I 微软中国 微软用户 [Pick the date] 能源草生 物液体燃料利用的关键问题 Energy Grass Crops for Liquid Biofuel Production Key Questions 威廉与佛洛拉休斯基金会 能 源 基 金 会 项目资助号 G-1104-14045 能源与交通创新中心 2012 年 5 月 I 致 谢 感谢能源基金会中国可持续能源项目为本报告提供资金支持；感谢中国农业大学谢光辉教授、杨富裕副教授，湖南农业大学易自力教授，国能生物发电有限公司科技发展部经理庄会永先生，康泰斯（中国）工程有限公司副总裁何翌先生， 北京友和翔新能源科技有限公司 总经理左海涛博士，农业部规划设计研究院孟海波博士为本报告提供信息与宝贵建议。 同时也诚挚地感谢为本报告提出宝贵意见与建议的业内专家与同事。 报告作者 康利平、安锋、 Robert Earley、马冬 报告声明 本报告所有观点、解释、结论均属作者个人意见，不代表项目资助方。报告仅限于研究、个人学习或某个组织的内部传阅，不得翻印或者用于商业目的。如有不妥与谬误之处，敬请读者不吝批评和指正。 联系方式 北京市朝阳区光华路丙 12 号数码 01 大厦 1904 室 邮编 100020 电话 010 -65857324 传真 010 -65857394 网站 II 从世界各国对生物液体燃料的中长期 发展 规划 及目标，可以 看出各国政府对二代 液体 燃料寄予 了 厚望 ， 以期实现交通能源 的补充 替代和温室气体减排。 第二代先进 生物液体燃料的原料来源主要有两种农林废弃物和草本能源作物 （能源草） 。目前第二代 先进生物液体燃料的研究及示范项目 主要 集中于农林废弃物，尤其是农作物秸秆。 而能源草在种植、收获、 运输及贮藏 可实现 全程 机械化操 作 ，适合规模化发展，此外 ， 能源草对土地利用要 求较低，具有较强的环境抗逆性，可利用边际和荒弃土地种植， 因此 ，能源草在规模化常年连续生产及土地利用上具有 较大 优势 。美国 将 柳枝稷作为主要能源草 进行研究开发 利用 ，欧盟则重点开发利用芒草、虉草及芦竹。中国拥有广泛 丰富的能源草种质资源和 边际土地，在能源草开发利用上 也 具有较强优势。 现阶段，中国对能源草的 研究 开发利用，包括品种选育、 对 边际土地适应性、稳定性、种植 示范 、 田间管理与收集运输、 燃料开发 示范 等方面，仍处于 初始或空白阶段， 企业 及社会 对 能源草 的 了解 也 非常有限。本报告列出能源草进行生物液体燃料利用的关键问题 ，并进行 了简要回答，其目的是引起科研单位、政府机构及社会各界对能源草生物液体燃料利用的重视，起到一个抛砖引玉 及信息分享的 作用 。因 中国 能源草相关的参考资料及示范项目较 少 ，且能源草利用的 部分观点争议 性及数据偏差仍较大 ， 因此， 本报告 对 关键问题所给出 的 答案及所 涉 数据 、观点 与结论 均 属作者个人意见，不代表项目资助方。报告仅限于研究、个人学习或 组织的内部传阅，不得翻印或者用于商业目的。如有不妥与谬误之处，敬请读者不吝批评和指正。前 言 III 目 录1. 什么是能源草 - 1 - 2. 能源草进行生物液体燃料利用需具备哪些特征 . - 1 - 3. 可进行生物液体燃料利用的主要能源草种属包括哪些 - 1 - 4. 能源草生物液体燃料利用路径主要包括哪些 - 3 - 1 纤维素乙醇 - 4 - 2 生物质合成油 - 4 - 3 生物质裂解油 - 5 - 5. 能源草其他交通燃料利用路径还包括哪些 - 6 - 1 燃烧发电 应用于电驱动汽车 - 6 - 2 生物沼气 应用于清洁燃气汽车 - 6 - 6. 能源草进行生物液体燃料利用的主要优势有哪些 . - 6 - 1 重要的可再生能源 - 6 - 2 缓解能源安全与粮食安全矛盾 - 6 - 3 优良的生物学特性 - 6 - 4 能源产出投入比高 - 7 - 5 纤维素与半纤维素含量高 - 7 - 6 温室气体及污染物减排潜力大 - 7 - 7. 能源草纤维素乙醇与其他燃料乙醇对比 . - 7 - 8. 能源草纤维素乙醇当前成本及未来期望如何 - 8 - 9. 