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1、院士石元春:发展生物质产业发布日期：2005-3-2点击次数:1702地球上能量的终极来源，除形成之初集聚的核能与地热外，与我们关系最为密 切的是地球形成后持续来自太阳的辐射。绿色植物出现前，辐射能尽散失于大气, 唯绿色植物可利用日光能将它吸收的二氧化碳和水合成为有机物一碳水化合物， 将光能转化为化学能并贮存下来。绿色植物是光能转换器和能源之源，碳水化合 物是光能储藏库，生物质是光能循环转化的载体，连煤炭、石油和天然气也是地 质时代的绿色植物在地质作用影响下转化而成的。古老的新兴产业一万多年前，人类开始驯养野生动植物和发端了从事生物质生产的农业，使人 类从渔猎采集和穴居，走到丰美的平原，过上耕
2、耘养殖，丰衣足食的田园生活， 开创了五千年辉煌的农业文明。“民以食为天”，植物是人类生存繁衍所需能量和 营养，以至燃料的根本来源，生物质生产是最古老和全面意义上的“能源产业”。自进入工业社会，传统的生物质燃料已不能满足大量和集中供能的需要，19 世纪的煤炭和20世纪的石油天然气成为人类社会生产和生活的主要能量来源， 支撑了辉煌的工业文明。但好景不长，一二百年的强度开采与消费，这些非再生 的化石能源资源渐趋枯竭，及其对环境的沉重压力引起国际社会的极大忧虑。自 上世纪90年代，“登博斯宣言”、“21世纪议程”、“京都议定书”等相继面世，“可 持续发展”成为时代的最强音。当人们将目光聚集到可再生的清
3、洁能源时，生物质能源重新受到关注，成为可 再生能源中烁烁闪光的亮点，当然不会是简单地燃烧，而是基于现代技术的高效 利用。早在上世纪70年代的全球能源危机中，美国和巴西以玉米和II蔗生产的 燃料乙醇崭露头角，欧洲以油菜生产生物柴油，以林业废弃物固化成型燃烧，以 及沼气发电等都取得了成功，为古老的生物质产业洞开了 一个新的替代性能源窗 口，窥视到一片生机盎然的绚丽前景。现代的，或狭义的生物质产业概念，是指利用可再生或循环的有机物质，包括 农作物、树木和其它植物及其残体、畜禽粪便、有机废弃物，以及利用边际性土 地和水面种植能源植物为原料，通过工业性加工转化，进行生物基产品 (Biobasedprod
4、ucts)生物燃料(Biofuels)和生物能源(Bioenergy)生产的种新兴产 业。国家战略行动自上世纪末，化石能源渐趋枯竭，温室气体导致全球变暖，以及环境恶化的危 机感和紧迫感，使国际社会由理性呼吁和国际协议，发展到制订国家战略和采取对策行动。1997年，美国将生物质能源研究经费由1.96亿美元增加到4.42亿美元；继而 再追加2.4亿美元和提出未来十年减免税收21亿美元的政策；2000年国会通过 了“生物质研发法案”；2002年提出了发展和推进生物质基产品和生物能源 报告和生物质技术路线图，成立了“生物质项目办公室”和生物质技术咨询委 员会。美国计划2020年使生物质能源和生物质基产
5、品较2000年增加20倍，达到能 源总消费量的25%(2050年达到50%),每年减少碳排放量1亿吨和增加农民 收入200亿美元的宏大目标。路线图指出：“这份报告预示了一个充满活力的 新行业将在美国出现，它将提高我们的能源安全、环境质量和农村经济，它将生 产我们国家相当大一部分的电力、燃料、化学品和其它关键性产品”。欧盟委员会提出，到2020年，运输燃料的20%将用燃料乙醇等生物燃料替 代；日本有“阳光计划”；印度有“绿色能源工程计划”；加拿大惊呼本国生物质行 业落后于美欧和口本，大力调整政策和迎头赶上。世界经合组织(OCED)的最新 研究报告(2004年9月)指出：“各国政府应大力支持和鼓励
