我國能源草發(fā)展的主要問題與對(duì)策

馬志林，祁 鵬，馮長松

(1.河南省水利科學(xué)研究院，河南 鄭州 450003； 2.河南省水利工程安全技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450003；3.華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450011； 4.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)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(duì)策

馬志林1，2，祁 鵬3，馮長松4

(1.河南省水利科學(xué)研究院，河南 鄭州 450003； 2.河南省水利工程安全技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450003；3.華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450011； 4.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 畜牧獸醫(yī)研究所，河南 鄭州 450008)

能源草；生物質(zhì)能源；對(duì)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(rèn)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(qiáng)、適應(yīng)性廣并適宜在邊際土地種植等特點(diǎn)，具有廣闊的發(fā)展前景。我國對(duì)能源草的開發(fā)利用研究尚處于初級(jí)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(yùn)方面的經(jīng)驗(yàn)不足、關(guān)鍵技術(shù)缺乏、可能對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響等問題。為此，提出了促進(jìn)我國能源草發(fā)展的對(duì)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(qiáng)科學(xué)研究，突破關(guān)鍵技術(shù)；強(qiáng)化示范項(xiàng)目帶動(dòng)戰(zhàn)略；加強(qiáng)國際交流合作；注意生態(tài)保護(hù)。

1 能源草發(fā)展的趨勢(shì)

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(diǎn)。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(dá)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(hào))明確提出，“從長遠(yuǎn)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(jìn)展。在生物質(zhì)能源利用中，以纖維素類生物質(zhì)作為主導(dǎo)原料，已經(jīng)成為國際社會(huì)、國內(nèi)權(quán)威專家和政府的共識(shí)[2]。目前中國及世界關(guān)于纖維素乙醇的研究與示范項(xiàng)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(yùn)輸成本高，因而實(shí)際可利用率低[2]。能源草以生長速度快、生物量大、抗逆性強(qiáng)、適應(yīng)性廣并適宜在邊際土地種植等特點(diǎn)，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(shì)，因此能源草被認(rèn)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(xué)家、原農(nóng)業(yè)部科技司司長、現(xiàn)任中國農(nóng)業(yè)大學(xué)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(dāng)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(shì)所趨，而且也是農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)與改善土壤的要求所致[6]。歐、美、日等發(fā)達(dá)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(dá)東南部等州種植了大面積的柳枝稷，并進(jìn)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(yàn)。一些國際先進(jìn)生產(chǎn)企業(yè)也開始進(jìn)行能源草纖維素乙醇示范開發(fā)利用，如意大利M&G集團(tuán)利用蘆竹進(jìn)行乙醇生產(chǎn)，美國BP Hightlands項(xiàng)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(jī)、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(duì)能源草的開發(fā)利用研究，包括品種選育、對(duì)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(yùn)輸、燃料開發(fā)示范等方面，尚處于初級(jí)或空白階段，企業(yè)和社會(huì)對(duì)能源草的了解也非常有限，真正的產(chǎn)業(yè)鏈還遠(yuǎn)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(yùn)輸、示范種植項(xiàng)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(xiàng)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(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)、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(xiàng)目帶動(dòng)

世界各國對(duì)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(píng)價(jià)，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(duì)能源草生物液體轉(zhuǎn)化等關(guān)鍵技術(shù)缺乏針對(duì)性研究，很多研究領(lǐng)域仍為空白；整個(gè)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(xiàng)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(xiàng)目來實(shí)現(xiàn)。

2.3 缺乏政策支持，產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)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(jì)財(cái)稅政策等極少明確體現(xiàn)出對(duì)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(xiàng)科技規(guī)劃中有所提及外，在其他扶持政策及實(shí)施細(xì)則中未被提及。

另外，能源草短期產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)前景也不確定，補(bǔ)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(biāo)準(zhǔn)與產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系，管理體系與執(zhí)行機(jī)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(xiàng)目前期投入?yún)s非常大，項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)較高，因此企業(yè)都處于觀望狀態(tài)。

2.4 農(nóng)民對(duì)能源草的認(rèn)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(jià)格又相對(duì)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(duì)能源草的認(rèn)知也存在局限性，加上受品種穩(wěn)定性差、土地利用回報(bào)率低、推廣補(bǔ)貼力度太小等因素影響，很難使農(nóng)民積極進(jìn)行鹽堿地、荒山、荒地等邊際土地的開發(fā)種植。

