馬志林，祁 鵬，馮長松

(1.河南省水利科學研究院，河南 鄭州 450003； 2.河南省水利工程安全技術(shù)重點實驗室，河南 鄭州 450003；3.華北水利水電大學，河南 鄭州 450011； 4.河南省農(nóng)業(yè)科學院 畜牧獸醫(yī)研究所，河南 鄭州 450008)

我國能源草發(fā)展的主要問題與對策

馬志林1，2，祁 鵬3，馮長松4

(1.河南省水利科學研究院，河南 鄭州 450003； 2.河南省水利工程安全技術(shù)重點實驗室，河南 鄭州 450003；3.華北水利水電大學，河南 鄭州 450011； 4.河南省農(nóng)業(yè)科學院 畜牧獸醫(yī)研究所，河南 鄭州 450008)

能源草；生物質(zhì)能源；對策

生物質(zhì)能是僅次于石油、煤炭和天然氣位居世界第四位的能源，而能源草被認為是最有發(fā)展?jié)摿Φ纳镔|(zhì)能源材料之一，以生長速度快、生物量大、抗逆性強、適應(yīng)性廣并適宜在邊際土地種植等特點，具有廣闊的發(fā)展前景。我國對能源草的開發(fā)利用研究尚處于初級或空白階段，能源草的發(fā)展存在品種資源缺乏、基礎(chǔ)科研投入不足、缺乏政策支持、農(nóng)民種植積極性不高、收集和貯運方面的經(jīng)驗不足、關(guān)鍵技術(shù)缺乏、可能對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生負面影響等問題。為此，提出了促進我國能源草發(fā)展的對策與建議：加大政策支持力度，明確產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向；加大科研投入，加強科學研究，突破關(guān)鍵技術(shù)；強化示范項目帶動戰(zhàn)略；加強國際交流合作；注意生態(tài)保護。

1 能源草發(fā)展的趨勢

隨著化石能源迅速消耗，世界各主要大國把發(fā)展新能源與可再生能源作為了新一輪產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點。生物質(zhì)能是僅次于石油、煤炭和天然氣而位居世界第四位的能源，越來越受到世界各國的高度關(guān)注。世界生物質(zhì)能源大國巴西生物液體燃料產(chǎn)量已達到1 750萬t/a，燃料乙醇已替代50%的汽油[1]。我國也高度重視生物質(zhì)能發(fā)展，國家《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》(發(fā)改能源〔2007〕2174號)明確提出，“從長遠考慮，要積極發(fā)展以纖維素生物質(zhì)為原料的生物液體燃料技術(shù)”；“十一五”以來，我國生物質(zhì)能利用技術(shù)也取得明顯進展。在生物質(zhì)能源利用中，以纖維素類生物質(zhì)作為主導原料，已經(jīng)成為國際社會、國內(nèi)權(quán)威專家和政府的共識[2]。目前中國及世界關(guān)于纖維素乙醇的研究與示范項目主要集中于作物秸稈，尤其是玉米秸稈。農(nóng)林秸稈廢棄物理論總量大，但由于低密度零散分布，收集運輸成本高，因而實際可利用率低[2]。能源草以生長速度快、生物量大、抗逆性強、適應(yīng)性廣并適宜在邊際土地種植等特點，具有廣闊的發(fā)展前景，在生物質(zhì)原料中扮演著越來越重要的角色。利用能源草生產(chǎn)生物質(zhì)能源可緩解煤炭、石油的供應(yīng)壓力，有效利用農(nóng)閑田，改良土壤結(jié)構(gòu)，提高生物多樣性，減少有害氣體排放等[3]，是未來發(fā)展的趨勢，因此能源草被認為是最有發(fā)展?jié)摿Φ纳镔|(zhì)能源材料之一[4-5]。著名農(nóng)業(yè)生態(tài)學家、原農(nóng)業(yè)部科技司司長、現(xiàn)任中國農(nóng)業(yè)大學生物質(zhì)工程中心主任的程序教授曾率先向中央提出大力研發(fā)生物質(zhì)能源/材料的建議，并撰文指出，能源牧草堪當未來生物能源之大任。推廣種植多年生能源草，不僅是國際環(huán)保的大勢所趨，而且也是農(nóng)業(yè)經(jīng)濟與改善土壤的要求所致[6]。歐、美、日等發(fā)達國家正潛力發(fā)展能源草，研究開發(fā)各種能源草品種。美國非常看好多年生能源草的未來利用潛能，已在佛羅里達東南部等州種植了大面積的柳枝稷，并進行了多元化能源利用研究，如混燃發(fā)電、與煤炭共氣化、制作固體成型燃料等[7]，在原料種植和收集上積累了豐富的經(jīng)驗。一些國際先進生產(chǎn)企業(yè)也開始進行能源草纖維素乙醇示范開發(fā)利用，如意大利M&G集團利用蘆竹進行乙醇生產(chǎn)，美國BP Hightlands項目利用柳枝稷生產(chǎn)乙醇。我國的研究主要集中于能源草資源的開發(fā)、種植管理和轉(zhuǎn)化工藝的改良等[8]。