国际能源草发展现状及生物液体燃料利用经验 - 8 - 1） 美国典型能源草柳枝稷的研究与生物液体 燃料利用 - 8 - 2） 欧洲能源草种植现状及液体燃料利用典型案例 - 11 - 3） 中国台湾 - 12 - 10. 中国能 源草进行生物液体燃料利用的重要性与必要性 . - 12 - 1） 替代化石交通能源，缓解能源安全 - 12 - 2） 实现交通污染物与温室气体减排 - 13 - 3） 符合“不与人争粮、不与粮争地、不破坏生态环境”发展原则 - 14 - 4） 可利用边际及废弃土地进行种植，以解决生物液体燃料原料问题 - 14 - IV 5） 可提供品质稳定的原料，适合生物液体燃料产业规模化发展 - 14 - 11. 中国进行能源草生物液体燃料利用潜力与优势 - 14 - 1） 宏观政策层面支持 - 14 - 2） 宜能边际土地资源丰 富 - 15 - 3） 纤维素乙醇工艺技术日趋成熟 - 15 - 4） 纤维素乙醇的经济前景可观 - 16 - 12. 中国对能 源草生物液体燃料利用的主要科技投入有哪些 - 17 - 1） “973”计划 草本能源植物培育及化学催化制备先进液体燃料的基础研究 . - 17 - 2） “863”计划 边际土地能源草分子育种与新种质创制 . - 18 - 3） “863”计划 能源草高效制备生物天燃气关键技术研究 . - 18 - 4） 国家科技支撑计划 耐盐碱能源草筛选与新品种培育 . - 18 - 5） 国家科技支撑计划 生物固碳潜力评估与挖掘技术研究 . - 18 - 6） 北京市科技攻关项目 能源草边际土地 种植及其利用技术示范研究 - 18 - 13. 中国有哪些机构正在进行能源草研究工作 - 19 - 1） 中国农业大学 系统的开展能源草选育、能源转化前处理及原料贮藏技术 . - 19 - 2） 湖南农业大学 芒草资源调查、收集、评价及培育 . - 19 - 3） 北京草业与环 境研究发展中心 能源草边际土地规模化种植 . - 20 - 4） 四川省草原科学研究院 能源草种质资源研究 . - 21 - 5） 其他相关研究 - 21 - 14. 目前中国能源草示范种植基地有哪些 . - 21 - 1） 内蒙古科尔沁地区柳枝稷种植示范基地 - 21 - 2） 湖南洞庭湖南荻示范基地 - 22 - 3） 河北涿州和北京上庄能源草示范种植基地 - 22 - 4） 四川省草原科学研究院甘蔗属能源草基地 - 23 - 15. 能源草进行生物液体燃料利用所存在的主要问题 . - 24 - 1） 缺乏进行生物液体燃料利用的优良能源草品种 - 24 - 2） 对能源草生物液体燃料转化的基础研究投入不足 - 24 - 3） 能源草在收 获、收集、贮存方面的经验仍待积累 - 24 - 4） 政策支持、产业经济前景不明确，企业处于观望状态 - 25 - 5） 农民对能源草的认知存在局限性，种植积极性仍不高 - 25 - V 6） 能源草生物液体燃料产业化发展的其他问题 - 25 - 16. 中国能源草生物液体燃料利用的期望与建议 - 26 - 1） 加强科学研究、加大科研投入 - 26 - 2） 在行业规划及实施政策中体现对能源草生物液体燃料利用的重视 - 26 - 3） 强化示范项目资金支持 - 26 - 4） 出台边际地认定标准及相关的财税 扶持政策 - 26 - 5） 利用碳税或者温室气体减排机制促进能源草燃料利用的发展 - 26 - 6） 建立能源草可持续发展原则，尤其是土地利用原则 - 26 - 7） 建立起 “政府 -科研单位 -企业 -农户 ”的合作联盟 . - 26 - 8） 加强国际交流合作 - 26 - - 1 - 能源草 生物液体燃料 利用 的关键 问题 1. 什么是能源草 能源 草 ， 也被称为草本能源植物。 通常是指那些植株高大、生长速度快、且具有高生物质产量的多年生根茎禾 草 ， 尤其 是 C4 光合利用路径 禾草 1。目前 无法 规 或标准 对 “能源草 ”进行 定义 。 进行生物 液体 燃料或者其他能源化利用的能源草，一般都需要 品种 筛选 优化 ， 人工驯化 培育 ，大规模 种植 。 2. 能源草进行生物液体燃料 利用需具备 哪些 特征 1） 光合效率高，生物 产 量大； 2） 投入 低 （肥料、水、杀虫剂等）； 3） 环境抗逆性强 ，适应性广 ； 4） 品性 持续 稳定； 5） 可持续 发展 、不破坏生态环境； 6） 富含 纤维素及半纤维素 ； 7） 最好 为 多年生 。 