張威1,安玉興2
(1.廣東省科學(xué)學(xué)與科技管理研究會(huì),廣東廣州 510033;2.廣州甘蔗糖業(yè)研究所,廣東廣州510316)
摘要:為解決當(dāng)前全球能源匱乏的問(wèn)題,充分利用生物質(zhì)能源,利用可再生能源部分替代日漸枯竭的化石能源,已成為當(dāng)前許多國(guó)家的能源戰(zhàn)略。“泛珠三角”的廣東、廣西等省(區(qū))應(yīng)充分發(fā)揮地理及科技優(yōu)勢(shì),開(kāi)展以甘蔗等農(nóng)作物為原料,制作燃料乙醇的研究與開(kāi)發(fā)工作,推進(jìn)科技合作、資源共享、成果共享,探索出一條區(qū)域科技合作的新途徑。
最近國(guó)際市場(chǎng)油價(jià)一路飆升,2005年9月初,美國(guó)油價(jià)突破每桶70美元大關(guān)。颶風(fēng)“卡特里娜”嚴(yán)重打擊新奧爾良市后,迫使幾十萬(wàn)居民背井離鄉(xiāng),幾個(gè)煉油廠停產(chǎn),石油供應(yīng)中斷。美國(guó)宣布動(dòng)用戰(zhàn)略儲(chǔ)備石油。據(jù)國(guó)際貨幣基金組織和美國(guó)高盛公司預(yù)測(cè):國(guó)際市場(chǎng)原油價(jià)格有可能突破每桶100美元,到達(dá)105美元的高位。
我國(guó)在不到一年的時(shí)間內(nèi),成品油市場(chǎng)銷(xiāo)售價(jià)格近成倍增長(zhǎng),廣東省僅一年內(nèi)油價(jià)就上漲五次。到2005年5月,原油出廠價(jià)格同比增幅達(dá)68.45%、成品油同比增長(zhǎng)25.44%。八、九月份又出現(xiàn)了罕見(jiàn)的成品油短缺。以上種種跡象表明,高油價(jià)的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。
此次漲價(jià),源于世界一些產(chǎn)油國(guó)局勢(shì)動(dòng)蕩、游資炒作及自然災(zāi)害等因素。我國(guó)現(xiàn)為石油凈進(jìn)口國(guó),對(duì)國(guó)外石油的依賴程度將迫使我國(guó)越來(lái)越受世界石油市場(chǎng)等不確定因素的影響。據(jù)有關(guān)資料顯示:2050年我國(guó)的能源需求將達(dá)到30億噸油當(dāng)量,而國(guó)內(nèi)能源供應(yīng)將面臨潛在的總量短缺。能源問(wèn)題,有可能成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活需求的瓶頸,節(jié)能并尋找新的可替代能源是擺脫困境、掌握主動(dòng)權(quán)的最佳途徑。
1發(fā)展生物質(zhì)能源已成為許多國(guó)家的戰(zhàn)略任務(wù)
在世界范圍內(nèi),礦物石油資源的儲(chǔ)備總是有限的。有人估計(jì),50年后石油資源將趨于枯竭,但各國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)石油的需求卻在不斷增長(zhǎng),今后一個(gè)時(shí)期內(nèi)將會(huì)急速增長(zhǎng)。我們遲早將面臨石油短缺問(wèn)題,它將會(huì)嚴(yán)重影響到國(guó)家安全與經(jīng)濟(jì)安全。研究石油的替代品問(wèn)題,開(kāi)發(fā)可再生的生物質(zhì)能源已成為一項(xiàng)世界性的迫切課題。
據(jù)報(bào)導(dǎo),全球生物質(zhì)能源的儲(chǔ)量為1800億t,相當(dāng)于640億t石油。利用“綠金”代替“黑金”,以生物乙醇、生物柴油、生物發(fā)電、生物氫等生物質(zhì)能源部分替代石油燃料,已經(jīng)成為21世紀(jì)能源發(fā)展的重要選擇。
2燃料乙醇等生物質(zhì)能源成為當(dāng)前世界能源作物研究和應(yīng)用領(lǐng)域的熱點(diǎn)