盡管能源草可在一定程度上緩解能源危機、改善環(huán)境，但其存在的問題也應(yīng)引起人們的重視[8]?？偟膩碚f，我國對能源草的開發(fā)利用研究，包括品種選育、對邊際土地的適應(yīng)性、穩(wěn)定性、種植示范、田間管理與收集運輸、燃料開發(fā)示范等方面，尚處于初級或空白階段，企業(yè)和社會對能源草的了解也非常有限，真正的產(chǎn)業(yè)鏈還遠未形成，現(xiàn)階段亟待解決的問題主要集中于原料階段，如優(yōu)良品種的培育、原料收集與運輸、示范種植項目的推廣，以及產(chǎn)業(yè)政策、基礎(chǔ)科研等。隨著能源草生物質(zhì)能源示范項目的開展，產(chǎn)業(yè)的上下游結(jié)合及下游問題，如原料貯藏、加工轉(zhuǎn)化核心技術(shù)、關(guān)鍵設(shè)備、技術(shù)集成與產(chǎn)業(yè)化規(guī)模等問題也將逐步呈現(xiàn)。

2 能源草發(fā)展存在的主要問題

2.1 品種資源缺乏

要大力發(fā)展生物質(zhì)能源，能源植物的種質(zhì)資源是保證[9]。要大規(guī)模種植利用能源草，就要求其品種必須具備抗逆性強、適應(yīng)性強、品系穩(wěn)定、生物量大的特征。作為液體燃料利用的原料，還要求纖維素及半纖維素含量高，木質(zhì)素含量低。但目前仍缺乏這種高品質(zhì)優(yōu)良品種，現(xiàn)有品種難以滿足規(guī)?；I(yè)需求，制約了能源草的總體發(fā)展和不同地區(qū)發(fā)展方式的選擇[8]。

2.2 基礎(chǔ)科研投入不足，缺乏示范項目帶動

世界各國對能源草生物液體燃料的利用潛能寄予了厚望[10]，我國也把能源草利用研究提上了日程，但基礎(chǔ)科研投入仍顯不足。能源草資源調(diào)查、收集、評價，品種篩選與培育，環(huán)境抗逆性，生態(tài)適應(yīng)性，以及生物液體燃料轉(zhuǎn)化等各方面的研究都很薄弱，對能源草生物液體轉(zhuǎn)化等關(guān)鍵技術(shù)缺乏針對性研究，很多研究領(lǐng)域仍為空白；整個能源草生物質(zhì)能源利用研究處于分散、無序的初始狀態(tài)。能源草示范種植與利用項目很少，而能源草品種培育、產(chǎn)量優(yōu)化、抗逆性、適應(yīng)性、穩(wěn)定性的研究必須通過示范項目來實現(xiàn)。