6、生物质能源领域的技 术创新，减小它与传统原油及天然气产品的价格差距，以最终达到替代的结果。”企业竞占先机“春江水暖鸭先知”，对新产品发展趋势的高度敏感是企业成功之道。英荷皇家壳牌石油公司估计，21世纪的前50年，生物质将提供世界化学品和 燃料的30%,世界市场份额达到1500亿美元；英国石油公司/美国国际石油公 司等也都开始了对生物质能源产品的投资。化工巨人巳斯福公司2003年宣布， 将以可再生的生物质资源作为化学品生产的主要原料；杜邦公司剥离石油资产， 购买了生物技术公司和组织农业综合企业，将2010年销售额的25%定位于生 物质产品；美国的森林工业已开始与电力、石油、化工公司合作，利用林木
7、废弃 物生产能源及化工产品。难怪今日美国2001年2月1日的一篇文章中说：“农 田作物有可能逐渐取代石油成为获得从燃料到塑料的所有物质的来源，黑金 也许会被，绿金所取代。”丰田公司用白薯淀粉基塑料制成了汽车配件；富干通公司用玉米淀粉基塑料替 代了计算机的槊料外壳；杜邦公司用玉米生产1, 3.内二醇(POD)的成本比化学 法降低了 25%O卡杰尔道氏公司用玉米淀粉发酵生产了聚乳酸(PLA)和其他多 种聚合物塑料后，美国生物工程技术协会宣称：“我们开始看到以玉米淀粉为原料的PLA生物材料在制造业的所有部 门中得到应用，这可能会彻底改造旧经济。用转基因作物和家畜改变了农业，现 在它正在改造工业。”多
8、功能与循环经济生物质能源如此受到重视，是与它的多功能和对资源的节约和循环使用有关 的。太阳能、风能、水能等可再生能源可以提供能量，但不能形成物质性生产；不 能像煤炭和石油那样形成庞大的煤化工和石油化工产业，生产出上千种能源等化 工产品。而生物质既是可再生能源，也能生产出上千种的化工产品，且因其主成 分为碳水化合物，在生产及使用过程中与环境友好，又胜化石能源一筹。再则，它以作物秸秆、畜禽粪便、林产废弃物、有机垃圾等农林废弃物和环境 污染物为原料，使之无害化和资源化，将植物蓄存的光能与物质资源深度开发和 循环利用；它利用边际性土地和水面种植能源植物，以增加土地和水面对太阳辐 射能量的吸存，堪称循环
9、经济之典范。重要的还在于，它是农业生产的一部分， 可以发展农村经济，增加农民收入，促进农业的工业化、中小城镇建设、富余劳 动力转移，以及缩小工农和城乡差别。生物质产业的这种多功能和对资源的循环利用，正是它的魅力所在。在中国， 它直扣“三农”、能源和环境三大主题，并起着全局性和实质性的推动作用。这个 重大的战略性历史机遇已经来到了我们的面前。“第三战场”和“四元结构”我国每年有7亿多吨作物秸秆，相当于农田生物量的70%或3.5亿吨标煤没 有很好利用，其中2亿吨被就地焚烧，污染大气；每年有2亿多万吨林地废弃物 未被利用和构成火灾隐患；每年有25余亿吨畜禽粪便及大量有机废弃物，相当 于3亿吨标煤未能
10、利用和成为水体的污染源；每年有1000多万公顷农田因覆盖 石油基塑料地膜而导致土壤肥力衰退。此外，尚有1亿多公顷（稍少于现耕地面 积）不宜垦为农田，但可种植高抗逆性能源植物的边际性土地。这些农林废弃物和边际性土地，对生物质产业而言，是一笔宝贵的能量资源和 物质财富。就总资源量，农林废弃物可年产出8亿吨标煤能量（相当于目前全国 年商品能源消费量的70%）；边际性土地种植能源植物可年产出或替代6亿吨 燃油（相当于目前全国石油年消费量的1倍）;可减排数亿吨CO2和消除作物秸秆 就地焚烧及畜禽粪便的污染；可用全降解生物基塑料替代不可降解的石油基塑 料，保护耕地肥力和根治白色污染；可以显著改善几千年来农
11、民一直过着的，能效极低和烟熏火燎的直燃式能源消费以及偏远山区农村至今无 电状况；可以新增约3万亿元产值（相当于现农业年总产值），提高农民收入，全 面推进农村工业化、城镇化和大量吸纳农村富余劳动力。几千年来，传统农业一直从事着稻麦棉、猪牛羊等初级农产品的生产，满足人 类生活的基本需要；工业化社会里，农业在提供初级农产品的同时，又以棉毛麻 丝、烟酒茶糖、果菜皮革等农产品向着食品和轻工业方向延伸。进入21世纪， 生物质产业则从原料到产品再为农业开创了第三战场，一个“三农”、能源和环境 并举，产品附加值高和市场潜力无限的第三战场。种植业不再是粮经饲三元结构, 而是粮经饲能四元结构。“凡战者，以正合，以