3. 可 进行 生物液体燃料利用的 主要 能源草 种属包括哪些 所有能源草种属均可作为生物液体燃料生产原料， 目前 备受关注的 能源草 品种主要 包括芒草 Miscanthus Anderss.、柳枝稷 Panicum virgatum L.、 芦竹 Arundo donax L.、 虉草 Phalaris arundinacea L.、 杂交狼尾草（ Pennisetum americanum x P． purpureum） 、 割手密（ Saccharum spontaneum） 等 。 “芒草 ”是 芒属植物 的通称 ， C4 光合途径，分布在东亚和东南亚地区； 中国是芒 属植物 主要分布中心， 共有 6 个 种 2，其中生物量高、抗逆性强的仅 4 个种，1 解新明 , 周峰 ,赵燕慧等 . 多年生能源禾草的产能和生态效益 [J]. 生态学报 . 2008.05 2 中国植物物种资源信息数据库 芒属定义 . 2012 年 3 月 1 日查询 . 柳枝稷 能源草收获期 - 2 - 分别是 芒、五节芒 、荻、 南荻。此外，原产日本的一个 芒、荻 天然 杂交种 奇岗， 目前 已在欧美开发种植；芒草的株高、产量与品种与种植区域相关，其干物质最高产量可达 30 吨 /公顷以上，寿命可长达20 年。 柳枝稷，也是一种 C4 光合植物；广泛分布于美国大部分地区，在中国引种已有 10 多年时间，在黄土高原等北方地区有较好的适应性 3。柳枝稷株高 约为 1-3米 1；在美国东南部等优良种植条件下 干物质 产量可高达 35 吨 /公顷 ，在边际土地上种植多年平均生物量干重为 5. 2-11. 1 吨 /公顷 4；其根茎系统发达，适应性广，可应用于边际土地；收获寿命可达 10 年或者更长。 柳枝稷及其根系 荻 ， C4 光合途径；分布在中国与日本；中国拥有荻、南荻两个种， 南荻为中国特有品 种 5， 主要分布在长江流域湖区及东北、华北地区；荻草与芒草植物学特性很类似，之前中国植物物种分类将其归置于芒属或白茅属，但荻草外形小穗无芒，而后归于荻属 6，但实际研究中 也常被列为芒属植物 2。荻草产量 最 高 也可 达30 吨 /公顷以上，具有生物质产量高、燃烧特性好和再生能力强等特点，是最理想的能源草之一。 芦竹 ， C3 光合途径；遍布亚热带和温带地区，中国有分布；株高 3 - 6 米 1；芦竹的生物质产量随种植地和生产条件的不同有较大变化，通常为 5 - 35 吨 /公顷，意大利 MG 集团通过优化芦竹品种及其地域、气候和土壤条件，其最大干物质产量达到了 50 吨 /公顷 7。芦竹根状茎进行无性繁殖，既耐寒耐热，又耐涝耐http// 3 Wang H M, Xu B C, Li F R, et al. Preliminary study on growth response of Panicum virgatum L. to different sites in the Loess plateau. Research of Soil and Water Conservation, 2006, 13 3 91 - 93. 4 Schmer M R, Vogel K P, Mitchel R B, et al . Net energy of cellulosic ethanol from switchgrass[J] .Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America ,2008, 105 464-469 5 易自立 . 芒草研究现状及应用前景 . 芒草专题汇报会 , 2011.07.09. 6 中国植物物种资源信息数据库 荻属定义 . 2012 年 3 月 1 日查询 . http// Nakai 7 生物燃料与绿色化学 . 康泰斯 . http// 芒草 - 3 - 旱，也具有广泛的生态适应性。 虉草 ， C3 光合途径；广泛分布于欧洲、 亚洲和北美的温带地区，在中国亦有分布 1；株高 1.5 - 3.0 米，虉草的生物质产量对环境因素的依赖性较大，如土壤类型、降水量和施肥量等， 干物质产量 约为 5-12 吨 /公顷 ；寿命可达 10 年。 