2.3 缺乏政策支持，產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟前景不明確

能源草生物質(zhì)能源的利用在政策支持方面仍不夠明朗，其重要戰(zhàn)略地位仍未引起足夠重視。有關(guān)生物質(zhì)能源利用的法律規(guī)范、規(guī)劃指南、行政管理和經(jīng)濟財稅政策等極少明確體現(xiàn)出對生物質(zhì)能源開發(fā)利用的支持。支持發(fā)展能源植物，也主要是指木薯、甘薯、甜高粱等淀粉質(zhì)非糧能源作物，以及黃連木、麻瘋樹、油桐、文冠果、光皮樹、烏桕等油料植物[11-12]。能源草除了在專項科技規(guī)劃中有所提及外，在其他扶持政策及實施細則中未被提及。

另外，能源草短期產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟前景也不確定，補貼政策力度與推廣力度很小，原料供應(yīng)的穩(wěn)定性無法得到保證；稅收政策的手段也不夠豐富，融資渠道依然不暢；缺少技術(shù)標準與產(chǎn)業(yè)標準體系，管理體系與執(zhí)行機構(gòu)不明確；在政策的制定與執(zhí)行上，也缺乏可持續(xù)性。但項目前期投入?yún)s非常大，項目風險系數(shù)較高，因此企業(yè)都處于觀望狀態(tài)。

2.4 農(nóng)民對能源草的認知有限，種植積極性不高

發(fā)展生物質(zhì)顆粒燃料、生物質(zhì)液體燃料、生物質(zhì)發(fā)電等生物質(zhì)商品燃料生產(chǎn)，需要有規(guī)模大而價格又相對低廉的原料供應(yīng)保障[13]，這就需要農(nóng)民大量種植能源植物。但目前能源草生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)剛起步，處于萌芽階段，能源草原料出路有限，農(nóng)民對能源草的認知也存在局限性，加上受品種穩(wěn)定性差、土地利用回報率低、推廣補貼力度太小等因素影響，很難使農(nóng)民積極進行鹽堿地、荒山、荒地等邊際土地的開發(fā)種植。

2.5 收集、運輸、貯存方面的經(jīng)驗不足

能源草收割、打捆等機械設(shè)備與牧草通用，但收割時間、原料收集和貯存方式則迥異，與農(nóng)作物秸稈差別也較大。要滿足常年不間歇的生產(chǎn)需求，能源草在收獲、收集、運輸、貯存方面的經(jīng)驗仍顯不足，有待積累。

2.6 關(guān)鍵技術(shù)缺乏，生產(chǎn)成本太高

能源草作為纖維生物質(zhì)材料，也同樣存在纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的共性問題，如纖維素酶成本高、纖維素乙醇預(yù)處理技術(shù)有待突破、農(nóng)戶—企業(yè)—市場的融合等。目前，能源草纖維素乙醇的成本主要集中在原料收集儲運、纖維素酶與工廠運營成本上，乙醇成本仍高于0.66美元/L,比玉米乙醇高近一倍。最近研究進展及行業(yè)發(fā)展表明，隨著纖維素乙醇技術(shù)和市場的進一步成熟，這三個方面都有較大的下降空間，通過技術(shù)突破，2020年能源草纖維素乙醇成本可降低到0.29美元/L左右，比玉米乙醇的利潤空間更大，價格競爭力更強[14]。

2.7 大規(guī)模發(fā)展能源草仍存在生態(tài)環(huán)境問題

以能源草為原料發(fā)展生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)，需要大面積種植作保證，僅靠受干旱、貧瘠、鹽堿化影響而產(chǎn)量有限的邊際土地或許難以滿足，很可能會擠占耕地。也有人擔心，能源草生長繁殖迅速，大規(guī)模種植有可能影響土著物種的生存環(huán)境，對當?shù)卦鷳B(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生一定的負面影響，存在一定的生態(tài)風險。另外，在邊際土地上大面積種植單一的能源植物，會人為改變原來的自然生態(tài)系統(tǒng)，使生態(tài)系統(tǒng)的景觀多樣性和生物多樣性大大降低，生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)物種間關(guān)系發(fā)生很大的改變，病蟲害加劇、火災(zāi)風險加大，生態(tài)系統(tǒng)的總體服務(wù)功能大大降低[15]。