12、奇胜”，孙子兵法上说的是，以正面兵力布于主战场，而 以奇兵突击制胜，乃用兵之道。用在农业上，就是以“正面兵力”部署于初级农产 品生产的主战场，提高生产率和降低成本，这是涉面广、难度大、见效慢和长期 性的基本功。而生物质产业则从原料到产品，从资源环境另辟蹊径，在一个新的 突破口上发出奇兵，干净明快地取得制胜战果，收一箭三雕，全盘尽活之效。种出个“绿色大庆”自上世纪70年代，美欧等发达国家在发展生物质产业上已积累了许多经验。 现况是，美国年产燃料乙醇500万吨，巴西1300万吨；欧洲以油菜为原料年产 生物柴油200万吨，法国计划2010年达800 1000万吨；美国卡杰尔一道氏公 司己建成以玉米为
13、原料年产14万吨聚乳酸(PLA)及多种聚合物树脂；沼气发电和 固化成型燃烧在德国和北欧己经商品化。历时30余年的生物质能源产业己是星 火遍地和蓄势待发。我国石油储量是世界的2%,消费量是世界第二；二氧化硫和二氧化碳的排 量分居世界第一和第二位。石油进口由1994年的30()万吨增加到2004年的1.4 亿吨，进口依存度达46%o在我国，能源的多元化、可持续、与环境友好以及 降低进口依存度己是大势所趋，生物质能源将扮演重要角色。我国生物质能源产业刚刚起步，但势头很好。豫、吉、皖三省4套年产30万 吨燃料乙醇装置己建成投产和乙醇汽油销售开始封闭运行；我国自行培育的，具 高抗逆性和可全国种植的甜高粱
14、，每公顷能产燃料乙醇6吨，比甘蔗高30%, 比玉米高3倍，在新疆、内蒙古等地己有可喜进展。麻疯树籽粒含油率50%以 上，可直接生产生物柴油，西南地区已有上十万亩种植，计划2010年发展到1000 万亩。此外，淀粉基热塑性和聚乳酸树脂技术正酝酿突破，固化成型燃烧开始应 用，沼气是我国的强项。根据我国生物质资源特点和技术潜在优势，可以将燃料乙醇、生物柴油、生物 塑料，以及沼气发电和固化成型燃烧作为主产品。如能利用全国每年50%的作 物秸秆、40%的畜禽粪便、30%的林业废弃物，以及开发5%，约550万公 顷边际性土地种植能源植物和建设约1000个生物质转化工厂，其生产能力可相 当于5000万吨石油
15、的年生产能力，相当于一个大庆(年产4800万吨)，或2004 年全国石油总产量的29%，净进口量的35%。每增加1000万公顷能源植物 的种植与加工，相当于增加4500万吨石油的年生产能力，可见潜力之大。根据我国农业生态区资源特点，可建设以甜高粱和林区废弃物为主体的东北绿 色油田、以旱生灌草和甜高粱为主体的西北绿色油田、以甜高粱为主体的华北绿 色油田、以麻疯树和甜高粱为主体的西南绿色油田，以及以多种木本和草本能源 植物为主体的东南绿色油田。较之进口，绿色油田安全稳定，不必受制于人和付出外交代价。可行与“瓶颈”开辟农业“第三战场”和建设“绿色大庆”，可行吗?生物质产业直面我国“三农”、能源和环境
16、三大主题，是世界发展之大势和新兴 的朝阳产业，在宏观和战略上是可行的。战术层面上，生物质资源的丰度与成本, 原料生产与转化技术，以及产品市场等都是可行的。问题在于当前成本与价格尚 难与石油基产品竞争，瓶颈是如何通过技术进步以降低生产成本。煤与石油化工的炷技术体系形成已有近百年历史，而糖技术发展晚得多和不成 熟，但也因之而有相当大的技术改进与成本降低的空间。巴西以甘蔗生产燃料乙 醇1980年吨价849美元，1998年降到300美元以下。我国的陈化粮基乙醇吨价 3800元，而甜高粱基乙醇可降到2800元以下；油料作物基生物柴油吨价4000 元上下，麻疯树等木本油料基和垃圾油脂基生物柴油吨价可降到3000元以下。 新能源植物资源的发现和应用生物技术等进行能源植物的遗传改良，原料成本还 会有较大降低。工业转化技改的潜力也很大，如将普通酵母间歇发酵改进为基因工程