19世紀(jì),發(fā)明家亨利·福特和德國(guó)工程師魯?shù)婪?middot;迪歇爾就曾嘗試?yán)脧闹参镏刑崛〉奈镔|(zhì)作為燃料來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)器。
但由于那時(shí)的石油價(jià)格比較低廉,因此,石油成為了人們使用燃料的主流產(chǎn)品。隨著石油價(jià)格不斷上升,乙醇(酒精)燃料和生物柴油等生物燃料以其無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)開(kāi)始嶄露頭角,生物質(zhì)能源再度受到人們的關(guān)注。
生物質(zhì)能源是太陽(yáng)能以化學(xué)能形式儲(chǔ)存在生物中的一種能量形式,它直接或間接地來(lái)源于植物的光合作用,是以生物質(zhì)為載體的能量。生物質(zhì)主要指薪柴、農(nóng)林作物、農(nóng)作物殘?jiān)?、?dòng)物糞便和生活垃圾等。
生物質(zhì)能技術(shù)就是把生物質(zhì)轉(zhuǎn)變成為能源,然后用作汽車(chē)和工廠的燃料及用于制造各種化學(xué)產(chǎn)品。因此,加速生物質(zhì)能源開(kāi)發(fā)是人類面臨化石能源(煤、石油、油頁(yè)巖等)日益枯竭嚴(yán)峻形勢(shì)下解決能源危機(jī)的一條重要出路。
生物質(zhì)能源用途廣泛,如:利用甘蔗、木薯可制造乙醇,乙醇可單獨(dú)使用或摻一定比例到汽油中制成混合燃料,可用于汽車(chē)、輪船乃至航空業(yè)。其蘊(yùn)藏量極大,僅地球上植物每年的生物能源生產(chǎn)量,就相當(dāng)于目前人類消耗礦物能的2O倍。涉及生物質(zhì)能源的能源農(nóng)業(yè)和能源林業(yè)等概念已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外形成,并通過(guò)試驗(yàn)、示范逐步成熟。有些現(xiàn)代生物質(zhì)能源工業(yè)技術(shù)已經(jīng)成熟,并進(jìn)入推廣應(yīng)用階段。
20世紀(jì)50年代,隨著石油的大規(guī)模開(kāi)采利用,高成本的乙醇逐漸被人們淡忘,直至1973年發(fā)生了世界石油危機(jī),乙醇等生物質(zhì)能源的生產(chǎn)又再度受到人們的關(guān)注。
目前,生物質(zhì)能源的研究和利用已在全世界興起,許多國(guó)家都制定了相應(yīng)的研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃,如日本的陽(yáng)光計(jì)劃、印度的綠色能源工程、英國(guó)的可再生能源計(jì)劃、美國(guó)的能源農(nóng)場(chǎng)和巴西的乙醇能源計(jì)劃等。其他諸如丹麥、荷蘭、德國(guó)、法國(guó)、加拿大、芬蘭等國(guó),多年來(lái)一直在進(jìn)行各自的研究與開(kāi)發(fā),并形成了各具特色的生物質(zhì)能源研究與開(kāi)發(fā)體系,擁有各自的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
在美國(guó),目前生物質(zhì)能占能量供給的3%,已經(jīng)超過(guò)水力電能,成為國(guó)內(nèi)最大的可再生能量來(lái)源。早在1978年美國(guó)就制訂生物質(zhì)燃料計(jì)劃,近30年來(lái),美國(guó)已通過(guò)數(shù)十項(xiàng)法案,從能源、交通、稅收、環(huán)保、農(nóng)業(yè)等方面,對(duì)汽油醇予以支持。美國(guó)利用其豐富的玉米資源生產(chǎn)燃料乙醇,目前,乙醇的產(chǎn)量為每年34億加侖。據(jù)美國(guó)有關(guān)部門(mén)的調(diào)查,使用汽油醇作為燃料,可明顯降低汽車(chē)廢氣的排放,一氧化碳排放量降低20%一30%,二氧化碳降低27%。除有利于環(huán)保外,汽油醇的推廣也為美國(guó)帶來(lái)了可觀的綜合效益。以1997年為例,全年美國(guó)汽車(chē)燃料共使用酒精512萬(wàn)t,轉(zhuǎn)化玉米1500萬(wàn)t,占美國(guó)當(dāng)年玉米總產(chǎn)量的7%。