芦竹（左 ）与 虉草（右） 杂交狼尾草，三倍体 C4 植物，无性繁殖。是以美洲狼尾草雄性不育系基因和非洲象草基因的杂交种。具有生长快、分蘖多、产量高、抗病、耐旱、根系发达、营养丰富、管理粗放、用 途广泛、适应全面、光合效能好等显著特点。 目前主要用作牧草， 在中等肥水条件下种植，亩产鲜草 20-30 吨。 河北涿州能源草种植基地 杂交狼尾草 以上几种主要的能源草， 大部分 在 我 国 有自然分布， 种质 资源 丰富。 4. 能源草 生物液体燃料利用路径 主要 包括哪些 能源草 生物液体 燃料利用路径主要包括三 条 纤维素乙醇 、生物质合成燃料- 4 - 和生物质裂解油 。 从工艺上来说，主要有两 种 类型生物化工工艺和热化学工艺 ，一些新兴工艺也会 将两者结合 。 目前，能源草主要利用方式仍是纤维素乙醇的生物化工工艺路径。 1 纤维素乙醇 目前纤维素燃料乙醇主要工 艺设计为 纤维生物质经 预处理后 ，利用 纤维素酶水解 ，酵母 发酵 生产乙醇 ，如图所示。 另一种新兴的工艺路线为生物质气化后利用厌氧细菌发酵 生产乙醇 。纤维素乙醇 可直接 与汽油混合作为 交通燃料 使用 ，低比例混合无需改变发动车装置 。 纤维乙醇 生物化工 工艺 路径示意 图 纤维素乙醇 酶解工艺已完成 示范应用 ， 达到商业化生产水平 。 国际大型能源企业 已 竞相进入纤维素乙醇行业，如 BP， Shell，中石油等 等 ，此外，一些新兴生物能源生产企业也竞相 加入 ，如加拿大 Iogen 公司，巴西 Dedini 公司，美国 POET公司，意大利 MG 集团，中粮集团 等。 中国乙醇生产企业 也积极开展纤维素乙醇中试与商业化项目， 河南天冠集团 、中粮集团 分别完成了 3000 吨 、 500 吨 中试 实验； 并正 筹建 大规模商业化装置，天冠集团 万吨级生产 装置已成功验收，中粮集团 5 万吨 生产装置 正在筹建中 ，预计2014 年可投入生产。 2 生物质合成油 生物质合成燃料生产是通过热化学和化学合成相结合的方式完成，首先通过先进的生物质气化工艺，生产出生物质合成气，主要成分为 CO 和 H2，合成气经过调整 CO/H2 比，经费托合成过程合成生物液体燃料。通过控制反应条件，如温度、压力、 CO/H2 比等，在催化剂的作用 下，生产不同燃料产品 ，主要包括柴油、甲醇、二甲醚 。这些生物合成油可直接替代对应的化石燃料，作为交通能源使用。 该 技术仍在研究和小范围应用阶段 ， 德国科林公司（ CHOREN）于 2008 年- 5 - 建成了年产 1.5 万生物费托合成柴油示范工厂 。 中国在生物质合成燃料方面的研究较少，但 以 煤为原料的费托合成技术已较 成熟，为生物质合成油技术奠定了基础。 3 生物质裂解油 生物质裂解油是生物质在中温 （ 500-600 ℃ ）、高速率加热（ 104-105 ℃ /s）和极短 气体滞留时间的条件下，发生直接热解，产物经快速冷却，中间液态产物分子 在进一步断裂生成气体之前 冷凝，获得生物质裂解油。生物质裂解油化学组分复杂， 品质 不高， 可直接或者经过精制后替代化石燃料， 可替代 航海或非道路车辆燃料使用。 该技术目前也在 研究示范应用中，国内一些科研院所如中科院过程工程所，浙江大学，东北林业大学分别 以玉米秸秆、木屑、林业废弃物进行了中试实验，其中东北林业大学完成 了 400 吨 /年的示范规模。 以上三种为生物液体燃料，可直接替代化石燃料应用。 能源草原料 预处理 气化 净化 调整 CO/H2比例 费托合成 产物分离 提纯 柴油 甲醇 二甲醚 生物质合成油生产工艺流程图 生物液体燃料生产工艺设备 - 6 - 5. 能源草 其他 交通 燃料利用路径 还包括哪些 1 燃烧发电 应用于电驱动汽车 能源草 具有 热值高，燃烧性能好，不污染环境等性能， 是燃烧发电 的良好材料。 目前主要以 5 - 20的比例与原煤混合后燃烧 发电。 生物质 发电 可通过电网间接应用于电动汽车 ，实现交通能源替代。 中国秸秆等纤维生物质直燃与混燃发电技术也渐趋成熟，至 2010 年底，生物质核准发电规模已超过 200 处 8。国家在政策、经济等 上 都在大力扶持生物质发电，能源草发电 的 经济 、 社会效益 潜力 大。 2 生物 沼气 应用于清洁燃气汽车 能源草 在厌氧发酵的条件下， 可 生产沼 气 。 