2.5 收集、運(yùn)輸、貯存方面的經(jīng)驗(yàn)不足

能源草收割、打捆等機(jī)械設(shè)備與牧草通用，但收割時(shí)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(yùn)輸、貯存方面的經(jīng)驗(yàn)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(chǎng)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(chǔ)運(yùn)、纖維素酶與工廠運(yùn)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(jìn)展及行業(yè)發(fā)展表明，隨著纖維素乙醇技術(shù)和市場(chǎng)的進(jìn)一步成熟，這三個(gè)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(jià)格競爭力更強(qiáng)[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(huì)擠占耕地。也有人擔(dān)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(duì)當(dāng)?shù)卦鷳B(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生一定的負(fù)面影響，存在一定的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。另外，在邊際土地上大面積種植單一的能源植物，會(huì)人為改變?cè)瓉淼淖匀簧鷳B(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(fēng)險(xiǎn)加大，生態(tài)系統(tǒng)的總體服務(wù)功能大大降低[15]。

3 促進(jìn)我國能源草發(fā)展的對(duì)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(dá)國家已作為一項(xiàng)國家戰(zhàn)略予以推進(jìn)[6]。我國應(yīng)在行業(yè)規(guī)劃及實(shí)施政策中體現(xiàn)對(duì)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(chǔ)運(yùn)、加工利用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系；逐步加強(qiáng)對(duì)能源草生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)的財(cái)稅激勵(lì)，出臺(tái)邊際土地的認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)和能源草種植補(bǔ)助政策，提高補(bǔ)助標(biāo)準(zhǔn)，可將邊際土地開發(fā)政策與能源草生物質(zhì)能利用的財(cái)稅扶持政策相結(jié)合，進(jìn)而加強(qiáng)“邊際土地—能源草—生物質(zhì)能源”整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的扶持力度。

通過引入可交易的配額制等強(qiáng)制性市場(chǎng)份額政策，培育合理的生物質(zhì)能消費(fèi)市場(chǎng)[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(diǎn)將碳稅機(jī)制或溫室氣體減排機(jī)制與能源草燃料利用相結(jié)合。

同時(shí)，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(qiáng)產(chǎn)業(yè)上游與下游結(jié)合、科研與生產(chǎn)對(duì)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(dòng)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(chǎng)競爭力，從而促進(jìn)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(qiáng)科學(xué)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(qiáng)基礎(chǔ)研究，將能源草研究列入國家科研計(jì)劃，積極開展國家項(xiàng)目，依托現(xiàn)有大學(xué)、國家生物工程中心、重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等[4]，多部門聯(lián)合攻關(guān)，重點(diǎn)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(chǔ)運(yùn)和先進(jìn)生物液體燃料轉(zhuǎn)化關(guān)鍵技術(shù)研究。

進(jìn)一步開展能源草資源的調(diào)查、收集與評(píng)價(jià)，建立優(yōu)良能源草評(píng)價(jià)體系和標(biāo)準(zhǔn)，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(qiáng)、繁殖快、產(chǎn)量高的宜能草本植物，建立宜能草本植物儲(chǔ)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(jìn)國外優(yōu)良品種并進(jìn)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(jìn)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(shí)現(xiàn)能源草規(guī)?；N植，減少運(yùn)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(yùn)輸及高效安全儲(chǔ)存技術(shù)，不同原料的高效物理、化學(xué)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(chǔ)運(yùn)的機(jī)械化技術(shù)。

重點(diǎn)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(jìn)燃料的機(jī)理與選擇性調(diào)控等關(guān)鍵科學(xué)問題及其配套設(shè)備開展多學(xué)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(shí)還要從產(chǎn)業(yè)發(fā)展角度出發(fā)，重點(diǎn)研究優(yōu)化產(chǎn)業(yè)鏈中的關(guān)鍵技術(shù)。

3.3 強(qiáng)化示范項(xiàng)目帶動(dòng)戰(zhàn)略

進(jìn)行產(chǎn)業(yè)鏈相對(duì)完整的小規(guī)模試點(diǎn)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(duì)能源草種植及生物液體燃料技術(shù)開發(fā)的試點(diǎn)示范，建立專項(xiàng)示范資金，積累示范經(jīng)驗(yàn)，以便大規(guī)模推廣。

3.4 加強(qiáng)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(jì)效益評(píng)估、轉(zhuǎn)化工藝設(shè)備等方面都取得了不少經(jīng)驗(yàn)和成果[19]。我們應(yīng)當(dāng)從能源草優(yōu)良品種引進(jìn)，能源草種植、收集、貯存經(jīng)驗(yàn)，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(qiáng)國際交流合作，實(shí)施可再生能源國際科技合作計(jì)劃，有目的、有選擇地引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)工藝和主要設(shè)備，促進(jìn)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(hù)

我國發(fā)展能源草必須堅(jiān)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(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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?xiàng)l件，因地制宜，科學(xué)、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(píng)估，要保持草種多樣性，保護(hù)當(dāng)?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(shí)，不僅不造成對(duì)當(dāng)?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(zé)任編輯 徐素霞)

河南省科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目(132102110077)；河南省基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目；河南省農(nóng)科院科研發(fā)展專項(xiàng)基金項(xiàng)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(jí)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