為社會(huì)提供了19.52萬(wàn)個(gè)就業(yè)機(jī)會(huì),并使聯(lián)邦政府多收入36億元。目前已有22個(gè)州使用85%乙醇、15%汽油的混合燃料,僅夏威夷州每年汽油乙醇的用量高達(dá)1.75億L。
在法國(guó),生物能源近兩年在能源結(jié)構(gòu)中增長(zhǎng)迅猛。由于生物能源的快速發(fā)展,法國(guó)2010年有望實(shí)現(xiàn)將可再生能源產(chǎn)量提高50%的目標(biāo)。用生物質(zhì)能源替代煤、石油等傳統(tǒng)能源,幾年后可為法國(guó)每年節(jié)省1100萬(wàn)t的石油進(jìn)口,價(jià)值相當(dāng)于25億一30億歐元。不過(guò),目前使用生物能源的成本比石油高兩倍,因此法國(guó)政府將對(duì)推廣生物能源提供財(cái)政支持。
在日本,20世紀(jì)80年代以來(lái),通產(chǎn)省化學(xué)技術(shù)研究所、京都大學(xué)大木材所等均在多方面進(jìn)行生物質(zhì)能源的開(kāi)發(fā)研究,并己興建由纖維素生產(chǎn)乙醇綜合工廠。
開(kāi)發(fā)生物質(zhì)能源,利用農(nóng)作物生產(chǎn)乙醇燃料,巴西已走在了所有國(guó)家的前面。1975年,巴西政府在世界上首倡“汽油醇計(jì)劃”,1977年正式以20%酒精比例在首府圣保羅市實(shí)施,1980年提高到22%的比例在全國(guó)推行。如今,巴西甘蔗田可以支持320個(gè)乙醇廠運(yùn)作,銷(xiāo)售價(jià)格則大約每噸25美元,比原油價(jià)格便宜一半還多。有1/3以上的汽車(chē)完全使用乙醇,其余大部分燃用25%的乙醇汽油混合燃料。
同時(shí),巴西的乙醇油輪已經(jīng)在四大洋上頻繁來(lái)往,向韓國(guó)、日本等缺油國(guó)供應(yīng)燃料。25年來(lái)實(shí)施的“汽油醇計(jì)劃”給巴西帶來(lái)了三大收益:“形成了獨(dú)立的經(jīng)濟(jì)能源運(yùn)行系統(tǒng),刺激了農(nóng)業(yè)、酒精工業(yè)及相關(guān)行業(yè)大發(fā)展,大氣和生態(tài)環(huán)境顯著改善。”有人預(yù)言,巴西不久將成為下一個(gè)沙特阿拉伯。
從20世紀(jì)80年代起,德國(guó)、荷蘭、加拿大、瑞典等發(fā)達(dá)國(guó)家也開(kāi)始了汽油醇的推廣。到1995年前后,英、法、南非、古巴、泰國(guó)等越來(lái)越多的國(guó)家也紛紛加入到這個(gè)行列中。
我國(guó)能源資源總量豐富,但人均資源遠(yuǎn)低于世界平均水平。我國(guó)基本上是一個(gè)農(nóng)業(yè)國(guó)家,農(nóng)村人口占總?cè)丝诘?0%以上,生物質(zhì)一直是農(nóng)村的主要能源之一,在國(guó)家能源構(gòu)成中占有重要地位。2000年我國(guó)正式提出乙醇汽油的能源發(fā)展計(jì)劃,2001年國(guó)家公布《變性燃料乙醇》和《車(chē)用乙醇汽油》標(biāo)準(zhǔn),2003年在東北三省展開(kāi)了乙醇汽油的試點(diǎn)工作,2004年2月國(guó)家發(fā)改委聯(lián)合8個(gè)部委共同印發(fā)了《車(chē)用乙醇汽油擴(kuò)大試點(diǎn)方案》。我國(guó)推廣乙醇汽油的速度超出人們的想象,至2005年4月12日,我國(guó)計(jì)有吉林、江蘇、河南、安徽、山東、黑龍江等9省推廣乙醇汽油使用。目前,我國(guó)在吉林省建立了世界上最大的乙醇燃料設(shè)備,廣西目前也正在興建一間年產(chǎn)量50萬(wàn)t的乙醇生產(chǎn)廠。