沼气与天然气品性相似， 经液化后 可替代 液化 天然气 作为交通燃料应用。 6. 能源草进行 生物液体燃料 利用 的主要优势有哪些 1 重要的可再生 能源 能源草作为光合贮能 作物，是一种重要 的可再生能源，其开发利用 在一定程度上 可 缓解国家能源安全及气候变化问题，协助完成国家可再生能源规划。 2 缓解能源安全与粮食安全矛盾 生物 液体 燃料在 “能源发展 ”与 “粮食安全 ”问题上存在较大争议 。 中国 属地少人多的发展中国家，该争议已 成为 2006 年至 2011 年生物液体燃料产业发展缓滞的 重要原因。 能源草 为非粮能源作物， 既 不与人争粮， 又可生产生物液体燃料， 可化解 争端 。 3 优良的生物学特性 能源草 地下根茎发达，对水分和养分 利用率高， 具有较强的抗旱性、耐瘠性以及耐极端环境 能力， 且对土壤 质量 要求不严格，适应于中性、酸性或者碱性的边际土地。 与中国 “不与粮争夺 耕地 ”，利用废弃荒地发展 生物能源 的政策 相符合 。 生长速度快， 产量高 。 能源草 定植 2-3 年后便可达到较高产量； 芒草 在南欧地区种植年最高产量可达 30-45 吨 /公顷 9；柳枝稷在美国东南部种植 最高 可达35-40 吨 /公顷 。 柳枝稷引进 品种 在 中国 北京 郊区 种植 ， 最大干物质产量 也 可达27 吨 /公顷 10。 规模化种植，优良条件下平均干物质产量也可达 15-26 吨 /公顷 11 8 康利平 , 孟海波等 . 中国纤维生物质四种能源转化技术研究报告 [R]. 能源与交通创新中心 , 农业部规划设计研究院 . 2010.08. 9 I. Lewandowski, JC Clifton-Brownb, JMO Scurlockc, etc.Miscanthus European experience with a novel energy crop[J].Biomass and Bioenergy, 2000,19209-227 10 姜峻 . 柳枝稷的生成发育与土壤水分特征 . 水土保持学报， 2007,27575-78 11 IEA, Switchgrass Production in the USA[R]. 2011. - 7 - 一次种植，多年收获，种植投入成本低 。 一般能源草一次种植， 可连续 稳产收获 10 年以上， 优良品种 甚至 可达 25 年 ；在 低水肥投入下 也仍能连续多年实现高生物质产量；此外，能源草的 抗病性强，无需施用农药， 经济 产 投比较高，效益潜力大 。 4 能源产出 投入 比高 柳枝稷的能源产出投入比约为 201，是 玉米投入产出比的 2-2.5 倍 12，最大能量净产出比甜高粱还要高 13。 按 高 产量 30 吨 /公顷 计算，每 公顷 柳枝稷 可 产出 高达50 万 MJ 的能量 ，能源利用潜力极高。 5 纤维素与 半纤维素含量高 柳枝稷 、芒草 等能源草的 纤维素与半纤维素含量 可 达 60以上， 且结构相对蓬松， 预处理糖转化效率可达 90以上 14；是 二代纤维素乙醇 燃料的 优质 原料 来源 。 6 温室气体 及污染物减排潜力大 以柳枝稷为例，其碳能比 kg/GJ比仅为 1.9， 而天然气、石油和煤炭的排放量则为 13.8、 22.3 和 24.6；而综合整个能源利用过程，纤维素乙醇与化石汽油相比，生命周期温室气体减排潜力可达 60-12015.16.17,， 一般水平 值 也能达到 90；此外，纤维素乙醇 能大大降低 NOX， CO，硫化物等常规污染物 的排放 18。 此外，在不占用传统农作物的耕地种植柳枝稷、芒草等能源作物可减少土壤侵蚀 90％以上。草本类能源作物能为贫瘠的土壤增加有机成份，提高天然有机碳储量，吸收空气中的 CO2，直接影响气候变 化。 7. 能源草纤维素 乙醇与其他燃料乙醇对比 能源草纤维素燃料乙醇与玉米、木薯乙醇相比，在单位面积乙醇产量，单位能源产出、化石能源投产比、温室气体减排等多方面都具备优势，但是在成本方面仍处于劣势，需通过技术突破来减少成本。 12 谢光辉，熊韶峻 . 能源作物柳枝稷及科尔沁规模示范 . 