开发生物质能 发展能源农业
时间:2009-11-06 来源： 作者:
一、什么是能源农业
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。
在这一生产活动中，以固定太阳能为主的种植业被称为初级生产。种植业利用绿色植物进行光合作用，将无机物合成为葡萄糖、淀粉、脂肪和蛋白质等有机物。在光合作用中，植物每固定１克分子二氧化碳，大约要吸收２０９．３×１０４焦耳的日光能，光合产物中以化学能的形式固定下来的能量有４６．９×１０４焦耳，其余１６２．４×１０４焦耳的能量在固定二氧化碳过程中，以热能的形式消耗掉了。培育高产、高效、优质的农作物品种，为植物生长创造良好的生产条件，可以使植物固定太阳能的效率大幅度提高。植物光合作用效率，在贫瘠荒凉地区仅为０．１％，在土地肥沃地区可达到１％—２％，在人工精心管理下的农田生态系统则有超过６％—８％的记录。
以转化太阳能为主的养殖业、农产品加工业被称为次级生产。养殖业在生产动物产品的过程中，需要将大量的储存在植物中的太阳能转化为存在于动物产品（肉、奶、蛋、毛、皮等）中的生物质能。在转化过程中，大量的能量被消耗掉了。这些被消耗掉的能量一部分以动物粪便的形式排出，一部分以尿和气体（甲烷、氢）的形式排出。农产品加工中也是如此。在提取主要产品的过程中，有大量的能量存在于排出的废水、废物中。因此，养殖业所产生的畜禽粪便，农产品加工中排出的废水、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。它包括多种能源利用方式。方式之一是农产品废弃物直接燃烧，可分为炉灶燃烧、锅炉燃烧、垃圾燃烧和固型燃料燃烧等四种情况。其中，固型燃料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，可以削减大气中ＣＯ２和ＳＯ２的排放量。方式之二是进行生化转换，主要是通过厌氧消化制取沼气和通过酶技术制取乙醇液体燃料。方式之三是植物油利用，能源植物油是从油脂植物和芳香油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
１．拓宽农业服务领域，增加农民收入。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％。因此，要促进农民增收，农业必须扩大服务领域，向农业的深度和广度进军。农业不仅提供食品和纤维，还应提供能源和其他化工、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。
２．缓解我国能源短缺，保证能源安全。我国１９９３年进口原油３０００万吨，开始成为原油净进口国。２０００年进口７０００万吨，２００３年进口达１亿吨。预计到２０２０年，我国的ＧＤＰ可能达到５万亿美元，能源需求进一步加大，其中石油将缺口１．６亿—２．２亿吨。因此，开发生物质能源不但可行，而且非常紧迫。农业部门要抓住这个契机，提出能源农业的发展战略，并把它发展成为一个大产业。
３．治理有机废弃物污染，保护生态环境。当前我国环境污染形势非常严峻，其中对环境造成严重污染的行业主要集中在养殖业和农产品加工业。２００３年有关部门通报点名批评的十家排污大户，８家是农产品加工企业。据调查，我国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放，严重污染空气和水体。发展能源农业既能生产清洁能源，又能促进环境污染的治理。
４．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，不像食物那样要受基因标识的限制，因而可以广泛推广。为了促进学科发展，生物技术可选择能源作物和能源微生物作为研究和应用的主攻方向。
三、实施能源农业的重大工程
１．沼气计划。
沼气是有机物质在厌氧条件下，经过微生物发酵而生成的以甲烷为主的可燃气体。沼气发酵后有三种生成物，一是沼气，以甲烷为主，是一种清洁能源；二是消化液（沼液），含可溶性氮、磷、钾，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。因此，很多人称：“沼气百利，而无一害”。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。农村户用小型沼气技术已比较成熟，目前主要推广的是埋地圆柱形水压式沼气池，并已制定出国家标准。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。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的需要，建议国家进一步加大投资力度，满足广大农民的需求。同时要突出重点，一是解决生态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，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年来，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。当前我国环境污染日趋严重，大中型沼气是消化有机污染物的最有效方式。国家应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新局面。
２．酒精计划。