如今,生物質(zhì)能源在我國(guó)已是僅次于煤炭、石油和天然氣的第四位能源資源。充分利用我國(guó)幅員遼闊、生物質(zhì)豐富的資源優(yōu)勢(shì),探索利用生物質(zhì)能源的路子,迅速提高生物質(zhì)能源在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的比重,是我國(guó)的重大能源戰(zhàn)略問(wèn)題。
3能源蔗制乙醇產(chǎn)業(yè)是發(fā)展生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)的突破口
近年來(lái),高產(chǎn)的能源作物作為現(xiàn)代生物質(zhì)能資源已引起各國(guó)的廣泛關(guān)注,如甘蔗、甜高梁、甘薯、木薯、芭蕉芋、綠玉樹(shù)、巨藻等。
我國(guó)目前推廣使用的燃料乙醇幾乎全部是糧食乙醇,成本較高,國(guó)家對(duì)此實(shí)行補(bǔ)貼政策。甘蔗乙醇相對(duì)糧食乙醇來(lái)說(shuō),在成本上具有較大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),用它替代部分汽油在經(jīng)濟(jì)上是可行的。因此,能源蔗制乙醇產(chǎn)業(yè)是發(fā)展生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)的突破口。
甘蔗是世界公認(rèn)的綜合利用價(jià)值最高的能源作物,是最好的可再生的生物質(zhì)能源作物之一。它具有高產(chǎn)量、高度集中、高凈能比的特點(diǎn)。
所謂高產(chǎn)量,是指甘蔗生物產(chǎn)量高。以廣東、廣西來(lái)講,目前甘蔗畝產(chǎn)量平均約4t,即每hm260t。如果把目前的產(chǎn)糖為主的甘蔗品種更換為以產(chǎn)能源乙醇為主的品種,則畝產(chǎn)可以達(dá)平均6—8t。甘蔗的莖葉可全部利用。
所謂高度集中,是指已經(jīng)可能把農(nóng)業(yè)上種植的甘蔗通過(guò)運(yùn)輸高度集中到糖廠或乙醇廠,集中起來(lái)形成規(guī)模生產(chǎn)能力。
所謂高凈能比,是指甘蔗的光合作用月自力強(qiáng)。凈能比(輸出總能量與輸入總能量的比)高達(dá)2.7,比甜菜、玉米、木薯、甜高梁等還要高得多。如以能源等甘蔗單位面積乙醇產(chǎn)量而言,甘蔗每年每hm2土地產(chǎn)量可達(dá)70t(見(jiàn)表1),而木薯只有40t,玉米、稻谷只有5t;可生產(chǎn)的乙醇產(chǎn)量,能源蔗年每hm地可生產(chǎn)乙醇4900ks,玉米、稻谷為2000多,而小麥只有560kg。

表1是印度《國(guó)家糖業(yè)管理聯(lián)合會(huì)》主席曼奴夏.勞(P.J.M.RaO)撰文比較各種能源作物單位面積乙醇產(chǎn)量數(shù)字,認(rèn)為甘蔗與木薯產(chǎn)量最高。雖然此數(shù)據(jù)與我國(guó)的實(shí)際產(chǎn)量未必完全相同(特別是南、北方與中部地域地理?xiàng)l件不同產(chǎn)量會(huì)存在差異),但是,結(jié)合我國(guó)甘蔗制乙醇與玉米制乙醇的比較(表2)可以看出,相同面積下甘蔗產(chǎn)生的能源產(chǎn)量位居前列是肯定的。

4“泛珠三角”開(kāi)展能源蔗制乙醇科技合作的優(yōu)勢(shì)
“泛珠三角”合作區(qū)域覆蓋了中國(guó)甘蔗生產(chǎn)三大優(yōu)勢(shì)區(qū)域,甘蔗種植面積和蔗糖產(chǎn)量占全國(guó)的99%,對(duì)中國(guó)糖業(yè)起著絕對(duì)的主導(dǎo)作用。我們認(rèn)為,開(kāi)展“泛珠三角”能源蔗制乙醇的科技合作具有明顯優(yōu)勢(shì)。
