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1、1开发生物质能 发展能源农业摘要：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。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，2002年工资性收入占农民纯收入的 34.5，2003 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。 关键词：能源农业 基因工程 沼气 秸秆能源 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
2、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 209.3104J 的日光能，光合产物中有 46.9104J 的能量以化学能的形式固定下来。其余的 162.4104J 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 12，在贫瘠荒凉地区仅 0.1%，人工精心管理的农田生态系统有过 6%8的记录。1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），
3、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2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
4、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3（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、
5、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。2002 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 10.1 元，肉 25.3 元，菜 12.4 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，2002 年工资性收入占农民纯收入的 34.5，2003 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
6、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，2000 年进口达 7000万 t，2003 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 1.6-2.2 亿 t。4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
7、，保护生态环境4当前我国环境污染形势非常严峻。对环境污染最严重企业仍是养殖企业和农产品加工企业。2003 年通报点名批评的十家排污大户，8 家是农产品加工企业。据国家环保总局 2004 年第 1 周（2004 年 1 月 5 日2004 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：类水质的断面为 39 个，占 53.4%；类水质的断面为 10 个，占 13.7%；类水质的断面为 6 个，占 8.2%；劣类水质的断面为 18 个，占 24.7%。类以上劣质污水河流占 46.6。水体污
8、染中，农产品加工企业排出污染物的约占 12。特别是，劣类水的河段，农产品加工企业污染贡献率更高。 5全国人大 2003 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 17.3 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 1.7；到 2050 年，全国平均气温将上升 2.2；当大气中
9、二氧化碳浓度加倍时，全国平均气温将上升 2.9。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 1.9-2.3。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5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
10、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130120。对于基质来说，大
11、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 000mgL 以下的废水，而沼气发酵处理废水 COD 含量可以高达 10 000mgL 以上。如表 1 所示，各种农产品加6工废水，都可作为沼气发酵的原料。表 1 农产品加工转化企业排放水质特性7 原料名称PH 值CODmg.L-1BOD/mg.L-1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7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353.75.83.54.08104.04.64.65.33.55.011134.06.
12、083.57.53.56.01.53.24.47.07.86.57.57.28.230 00060 00011 400130 0009 40030 0003 0004 00010 00040 0003 00012 000 10 00020 000106 000157 0005 00040 0002 00011 0009 00043 00020 00060 00040 000150 00011 00026 00043 00077 000970 000116 28515 00030 0005 80067 0005 00015 0001 5002 0006 00025 0001 0007 0007
13、00012 00034 50042 5002 00018 0001 00075 0007 00033 35010 00030 00020 00060 0007 00013 00017 00032 0003、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，农产品加工企业的废水、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10沼气发酵可分为高温（50600C）、中温（30350C）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
14、。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 475084、GB 475184、GB475284）。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
15、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。我国不少企业兴办沼气，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
16、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11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？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，调动企业建设沼气的积极性，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