2011 年 9 月 13 Venturi P , Venturi G. Analysis of energy comparis on for crops in European agricultural systems[J ] . Biomass and Bioenergy , 2003 , 25 3 235～ 255 14 Deepak.R.Keshwani, Jay J.Cheng. Switchgrass for bioethanol and other value-added applications A review [J]. Bioresource Technology 2009,100,1515-1523. 15 JEC. Well-to-Wheels analysis of future automotive fuels and powertrains in the European context version 3. JRC , EUCAR, CONCAWE. 2008 16 California Air Resources Board. Detailed California-Modified GREET Pathway for Transportation Fuels version 2 . Available from http//www.arb.ca.gov/fuels/lcfs/lcfs.htm.2009 17 Ou Xunmin, Zhang Xiliang, Chang Shiyan, Guo Qingfang. Energy consumption and GHG emissions of six biofuel pathways by LCA in China, Applied Energy, 2009, 86S, 197-208. 18 Resource Efficient Agricultural Production REAP. Analysing Ontario Biofuel Options Greenhouse Gas Mitigation Efficiency and Costs. 2008.01 - 8 - 能源草纤维素乙醇与玉米乙醇、木薯乙醇对比 指标 纤维素乙醇 玉米乙醇 木薯乙醇 单位面积乙醇产量（ L/ha） 7260 3000 4000 单位能量产出（ toe/ha） 4.24 1.75 2.34 化石能源投产比 2-36 1.03-1.67 1.6 温室气体减排（ ） 70-110 12-32 20-50 成本（ toe/元） 8745 5672 4974 来源中国生物液体燃料发展战略与政策 , 2010. 该书根据 Worldwatch Institute、 Convention on Biodiversity 及 U.S. National Renewable Energy Laboratory 等研究结果整理得出。 8. 能源草纤维素乙醇 当前 成本 及未来期望如何 目前，能源草纤维素乙醇的成本主要聚集于原料收集、纤维素酶及工厂运营成本上，乙醇成本仍高于 2.5 美元 /加仑 , 比玉 米乙醇高近一倍；据最近研究进展及行业发展表明，这三个方面 都有较大的下降空间，通过技术突破， 2020 年能源草纤维素乙醇成本可降低到 1.1 元，比玉米乙醇的利润空间更大，价格竞争性更强。 项目 成本 （美元 /加仑） 纤维素乙醇 玉米乙醇 2020 年 期望水平 原料成本 1.00 1.17 0.33 副产品回收 -0.1 -0.38 -0.09 酶制剂成本 0.40 0.04 0.10 加工、发酵、人工等其他成本 0.80 0.62 0.22 生产厂建设投资 0.55 0.20 0.54 净生产成本 2.65 1.65 1.10 来源中国生物液体燃料发展战略与政策 ,2010； 该书根据 Worldwatch Institute、 Convention on Biodiversity 及 U.S. National Renewable Eenery Laboratory 等研究结果整理得出。 纤维素乙醇在中国的现状及未来 19； 9. 国际 能源草 发展现状及 生物 液体燃料 利用 经验 1） 美国典型能源草柳枝稷的研究与生物液体燃料利用 美国 政府 自 1978 年开始支持 能源草研究项目，能源部先后支持了多个草本能源研究计划，筛选 出 18 种最具潜力 的禾草 20。