甜菜作为能源作物的优势及其发展前景

金明亮，贾海伦

（黑龙江大学农作物研究院，哈尔滨150080）

甜菜作为能源作物的优势及其发展前景

金明亮，贾海伦

（黑龙江大学农作物研究院，哈尔滨150080）

从种植，生产工艺，经济效益等方面论述了甜菜作为能源作物的优势，并讨论了其存在的问题及发展前景。

甜菜；能源作物；优势

石油能源是当前国际上的工业经济战略要素，直接关系到每个国家的工业化、现代化和人民生活水平的提高，甚至影响到战争与和平，所以石油问题己经是国际性的问题。目前，世界上的石油储备量仅够使用50年左右，而中国的石油按照目前的开采量则至多可使用30年[1]。所以，寻找一种可再生能源作为石化产品的替代品变得愈加重要。生物质能是以生物质为载体的能量，即蕴藏在生物质中的能量，是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而贮藏在生物质内部的能量形式[2]。生物质能源是可再生能源，因其具有可贮藏性及连续转化能源的特征，成为最有前景的替代能源。燃料乙醇是生物质能中最主要的能源之一，也称燃料酒精。它是一种清洁的可再生能源，在整个生产和使用循环中，不会增加温室气体的排放。作为新的替代能源，燃料乙醇的研究和应用已被许多国家摆到了重要的战略地位，因此，采用农作物原料发酵生产无水乙醇全部或部分替代汽油应用前景广阔。

英国学者Bassam在其著作“Energy Plant Species”中指出，能源植物是指那些一年生和多年生植物，其栽培目的是生产固体、液体或气体能源材料[3]。2006年1月，我国颁布实施的《中华人民共和国可再生能源法》定义的能源作物是指经专门种植,用以提供能源原料的草本和木本植物[4]。近几年，人们开始研究糖料作物制取乙醇，其中甜菜因其特有的优势成为最具潜力的能源作物。

1 国内外利用甜菜生产乙醇的现状

20世纪90年代末，由于受世界食糖市场高度不稳定和石油能源紧缺的影响，少数发达国家便开始尝试选育能源甜菜的研究，并以甜菜为原料转化燃料乙醇。日本在1997年由日本科技振兴会拨款制定了能源甜菜研究开发的10年发展规划，进展顺利[5]。而英国则在此之前就开展了这方面的研究，在世界上取得领先地位。德国建造了欧盟最大的以甜菜为原料年产3.5亿L的乙醇工厂。法国在2004年生产10万t乙醇，其中70%是用糖甜菜生产，30%由粮食生产[6]。

同时，我国在利用甜菜生产乙醇方面也做出了卓有成效的工作。中国糖业协会在2006年高度重视能源甜菜生产燃料乙醇，作出长远规划，要求国内有条件的企业研究利用甘蔗和甜菜生产燃料乙醇[6]。香港和宝国际2006年开始拥有具自主知识产权、处于世界领先地位的生物活性引进生产非粮食类乙醇技术，这一技术具有投资少，成本低，出酒率高，生产工艺兼容性强，污染程度低等一系列明显优势，已获得高新技术项目认定[7]。新疆农业科学院培育的甜菜JNY7208等4个新品系，含糖17.38%，产量61.4t/hm2,折合每公顷产95%乙醇5909kg[7]。2007年3月18日，宁夏平罗县和武汉地博石化公司，河南中促实业有限公司，宁夏银湖酒精有限公司签订利用甜菜生产燃料乙醇24万t项目协议，国家发改委基本同意将宁夏车用乙醇列入扩大试点范围，在平罗县建设燃料乙醇厂[6]。

2 甜菜作为能源作物的优势

2007年6月7日，国务院召开可再生能源会议要求，中国发展生物燃料乙醇，必须要遵循三个“不得”的原则，即不得占用耕地，不得消耗粮食，不得破坏生态环境[4]。相比于甘蔗、玉米和甜高粱，甜菜具有一些特殊的生长特性，用其生产燃料乙醇可以更好地遵循该原则。

2.1甜菜作为能源作物的种植优势

2.1.1 抗逆性较强，种植范围广尽管甘蔗的生物产量相对较高，但它属于喜温、喜光的热带、亚热带植物,

这样的生态条件只有中国南方的几个省区具备，而这些地方常常是地少人多，用于种植能源甘蔗的耕地十分有限；而甜菜比较抗寒，生长最低温度4～5℃，子叶期能耐受短期-3℃低温，1对真叶期能抵抗短期-5℃左右的低温，甜菜在春季低温、无霜期短的高海拔和高纬度地区种植[9]，中国绝大部分地区都适宜种植甜菜，在这方面恰恰可以克服甘蔗的不足。甜高粱与甜菜的抗逆性相仿，但甜高粱茎秆中的糖分极易转化，加工期只有20d左右。这一问题至今尚未突破，而甜菜不存在这样问题，它的加工期长达半年。