3 促進我國能源草發(fā)展的對策與建議

3.1 加大政策支持力度，明確產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向

在國外，能源草已經(jīng)形成生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)，在歐美發(fā)達國家已作為一項國家戰(zhàn)略予以推進[6]。我國應(yīng)在行業(yè)規(guī)劃及實施政策中體現(xiàn)對能源草生物質(zhì)能源利用的重視，明確能源草作為未來主要生物能源利用原料的戰(zhàn)略地位，理順能源草生物質(zhì)能源開發(fā)的管理體系，保持政策的連續(xù)性與穩(wěn)定性；逐步建立能源草種植管理、收集儲運、加工利用的技術(shù)標準與產(chǎn)業(yè)標準體系；逐步加強對能源草生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)的財稅激勵，出臺邊際土地的認定標準和能源草種植補助政策，提高補助標準，可將邊際土地開發(fā)政策與能源草生物質(zhì)能利用的財稅扶持政策相結(jié)合，進而加強“邊際土地—能源草—生物質(zhì)能源”整個產(chǎn)業(yè)鏈的扶持力度。

通過引入可交易的配額制等強制性市場份額政策，培育合理的生物質(zhì)能消費市場[16-17]；利用能源植物生長過程中吸收CO2和生物質(zhì)能源溫室氣體減排潛力大的特點將碳稅機制或溫室氣體減排機制與能源草燃料利用相結(jié)合。

同時，理順投融資渠道，建立“政府—科研單位—企業(yè)—農(nóng)戶”合作聯(lián)盟，加強產(chǎn)業(yè)上游與下游結(jié)合、科研與生產(chǎn)對接；突破關(guān)鍵技術(shù)，提高轉(zhuǎn)化效率，構(gòu)建多元產(chǎn)品體系，降低成本，調(diào)動能源草利用參與者的積極性；提高能源草生物質(zhì)能源生產(chǎn)企業(yè)的市場競爭力，從而促進能源草生物質(zhì)能源技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的中長期發(fā)展。

3.2 加大科研投入，加強科學研究，突破關(guān)鍵技術(shù)

高產(chǎn)栽培配套技術(shù)和生物、化工等生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化技術(shù)是加速生物能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵[8]。要加大科研投入，加強基礎(chǔ)研究，將能源草研究列入國家科研計劃，積極開展國家項目，依托現(xiàn)有大學、國家生物工程中心、重點實驗室等[4]，多部門聯(lián)合攻關(guān)，重點開展草本能源植物品種選育、邊際土地利用、規(guī)?；N植、收集儲運和先進生物液體燃料轉(zhuǎn)化關(guān)鍵技術(shù)研究。

進一步開展能源草資源的調(diào)查、收集與評價，建立優(yōu)良能源草評價體系和標準，收集一批國內(nèi)外重要能源草種質(zhì)資源，篩選成分特異、適應(yīng)性強、繁殖快、產(chǎn)量高的宜能草本植物，建立宜能草本植物儲備庫；確定并培育適合我國各地區(qū)不同邊際土地種植要求的高產(chǎn)能、高抗逆性品種，或者引進國外優(yōu)良品種并進行本土馴化，構(gòu)建草本能源植物有效馴化和育種新途徑[18]；定向培育、優(yōu)化直接燃燒型和乙醇燃料利用型能源草作物屬性，為能源草的進一步研究和利用打基礎(chǔ)。

建立能源草種植示范基地，開展不同能源草規(guī)?；N植及高產(chǎn)栽培配套技術(shù)研究，逐步建立能源草邊際土地種植、管理、高產(chǎn)技術(shù)規(guī)程，實現(xiàn)能源草規(guī)模化種植，減少運輸成本及損耗，為能源草生物質(zhì)能源發(fā)展提供優(yōu)質(zhì)原料保證。

