国西北地区气温可能上升℃。

第三，中国不少地区降水出现增加趋势，东南沿海增加值最大。

长江中下游地区出现变干的趋势，华北和东北南部等一些地区出现继续变干的趋势。

　　（四）广泛应用生物技术，发展基因工程　　生物技术在培育能源作物，培育高效酶微生物方面大有作为。

国外用转基因方法获得柴油油菜新品种；用转基因技术获得分解秸秆纤维生产酒精的工程菌。

转基因技术应用于能源作物和能源微生物上，不受基因标识的限制，而应用在食物方面要求标识，因而受到很大限制。

为了促进学科发展，生物技术可选择能源作物和能源微生物方向大力研究和应用。

　　三、实施能源农业的重大工程　　

（一）沼气计划　　沼气是有机物质在厌氧条件下，经过微生物发酵生成以甲烷为主的可燃气体。

沼气发酵过程可分为两个阶段，即不产甲烷阶段和产甲烷阶段。

沼气发酵产生的三种物质，一是沼气，以甲烷为主，是一种清洁能源；二是消化液（沼液），含可溶性N、P、K，是优质肥料；三是消化污泥（沼渣），主要成分是菌体、难分解的有机残渣和无机物，是一种优良有机肥，并有土壤改良功效。

沼气的生成物有很高的应用价值。

很多人称：

“沼气百利，而无一害”。

　　沼气发酵有四个特点：

　　1、沼气微生物自身耗能少　　沼气发酵过程中，沼气微生物自身繁殖需要的能量是好氧微生物的1／30－1／20。

对于基质来说，大约90％的COD被转化为沼气。

　　2、沼气发酵能够处理高浓度的有机废物　　好氧条件下，一般只能处理COD含量在1 000mg／L以下的废水，而沼气发酵处理废水COD含量可以高达10 000mg／L以上。

如表1所示，各种农产品加工废水，都可作为沼气发酵的原料。

　　表1  农产品加工转化排放水质特性［7］原料名称　　PH值  COD／  BOD/酒精醪液　　白酒废水　　黄酒废水　　制革废水　　柠檬酸废水　　淀粉废水　　豆制品废水　　造纸黑液　　制药废液　　乳品加工废水　　高浓度啤酒废水　　味精废水　　糖蜜酒精废水　　猪粪水　　鸡粪水　　奶牛粪水　　3－5　　－　　－　　8－10　　－　　－　　－　　11－13　　－　　－　　－　　－　　－　　－　　－30 000－60 000　　11 400－130 000　　9 400－30 000　　3 000－4 000　　10 000－40 000　　3 000－12 000　　10 000－20 000　　106 000－157 000　　5 000－40 000　　2 000－11 000　　9 000－43 000　　20 000－60 000　　40 000－150 000　　11 000－26 000　　43 000－77 000　　70 000－116 285 15 000－30 000　　5 800－67 000　　5 000－15 000　　1 500－2 000　　6 000－25 000　　1 000－7 000　　7 000－12 000　　34 500－42 500　　2 000－18 000　　1 000－75 000　　7 000－33 350　　10 000－30 000　　20 000－60 000　　7 000－13 000　　17 000－32 000　　3、能处理的废物种类多　　沼气发酵可以处理人、畜粪便，作物秸秆，农产品加工的废水、废渣等。

沼气发酵除去了90％的有机质，余下的部分再经过耗氧处理，便可达到国家排放标准。

　　          4、沼气发酵受温度影响较大　　沼气发酵可分为高温（50－600C）、中温（30－350C）和常温（自然温度）。

高温发酵处理能力最强，中温次之，但需要一定的热能来维持所需要的恒定温度。

　　沼气计划应包括农村户用小型沼气和大中型沼气两个部分。

　　农村户用小型沼气技术已比较成熟，目前主推的是埋地圆柱形水压式沼气池，并已制定出国家标准（GB 4750－84、GB 4751－84、GB4752－84）。

这种沼气池解决了进料和出料的矛盾，可以连续生产。

农民不需冒生命危险去掏出沼渣。

北方在沼气池上加盖塑料大棚，使沼气与养猪种菜相结合，组装成“四位一体”模式，成功的解决了冬季沼气发酵问题。

各地从当地实际出发，把沼气与农民致富奔小康结合起来，形成生态家园富民计划，大大推进了农村户用沼气的发展，国家已列入西部大开发计划。

为了使农村户用小型沼气更符合国家经济建设和社会全面发展，建议：

1、国家进一步加大投资力度，满足广大农民的需求；2、突出重点。

一是解决生态脆弱区农民的燃料问题，巩固退耕还林成果，治理风沙危害。

二是解决南方血吸虫高发区的虫卵处理问题。

沼气发酵可以彻底处理血吸虫虫卵。

据卫生防疫部门检测结果：

在沼气池内，血吸虫卵秋季22天，冬季40天内，死亡100％。

通过沼气池的建设把厕所、畜圈连接起来，人、畜粪便进入沼气池，经过沼气发酵，杀死虫卵，切断血吸虫传播链。

　　大中型沼气主要用来处理城市污水、高浓度工业有机废水、人畜粪便及生活垃圾。

近20年，世界各国积极发展大中型沼气，创造出许多新的工艺，随着高效、常温厌氧消化工艺的开发，大中型沼气技术日臻成熟。

我国不少兴办沼气，开展综合利用，取得了显著的经济效益和生态效益。

如河南省南阳酒精总厂（天冠集团）先后建造了三座大型沼气池，集中处理了酒精醪液，形成了日供气4万m3的能力，满足了南阳市4万户的生活用气，污染排放接近于0，实现了社会效益、经济效益和生态效益三赢，形成了循环经济模式。

北京市蟹岛度假村，建了一座的沼气池和一座150亩水面的污水处理系统，度假村内部生活垃圾和人畜粪便全部进行厌氧消化，产生的清洁能源供炊事用气，消化液和沼渣作优质肥料用于生产无公害农产品。

生活污水处理后达到一级排放标准，回潅农田。

整个度假村实现了污染0排放。

当前我国环境污染日益严重，大中型沼气是消化有机污染物的最有效方式。

国家要把发展大中型沼气列入发展计划，制定促进大中型沼气发展的优惠政策，调动建设沼气的积极性，使我国大中型沼气的发展出现一个良好发展的新局面。

既生产可再生能源，又促进污染环境的治理。

（二）酒精计划　　酒精学名乙醇，是由碳、氢、氧三种元素组成的有机化合物，结构是C2H5OH。

酒精生产方法有化学合成法和生物发酵法。

化学合成法酒精含杂质较多，其应用受到限制。

生产上主要采用生物发酵法。

制造酒精的原料可以是淀粉质原料、糖蜜原料、纤维原料和亚硫酸造纸废液。

　　酒精是一种清洁能源。

少量使用可代替四乙基铅和ETBE（乙基叔丁基醚）作汽油的防爆剂。

大量使用则可与汽油混合制造汽油醇作汽车燃料。

汽油醇作燃料可减少汽油燃烧对大气的污染，还可增加汽油辛烷值，提高燃烧效率。

　　20XX年4月8日原国