自 2000 起，国家生物质能中心协调各个国家实验室进行了生物质性能、收集、 运输、 储藏等方面的研发 21。 其19 诺维信 . 纤维素乙醇在中国的现状及未来 . 2010. 05 20 Lewandowski I , Scurlockb JM O, Lindvall E, et al . The development and current status of perennial rhizomatous grasses as energy crops in the US and Europe [J]. Biomass and Bioenergy, 2003, 25 335 - 361 21 Zhao XD. Research and development of bioenergy in the US [J]. Global Science and Technology Economy - 9 - 中， 柳枝稷 作为先进生物液体燃料原料开发， 被美国能源部 “原料发展 项目 ” 列为 重点 。 美国在政策上大力 支持 二代先进纤维素 液体燃料的开发利用，根据能源独立与安全法案 2007制定的 “可再生燃料标准 ”，到 2022 年增加可再生交通生物燃料的使用量到 360 亿加仑（约 1.1 亿吨），增加到 2008 年的 4 倍，预计为当年美国车用能源的 22，对纤维素乙醇寄予了非常大的期望， 2022 年目标值为 160亿加仑（约 6500 万吨），占先进生物燃料的使用量的 76，占全部可再生燃料的 44。为达到此目标，美国能源部还专门启动了 “ 生物质项目 ” 来促进先进生物 液体 燃料发展 22。 2005 年 ， 美国 能源部和农业部 在 年供 10 亿吨生物质原料 技术可行性 报告中 指出 ， 2030 年多年生能源植物将占所有 可再生 生物 能源的 35， 提供 3.77 亿吨原料 23， 24， 美国非常看好多年生能源草的未来利用潜能 ，并 已 在福罗里达 东南部 等州种植了大面积的柳枝稷， 并进行了多元化 能源 利用 ，如混 燃发电、与煤炭共 气化 、固体成型燃料 等 25， 在原料种植和收集上积累了丰富的经验。 在美国东 南部等优良种植条件下干物质产量 最高可 达 35 吨 /公顷 ，但实际 大规模 柳枝稷 种植 产量 仍不太高，与试验田水平相差甚远，其中 高 地生态型柳枝稷干物质产量约 8.7 4.2 吨 /公顷，低地生态型产量约为 12.9 5.9 吨 /公顷，在南方低地势地区优良条件下种植平均产量约为 15.5-22.6 吨 /公顷。柳枝稷作为生物液体燃料利用原料也存在诸多风险，如产量、品性不稳定，成本太高，企业、农民积极性难以调动，难以形成燃料链循环模式等。 美国能源草 的 收割与运输 （ David Bransby, 2008） Observation, 2006, 8 42 - 46 22 US-DOE. Biomass Program. http//www1.eere.energy.gov/biomass/ 23 杜菲 , 杨富裕 , M.D. Clasler 等 . 美国能源草柳枝稷的研究进展 [J]. 安徽农业科学 . 2010,38 20334-20339 24 US-DOE, USDA. Biomass as feedstock for a bioenergy and bioproducts industry The technical feasibility of a billion ton annual supply, 2005. http//feedstockreview.ornl.gov/pdf/billion_ton_vision.pdf 25 范希峰 , 左海涛等 . 芒和荻作为草本能源植物的潜力分析 [J]. 中国农学通报 . 2010,2614381-387 - 10 - 美国佛罗里达州能源草 种植基地 典型案例 BP 生物燃料公司能源草纤维素乙醇利用项目（ Highlands） 自 2010 年 7 月， BP 公司 以 9830 万美元并购美国生物燃料技术公司 Verenium 旗下的生物燃料业务后，加大对纤维素乙醇研发、示范及工业化投入力度。 