2.1.2 不与粮食争地与玉米生产燃料乙醇相比，虽然利用玉米生产燃料乙醇工艺最成熟，但玉米生产对土地、气候条件的要求远比甜菜要高，且玉米为粮食作物，“十一五”期间国家从战略上统筹规划，引导生物燃料乙醇产业的发展，要求生产原料多种，坚持“因地制宜，非粮食为主”。甜菜耐盐碱，在粮食作物产量不高或不稳定地区，或不可以种植玉米等粮食作物的盐碱地也可以正常种植甜菜[9]。

2.2甜菜作为能源作物的工艺优势

由表1可知：谷物和薯类等作物制取乙醇时，需要调节温度和pH值，加热使淀粉水解为单糖后发酵，该工艺比较复杂，成本也比较高；用纤维素类物质转化乙醇，其加工工艺是对秸秆等纤维原料进行预处理，加酸或酶使其水解为单糖后发酵，由于植物纤维的结构十分复杂，完成水解比淀粉困难得多，并且目前水解纤维素的酶成本都极高，而用甜菜、甘蔗和甜高粱等作物生产燃料乙醇，其加工工艺是对原料进行处理后，不需要添加酶，直接接入菌种发酵最后进行蒸馏和脱水，便得乙醇。该工艺简单易行，工艺成本最低[10]。

2.3甜菜作为能源作物的产量及效益优势

吉林省农业科学院的李文等做过几种能源作物单位面积产酒精比较试验，甜菜年每公顷酒精产量略高，为2915～5600kg。甜高粱为年每公顷产酒精2600～4880kg，玉米为年每公顷产酒精2113～3580kg[11]。其中甜菜的经济效益最高，每吨可达1140～2070元（表2）。

表1 不同原料生产工艺技术的特性对比

表2 东北地区制取燃料乙醇3种原料作物间的比较

3 甜菜作为能源作物的问题及前景

能源问题已经成为世界性的问题，发展燃料乙醇产业不仅有助于保证能源供应安全，改善生态环境，而且还能为农民和企业的增收开辟新途径，甜菜乙醇产业的发展首先要解决原料问题，其次是发酵菌种和生产工艺问题，最后就是产率问题。

甜菜育种家们已经开始尝试选育在生产上表现出强大的杂种优势、抗逆性强，而且甜菜块根产量高、含糖适中、综合利用价值高的能源甜菜品种，可利用边际性土地，来稳定供应甜菜乙醇产业，前景良好；而针对燃料乙醇生产过程存在的共性难题，需要筛选出适宜燃料乙醇生产的最佳酵母菌，研究利用甜菜生产燃料乙醇的最佳工艺参数[5]；同时要探索酶解同步发酵技术，充分利用甜菜原料中的纤维素和半纤维素，使甜菜中的蔗糖和纤维素都通过微生物发酵法转化为乙醇，从而提高乙醇的产率，提高甜菜乙醇产业的经济效益[4]。

[1]侯伟鹏.开发甘蔗燃料乙醇,大有可为[J].广西蔗糖，2004(2):34-35.

[2]王莉衡.能源植物的研究与开发利用[J].化学与生物工程，2010,27(4):6-8.

[3]Hussy I,Hawkes FR.Continuous fermentative hydrogen production from sucrose and sugarbeet[J].International Journal of Hydrogen Energy,2005,30(5):471-483.

[4]王亚静，毕于运，唐华俊.中国能源作物制备液体生物燃料现状及发展趋势[J].可再生能源，2009，27(2):100-105.

[5]史淑芝，程大友，马凤鸣，等.生物质能源作物-能源甜菜的开发利用[J].中国农学通报，2007，23(11):418-419.

[6]蔡葆，张文彬，黄彩云.开发能源甜菜产业势在必行[J].中国糖料，2009(1):76-80.

[7]佚名.宁夏：甜菜乙醇实现工业化生产[EB/OL].http://www.china-9.net/news/shownews.asp?id=8575，2008-4-8

[8]王燕飞，秦新政，张立明，等.能源甜菜的筛选及生产酒精初步研究[J].中国糖料，2006(3):19-21.

[9]蔡葆，姜淑芬.发挥甜菜优势开发多种产业[J].中国糖料，2008(1):69-72.

[10]郭月玲，江海东，张磊，等.我国主要能源植物及其开发利用的现状与前景[J].浙江农业科学，2009(6):1057-1062.

[11]李文，王鑫，刘迎春，等.甜菜制取燃料乙醇关键技术及其研究进展[J].中国农学通报，2010，26(7):354-359.

Potential for Energy Beet and Developm ent Prospect

JIN Ming-liang,JIA Hai-lun
(Research Institute of Agricultural Crops,Heilongjiang University,Harbin 150080,China)

The potential in planting,productive process and economic benefit of energy beetwere analyzed,and the problems and developmental prospectwere also discussed.

beet;energy crop;potential

S566.3

B

1007-2624（2011）01-0058-02

2010-10-25

金明亮（1986-），女，黑龙江省方正县人，黑龙江大学农作物研究院在读研究生。