4.1地理優(yōu)勢(shì)。“泛珠三角”的廣東、廣西、云南、福建等省(區(qū))地處我國(guó)的南方,13光充足,雨量充沛,緯度、氣候與巴西相似,生物質(zhì)資源十分豐富,發(fā)展能源甘蔗有著得天獨(dú)厚的自然資源條件。
4.2從業(yè)人數(shù)優(yōu)勢(shì)。目前,我國(guó)約有4000多萬(wàn)種植原料蔗的農(nóng)民和3000多萬(wàn)與糖業(yè)生產(chǎn)有關(guān)的產(chǎn)業(yè)工人隊(duì)伍。其中僅廣東、廣西、云南就有2800多萬(wàn)蔗農(nóng),占全國(guó)蔗農(nóng)總數(shù)的70%。
4.3農(nóng)作物品種優(yōu)勢(shì)。“泛珠三角”地區(qū)農(nóng)作物品種豐富,例如,粵桂兩省區(qū)的甘蔗、木薯,云南省的農(nóng)作物桔稈及林木,均是生物質(zhì)能源開(kāi)發(fā)利用的資源優(yōu)勢(shì)。
眾說(shuō)周知,我國(guó)的甘蔗產(chǎn)業(yè)主要在南方,現(xiàn)今產(chǎn)業(yè)規(guī)模最大的當(dāng)推廣西,規(guī)模較大的還有廣東、海南、福建、云南等省份。在“泛珠三角”生物質(zhì)能源科技合作中,是最具潛力、最需要優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)進(jìn)行合作的,同時(shí)可以通過(guò)科技合作促進(jìn)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的項(xiàng)目之一。
4.4科研、技術(shù)優(yōu)勢(shì)。廣東、廣西、福建等省地區(qū)的研究院所、大專院校,在甘蔗品種改良、原料蔗生產(chǎn)領(lǐng)域的科研和生產(chǎn)技術(shù)等方面具有雄厚的科研實(shí)力和技術(shù)積累,在甘蔗產(chǎn)業(yè)鏈的研發(fā)方面,集中著我國(guó)主要的科技力量。其中,廣東省是甘蔗育種的源頭,其栽培技術(shù)水平一直處在全國(guó)的前列。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),我國(guó)大陸自育甘蔗良種163個(gè),全部是由廣東省提供的雜交甘蔗種子選育而成。
5“泛珠三角”開(kāi)展能源蔗制乙醇產(chǎn)業(yè)科技合作的意義
泛珠三角開(kāi)展能源蔗制乙醇產(chǎn)業(yè)的科技合作,除在能源領(lǐng)域具有重要意義外,還在促進(jìn)解決“三農(nóng)”問(wèn)題、促進(jìn)生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展,發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)等方面具有重要意義。
5.1有利于解決“三農(nóng)”問(wèn)題。能否在2010年實(shí)現(xiàn)全面建設(shè)小康社會(huì)的目標(biāo),關(guān)鍵是看“三農(nóng)”問(wèn)題能否解決好。以廣東為例:發(fā)展能源甘蔗可拉動(dòng)甘蔗價(jià)格上漲(從糖蔗200元/t上升到糖能蔗250元/t)、可提高單位面積產(chǎn)量(從1/15hm產(chǎn)糖蔗4t到產(chǎn)糖能蔗6—8t)。按廣東種植10一13.3萬(wàn)hm2糖能蔗計(jì)算,單農(nóng)業(yè)就可增收14.25—20億元。同時(shí),可大大推動(dòng)農(nóng)業(yè)工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程,有效拉動(dòng)就業(yè)和再就業(yè)工程,促進(jìn)農(nóng)民增收、農(nóng)業(yè)增效和農(nóng)村穩(wěn)定繁榮。