在圣地亚哥（ San Diego）建立全球纤维素乙醇技术研发中心，在路易斯安娜（ Louisiana）进行大型纤维素乙醇示范项目，在福罗里达州（ Florida）开展能源草纤维素乙醇商业化项目Highlands。并计划在海湾地区开展更大规模的 纤维素乙醇项目来弥补漏油事件的影响。 Highlands 项目 该项目已在美国福罗里达州将 1400 公顷的废弃荒地开垦成 800 公顷的能源草种植基地，并种植了约 600 公顷的能源草，并正筹建年产量 3600 万加仑的能源草纤维素乙醇商业化工厂，计划 2 年内完工。该项目将整合研发技术、能源草种植与收集、燃料乙醇生产等环节，最终实现商业化，将为提供 600-800 个工作机会。 BP Hihgtlands 项目将是世界上第一个利用能源草进行纤维素乙醇生产的项目，未来还将扩大种植规模，计划充分利用 3500 英亩废弃土地被改造成 2000 英亩的能源草种植田，这些草将会应用于未来的工业化 ，同时在东南部海湾附近 调研扩大规模。 美国柳枝稷作为生物液体燃料利用原料的主要风险因素 1） 柳枝稷多年生产量不稳定。第一年产量为最大产量 1/3, 第三年可达到最大产量，之后产量会大大降 低； 2） 柳枝稷品性不稳定。产量受气候、土壤等外界因素影响大，平均变化率可达50； 3） 柳枝稷对肥料的需求 比 虽比其他草本植物要低，但比林业生物质能源作物要高， 主要是由于收割带走了土壤中养分 ； 4） 要满足燃料生产不间断的原料需求， 柳枝稷 存贮也有问题，多年储存将造成 结构分解； 需更好的存贮管理办法； 5） 适合 生物液体燃料生产的柳枝稷种子仍不能 通过 商业种子公司购买，大规模种植前 1-2 年，非常有必要设立柳枝稷种子供应站； 6） 柳枝稷 种植成本仍较高，难以满足 生物燃料利用成本 利益要求。 来源 IEA,2011. Switchgrass Production in the USA - 11 - 2） 欧洲 能源草种植现状及液体燃料利用典型案例 欧盟对能源草的研究则更多 关注芒属植物，其研究历史超过 50 年。包括丹麦、德国、英国、荷兰和瑞士等都通过了国家项目来资助芒属植物培育、管理实践以加工方面的研究工作 20。此外，瑞典和芬兰 也开始对虉草和卢竹进行筛选及育种研究，并证实了虉草作 为固体生物燃料的可行性 。 据欧盟生物质协会介绍， 2010 年 英国芒草 种植面积 已达 17000 公顷 ， 并 提供800-1000 英镑 /公顷 补贴 ； 法国 、德国、意大利、奥地利 、爱尔兰 芒草种植面积 分别 为 2000、 1500、 7500、 800、 2600 公顷， 这几个国家 给能源草发电 提供 高补贴措施 26。 2011 年瑞典虉草种植面积为 800 公顷左右，并给能源草种植提供碳税补偿 500 欧元 /公顷 26；芬兰虉草种植面积约为 18000 公顷， 将能源草列为 零 碳排放物质可 进行 碳 排放交易； 近年，柳枝稷也得到了重视。欧盟生物质协会也总结，能源草目前还不具备大面积种植的条件，主要 是经济上仍 缺乏优势， 难以满足农民和使用者的利用要求；能源草品质也有待提高；另外，在政策上的支持也没有完全到位。 欧盟为减少交通领域温室气体排放 ，将大力 推动先进生物燃料 发展 。 2003 年，欧盟颁布关于促进交通部门生物燃料及其他可再生燃料指令，要求达到 5.75的交通生物燃料使用量； 2008 年欧盟又通过新的可再生燃料指令，其目标 为2020 年生物燃料要满足欧盟交通道路运输燃料需求的 20，约为 3500 万吨石油当量。 并且提出了所有生物液体燃料温室气体减排 不得低于 35， 2017 年最低减排要求将增加到 60。 欧盟生物燃料的推广政策，给先进生物燃料的发展提供了良好 空间 。 波兰 收割能源草 EURONATUR, 2008 26 Jean-Marc Jossart. Will perennial crops take off in Europe. Brussels. 2011.09.15 - 12 - 3） 中国台湾 台湾 （ 岛屿 面积为 36000 平方公里，为大陆面积 的 1/100） 为了减少单位 GDP 温室气体排放， 2005 年确定了生物能源的发展目标，其中 2020