生态多样性提供了多样化的生物质能源

2010-8-26 08:42 来源: 中国科学院
收藏到BLOG

  玉米作为全球最大的谷类、饲料和乙醇原料,多次成为粮食和能源争夺的焦点,也引发了对推广生物质能源的争论。我们选择合适的生物质能源植物时,解决方法并非千篇一律。在近日出版的《科学》杂志中,美国能源生物研究院(EBI)的科研人员指出,地球上不同地区多样化气候和土壤条件,形成了多样化的植物种类,利用丰富的植物资源,构建一种复合农业生态系统,同时种植多种能源作物,是一种符合当前环境目标的选择。

  多样生态提供多样选择

  地理环境的多样性,使不同地区的植物都有其特殊的环境适应性,这给生物质燃料供给提供了广阔前景。根据当地的气候和环境,包括多年生草类等有利于生态和环保的植物应被充分利用,使其成为生物质燃料的后备军。

  能源生物研究院是加州大学伯克利分校、伊利诺斯大学和劳伦斯·伯克利国家实验室的一个合作研究机构,这里的生物能源专家设立了一项“木质纤维素生物燃料的原料供给”专项研究,对世界各地的生态环境和植物类型进行了分析,探讨了在现有技术条件下,用植物或农作物中不能吃的部分生产高效生物燃料的可持续性。比如美国中西部、东部和北部旱地的芒草;巴西和其他热带地区的甘蔗,这在美国东南部地区也有;半干旱地区如墨西哥、美国西南部的龙舌兰及其他各种来源的木本生植物。

  据研究报道,巴西政府已经计划加强牛牧草的经营管理,希望在不扩大开垦自然生态系统的条件下,增加农业用地供给。随着以甘蔗为基础的乙醇工业的发展,到2030年,巴西单独生产的液态燃料相当于当前世界转化燃料需求的14%。

  在北美地区,森林按照可持续的惯例进行采伐,用作木料和造纸。但这些活动在过去的几十年里不断下降,随着电子媒体的发展和公共领域内纸类回收的普及,造纸用木材的需求大大降低,这为大量木材用于生物燃料提供了巨大空间。

  不与粮食饲料争夺土地

  种植各种生物燃料植物,发展结合燃料产品的复合生态农业,这和当前的环境目标是并行不悖的。但一个原则是,不与粮食和饲料作物的种植争夺土地。

  研究还指出,那些贫瘠而不适合农作物生长的边缘土地、废弃的农业用地,都可以开发出来,建立专门的生物质燃料作物种植园,而无需和粮食饲料竞争用地。一些植物,比如芒草和柳枝稷,从本质上讲对于光照、水分和氮的利用率很高。此外,免耕少耕技术可以保护植物的宿根系,增加土壤中的碳含量,减少侵蚀。

  在很多地区,地下水的利用常常难以持续。某个地区的能源作物类型,可能和它的水分利用效率密切相关。要评价一个地区生产木质纤维燃料的能力,可持续性是最重要的。

  比如龙舌兰能生长在较为干旱地区。全世界大部分不适合农作物生长的土地都是降雨非常少的地方,地球表面大约18%土地雨量稀少,在这些干旱地区种植龙舌兰,前景将非常广阔。

  除了专门用于生物质能源的植物,粮食和饲料作物的秸秆废弃物,都含有大量纤维素,可以通过现有的生物技术转化为液体燃料。与其狭隘地依赖为数不多的粮食作物,不如充分利用它们的“下脚料”。

  可持续要结合技术成本

  从目前的技术和商业化角度考虑,生物质能源很难进入主流。当前的生物质转化技术大致分为四类:直接燃烧、物化转换、生化转换和植物油利用技术。而通过分解纤维素,把生物质转化为乙醇,是能源生物研究院的主要研究目的。即使玉米也应作为考虑对象,它的不可食用部分包括大量的秸秆、脱粒后的玉米芯和秣草,都富含纤维素,可作为生物燃料的原料。但问题是,由于收获和运输的成本很高,很难有效利用,目前约有一半的秣草被白白浪费掉。

  直接燃烧适用于农村或山区分散独立的家庭用户,投资最省,但效率最低。物化转换技术要求高而且投资大,目前并不普及。

  植物油利用技术对能源植物品种要求较高,需要专门种植。植物燃料油接近石油成分,植物油提取加工后所得能源可以替代石化能源。该技术主要优点是提炼和生产技术简单,主要缺点是油产率较低,速度很慢,而且品种的筛选和培育也较困难。

  研究人员认为,我们应充分利用丰富的植物资源,找出适合当地环境的技术和经营方案,实现生产效率和环境利益两方面最大化,满足可持续发展的目标。