5.2促進(jìn)生物技術(shù)、生物經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。能源作物的研究利用涉及農(nóng)業(yè)生物、工業(yè)微生物和工業(yè)生物催化等生物技術(shù)領(lǐng)域的核心、前沿技術(shù)。從農(nóng)業(yè)作物育種角度講,能源作物育種具有無(wú)禁區(qū)的優(yōu)勢(shì),不僅可以極大地發(fā)揮生物技術(shù)的潛能和作用,而且有助于抓住當(dāng)前世界生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略機(jī)遇,主動(dòng)迎接生物經(jīng)濟(jì)時(shí)代,搶占生物技術(shù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展前沿和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)制高點(diǎn),實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。
5.3促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。從能源蔗種植、制造燃料乙醇、蔗渣利用、廢液處理與資源化利用、高附加值糖基產(chǎn)品的多層次開(kāi)發(fā)利用到下游產(chǎn)品如生物乙烯、生物氫等,是一條很長(zhǎng)的產(chǎn)業(yè)鏈,通過(guò)進(jìn)一步的研究開(kāi)發(fā),可以成為循環(huán)經(jīng)濟(jì)的典型。
6開(kāi)展“泛珠三角”生物質(zhì)能源科技合作的措施
(1)建議將能源作物研究利用及其下游產(chǎn)品技術(shù)列入廣東、廣西、福建、云南等省(區(qū))“十一五”科技發(fā)展規(guī)劃和中長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃。在重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、公共實(shí)驗(yàn)室、科研基地建設(shè)、科研項(xiàng)目、成果轉(zhuǎn)化基金、產(chǎn)業(yè)化扶持基金等方面給予重點(diǎn)支持。并在各省(區(qū))工作的基礎(chǔ)上,制定一個(gè)發(fā)展規(guī)劃。
(2)建議泛珠三角相關(guān)省(區(qū))聯(lián)合建立一個(gè)有政府官員和專家學(xué)者組成的指導(dǎo)小組,來(lái)協(xié)調(diào)此方面的工作。
(3)研究相關(guān)政策。據(jù)現(xiàn)狀看,面臨兩大政策問(wèn)題:一是油價(jià)漲落可能帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn);二是能源乙醇的稅負(fù)和農(nóng)用、醫(yī)用酒精稅負(fù)的差異問(wèn)題。此外,還涉及農(nóng)用土地政策、甘蔗收購(gòu)政策等問(wèn)題。建議組織力量進(jìn)行研究。
(4)由于甘蔗制乙醇的研究涉及農(nóng)業(yè)、發(fā)酵、生物、乙醇應(yīng)用技術(shù)等多學(xué)科、多領(lǐng)域和多部門(mén),因此,“泛珠三角”相應(yīng)地區(qū)應(yīng)搭建適于聯(lián)合攻關(guān)、聯(lián)合作戰(zhàn)的創(chuàng)新平臺(tái),以促進(jìn)能源作物領(lǐng)域共性關(guān)鍵技術(shù)的突破和行業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的形成。發(fā)揮各省資金、技術(shù)、人才等優(yōu)勢(shì),實(shí)現(xiàn)資源共享,達(dá)到事半功倍、雙贏的效果。
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