酒精学名乙醇，是由碳、氢、氧三种元素组成的有机化合物。酒精是一种清洁能源。从１９０３年算起，酒精作为汽车燃料已经有近百年的历史了。２０世纪５０年代，随着石油的大规模开采利用，高成本的酒精逐渐被人们淡忘了，直至１９７３年的世界石油危机。巴西、美国率先推行了“汽油醇计划”。汽油醇是指在汽油中加入一定比例的变性酒精形成的混合燃料，这是一种清洁实用的燃料。１９７５年，巴西政府在世界上首倡“汽油醇计划”。如今，巴西年产酒精１０００万吨，其中９７％用于汽车燃料。目前，巴西是世界上唯一不向消费者供应纯汽油的国家。实施“汽油醇计划”给巴西带来了巨大收益，刺激了农业、酒精工业及相关行业的大发展，大气和生态环境显著改善。从１９７８年至今，美国已通过数十项法案，从能源、交通、税收、环保、农业等方面，对汽油醇予以支持。目前，美国燃料酒精的年消费量约为５００万吨。除有利于环保外，汽油醇的推广也为美国带来了可观的综合效益。以１９９７年为例，全年美国汽车燃料共使用酒精５１２万吨，转化玉米１５００万吨，占美国当年玉米总产量的７％，为社会提供了１９．５２万个就业机会，并使联邦政府多收入３６亿美元。从上世纪８０年代起，德国、荷兰、加拿大、瑞典等发达国家也开始了汽油醇的推广。到１９９５年前后，英、法、南非、古巴、泰国等国家也纷纷加入到这个行列中。我国于２００１年４月８日宣布将全面推广使用汽油醇。２００２年６月３０日起，我国在河南省郑州、洛阳、南阳和黑龙江省哈尔滨、肇东等５个城市开展试点。２００４年２月，国家发展和改革委员会决定继续扩大试点。黑龙江、吉林、河南、安徽四省除在全省范围内扩大试点外，还调出燃料酒精销售到辽宁、河北、山东、江苏。２００５年底，上述省、市将基本实现车用乙醇汽油替代其他汽油。
３．秸秆能源利用计划。
秸秆能源利用计划包括两个方面：一是秸秆气化，二是秸秆致密成型燃料。秸秆气化广义上又称为“生物质气化”，是指生物质材料在缺氧状态下燃烧并发生化学反应，生成高品位、易输送、利用效率高的气体燃料。生物质材料由碳氢化合物组成，在气化的过程中经过热解、燃烧和还原反应，转化为一氧化碳和氢气等可燃气体。我国每年可再生的生物质约１１．４５亿吨，其中作物秸秆６．７亿吨。因此，开发生物质气化燃料，应以农作物秸秆利用为重点。目前，农业部已在全国几百个村进行了秸秆气化、集中供气的试点，取得了比较理想的效果。特别是农民致富奔小康，热切需要使用清洁能源。秸秆气化由烧柴变为烧气，适应了农民的要求，也改变了村庄卫生面貌，因而受到农民的欢迎和肯定。秸秆致密成型燃料是将秸秆粉碎，送入成型器中，在外力作用下，压缩成形，然后作为燃料直接燃烧，也可进一步加工制成生物碳。目前，我国开发的生物质成型机已用于生产，所加工的致密成型燃料，可用于取暖、小型锅炉。经测定，各种排放都大大低于煤，是一种洁净的可再生能源。
４．能源作物培育计划。
能源作物是指以提供制取燃料原料或提供燃料油为目的的栽培植物总称。能源作物可分为四类：①以制酒精为目的的一年生或多年生作物，如玉米、甘蔗、甜高粱、甘薯、木薯等；②以生产燃料油（如生物柴油、烃类物质）为目的的植物，如油菜、绿玉树等；③用于直接燃烧的植物；④可供厌氧发酵的藻类或其他植物。能源作物作原料制取的燃料油有很多优点，燃烧后比矿物能源对环境污染少，是一种低硫燃料，而且不增加二氧化碳的排放量，比核能使用安全，比风能、地热使用广泛，可进行降解等，因而成为国际上开发的热点，被称为“绿色”能源。目前，促进能源作物发展的条件在我国已逐渐形成，作物科学工作者要抓住能源作物发展的机遇，大力研究和培育能源作物。
四、发展能源农业必须处理好的几个关系
１．处理好粮食安全和能源安全的关系。用发展的眼光来看，从“黑色能源”走向“绿色能源”是大势所趋。在未来的世界，沼气可能是天然气的替代物，酒精可能是汽油的替代物。有人可能会提出能源安全与粮食安全的矛盾问题。酒精是用粮食转化来的，在中国养活１３亿人口已是一个巨大的压力，生产酒精的土地在哪里？水资源在哪里？要破解这个难题需要从以下几个方面来研究。首先，粮食安全和能源安全有统一性。前几年农民种粮的积极性不高，主要是粮食价格太低，甚至低到种粮亏损的地步。要提高农民种粮的积极性，必须有市场拉动。如果粮食只作食物，市场容量有限。如果既作食物，又作能源，市场容量将拓展１／３以上。从这个意义上讲发展能源农业将是促进农民增收、调动农民种粮积极性的有效措施。其次，粮食作物和能源作物有很大的互补性。能源作物种类较多，主要是玉米、高粱、甘蔗、甜菜、马铃薯、甘薯等。这些作物都是高产作物，既能满足粮食安全的需要，又是很好的能源作物。我国玉米每年大约有４００万—６００万吨剩余，甘蔗、甜菜由于糖的销路不好，每年也有较大的剩余生产能力。马铃薯、甘薯可以种植在旱地，增产还有很大的潜力。如果粮食丰收，小麦、水稻的陈化粮可用来生产酒精。如果粮食歉收，可将玉米、甘薯、马铃薯等能源作物转为粮食作物。第三，能源农业开发的领域很广，可以做到不与或少与粮食争地。能源农业开发的领域，大多是利用农业生产中的废弃物，如利用玉米秆、稻草、麦秸等纤维质原料生产酒精和沼气。利用养畜场粪便、农产品加工企业的废水、废物开发能源，既能增加农民收入，又为粮食生产提供优质肥料，是生产清洁能源，促进粮食生产，保证粮食安全和能源安全的双赢举措。
２．处理好市场配置资源机制和国家扶植的关系。能源农业作为新型的、生产生物质能源的产业，在市场化发展中将面临诸多的障碍和问题。为促进能源农业的健康发展，国家应给予必要的扶植。但是仅靠国家的扶植，不依靠市场的力量和企业的积极参与，形不成发展能源农业的大产业。特别是要吸引民间资本进入能源农业，以使能源农业具有较大的活力。为此，建议政府制定发展能源农业的相关产业政策，创造能源农业发展的环境。如制定排放标准，对环境友好企业给予激励政策，减排污染气体的企业可以得到补偿，超排污染气体的企业应受到惩罚。实施积极的投融资政策和税收政策，生物质能源企业可优先得到优惠贷款，生产清洁能源的技改项目可获得贴息贷款，生产清洁能源的企业可得到税收优惠，以弥补较高的生产成本。创建能源农业产业化科技园区，实行产供销一体化经营，创造良好的发展环境。
（作者是全国人大常委会农业与农村委员会副主任、民建中央副主席）