開展能源草收割、運輸及高效安全儲存技術(shù)，不同原料的高效物理、化學和生物預(yù)處理關(guān)鍵技術(shù)研究；盡快解決能源草大規(guī)模收割、儲運的機械化技術(shù)。

重點圍繞草本能源植物生物質(zhì)水熱解聚、解聚產(chǎn)物催化轉(zhuǎn)化制備先進燃料的機理與選擇性調(diào)控等關(guān)鍵科學問題及其配套設(shè)備開展多學科交叉與綜合研究，篩選轉(zhuǎn)化率高、成本低的生物酶及微生物等，結(jié)合現(xiàn)代生物技術(shù)和基因工程提高能源草產(chǎn)能效率與生物能源產(chǎn)品的回收率[4]。突破能源草生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化中的關(guān)鍵技術(shù)，降低生產(chǎn)成本。建立從能源草品種創(chuàng)制、菌種篩選到生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化，再到轉(zhuǎn)化工藝技術(shù)設(shè)備研發(fā)的能源草生物質(zhì)轉(zhuǎn)化體系和技術(shù)集成方案。同時還要從產(chǎn)業(yè)發(fā)展角度出發(fā)，重點研究優(yōu)化產(chǎn)業(yè)鏈中的關(guān)鍵技術(shù)。

3.3 強化示范項目帶動戰(zhàn)略

進行產(chǎn)業(yè)鏈相對完整的小規(guī)模試點示范是技術(shù)發(fā)展的必經(jīng)之路，也是產(chǎn)業(yè)化的必經(jīng)階段。國家應(yīng)從資金和政策上加大對能源草種植及生物液體燃料技術(shù)開發(fā)的試點示范，建立專項示范資金，積累示范經(jīng)驗，以便大規(guī)模推廣。

3.4 加強國際交流合作

國外開展能源草研究較早，特別是歐盟及美國在能源草種質(zhì)資源的探索與開發(fā)、品種改良、栽培管理技術(shù)、能源轉(zhuǎn)化、生態(tài)與經(jīng)濟效益評估、轉(zhuǎn)化工藝設(shè)備等方面都取得了不少經(jīng)驗和成果[19]。我們應(yīng)當從能源草優(yōu)良品種引進，能源草種植、收集、貯存經(jīng)驗，能源草生物質(zhì)能源加工技術(shù)轉(zhuǎn)化，能源草可持續(xù)土地利用原則等方面加強國際交流合作，實施可再生能源國際科技合作計劃，有目的、有選擇地引進先進的技術(shù)工藝和主要設(shè)備，促進我國能源草生物質(zhì)能源的開發(fā)利用。

3.5 能源草利用必須注意生態(tài)保護

我國發(fā)展能源草必須堅持“不爭地，不爭糧，不爭油、糖，充分利用邊際土地”的基本原則[20]，以能源植物種植的環(huán)境影響為標準進行種質(zhì)資源的篩選與區(qū)域布局，根據(jù)各地不同的地理條件，因地制宜，科學、合理、有序地開發(fā)邊際土地，從源頭開始保障我國生物燃料行業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展。大規(guī)模種植能源草要開展生態(tài)環(huán)境評估，要保持草種多樣性，保護當?shù)厣锓N群，盡量避免單一草種大面積種植[4，21]，以保證在大力發(fā)展能源草的同時，不僅不造成對當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的破壞，還要有利于生態(tài)修復(fù)和生態(tài)改善。

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(責任編輯 徐素霞)

河南省科技攻關(guān)計劃項目(132102110077)；河南省基本科研業(yè)務(wù)費項目；河南省農(nóng)科院科研發(fā)展專項基金項目(20148403)

S216.2

C

1000-0941(2015)08-0007-04

馬志林(1964—)，男，河南南陽市人，教授級高工，博士，主要從事能源植物與水土保持生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究；通信作者馮長松(1972—)，男，河南潢川縣人，副研究員，博士，主要從事草地資源與生態(tài)研究。

2014-11-18