我国能源草发展的主要问题与对策

马志林，祁 鹏，冯长松

(1.河南省水利科学研究院，河南 郑州 450003； 2.河南省水利工程安全技术重点实验室，河南 郑州 450003；3.华北水利水电大学，河南 郑州 450011； 4.河南省农业科学院 畜牧兽医研究所，河南 郑州 450008)

我国能源草发展的主要问题与对策

马志林1，2，祁 鹏3，冯长松4

(1.河南省水利科学研究院，河南 郑州 450003； 2.河南省水利工程安全技术重点实验室，河南 郑州 450003；3.华北水利水电大学，河南 郑州 450011； 4.河南省农业科学院 畜牧兽医研究所，河南 郑州 450008)

能源草；生物质能源；对策

生物质能是仅次于石油、煤炭和天然气位居世界第四位的能源，而能源草被认为是最有发展潜力的生物质能源材料之一，以生长速度快、生物量大、抗逆性强、适应性广并适宜在边际土地种植等特点，具有广阔的发展前景。我国对能源草的开发利用研究尚处于初级或空白阶段，能源草的发展存在品种资源缺乏、基础科研投入不足、缺乏政策支持、农民种植积极性不高、收集和贮运方面的经验不足、关键技术缺乏、可能对生态系统产生负面影响等问题。为此，提出了促进我国能源草发展的对策与建议：加大政策支持力度，明确产业发展方向；加大科研投入，加强科学研究，突破关键技术；强化示范项目带动战略；加强国际交流合作；注意生态保护。

1 能源草发展的趋势

随着化石能源迅速消耗，世界各主要大国把发展新能源与可再生能源作为了新一轮产业发展的重点。生物质能是仅次于石油、煤炭和天然气而位居世界第四位的能源，越来越受到世界各国的高度关注。世界生物质能源大国巴西生物液体燃料产量已达到1 750万t/a，燃料乙醇已替代50%的汽油[1]。我国也高度重视生物质能发展，国家《可再生能源中长期发展规划》(发改能源〔2007〕2174号)明确提出，“从长远考虑，要积极发展以纤维素生物质为原料的生物液体燃料技术”；“十一五”以来，我国生物质能利用技术也取得明显进展。在生物质能源利用中，以纤维素类生物质作为主导原料，已经成为国际社会、国内权威专家和政府的共识[2]。目前中国及世界关于纤维素乙醇的研究与示范项目主要集中于作物秸秆，尤其是玉米秸秆。农林秸秆废弃物理论总量大，但由于低密度零散分布，收集运输成本高，因而实际可利用率低[2]。能源草以生长速度快、生物量大、抗逆性强、适应性广并适宜在边际土地种植等特点，具有广阔的发展前景，在生物质原料中扮演着越来越重要的角色。利用能源草生产生物质能源可缓解煤炭、石油的供应压力，有效利用农闲田，改良土壤结构，提高生物多样性，减少有害气体排放等[3]，是未来发展的趋势，因此能源草被认为是最有发展潜力的生物质能源材料之一[4-5]。著名农业生态学家、原农业部科技司司长、现任中国农业大学生物质工程中心主任的程序教授曾率先向中央提出大力研发生物质能源/材料的建议，并撰文指出，能源牧草堪当未来生物能源之大任。推广种植多年生能源草，不仅是国际环保的大势所趋，而且也是农业经济与改善土壤的要求所致[6]。欧、美、日等发达国家正潜力发展能源草，研究开发各种能源草品种。美国非常看好多年生能源草的未来利用潜能，已在佛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研究，如混燃发电、与煤炭共气化、制作固体成型燃料等[7]，在原料种植和收集上积累了丰富的经验。一些国际先进生产企业也开始进行能源草纤维素乙醇示范开发利用，如意大利M&G集团利用芦竹进行乙醇生产，美国BP Hightlands项目利用柳枝稷生产乙醇。我国的研究主要集中于能源草资源的开发、种植管理和转化工艺的改良等[8]。

尽管能源草可在一定程度上缓解能源危机、改善环境，但其存在的问题也应引起人们的重视[8]。总的来说，我国对能源草的开发利用研究，包括品种选育、对边际土地的适应性、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，尚处于初级或空白阶段，企业和社会对能源草的了解也非常有限，真正的产业链还远未形成，现阶段亟待解决的问题主要集中于原料阶段，如优良品种的培育、原料收集与运输、示范种植项目的推广，以及产业政策、基础科研等。随着能源草生物质能源示范项目的开展，产业的上下游结合及下游问题，如原料贮藏、加工转化核心技术、关键设备、技术集成与产业化规模等问题也将逐步呈现。

2 能源草发展存在的主要问题

2.1 品种资源缺乏

要大力发展生物质能源，能源植物的种质资源是保证[9]。要大规模种植利用能源草，就要求其品种必须具备抗逆性强、适应性强、品系稳定、生物量大的特征。作为液体燃料利用的原料，还要求纤维素及半纤维素含量高，木质素含量低。但目前仍缺乏这种高品质优良品种，现有品种难以满足规模化工业需求，制约了能源草的总体发展和不同地区发展方式的选择[8]。

2.2 基础科研投入不足，缺乏示范项目带动

世界各国对能源草生物液体燃料的利用潜能寄予了厚望[10]，我国也把能源草利用研究提上了日程，但基础科研投入仍显不足。能源草资源调查、收集、评价，品种筛选与培育，环境抗逆性，生态适应性，以及生物液体燃料转化等各方面的研究都很薄弱，对能源草生物液体转化等关键技术缺乏针对性研究，很多研究领域仍为空白；整个能源草生物质能源利用研究处于分散、无序的初始状态。能源草示范种植与利用项目很少，而能源草品种培育、产量优化、抗逆性、适应性、稳定性的研究必须通过示范项目来实现。

2.3 缺乏政策支持，产业经济前景不明确

能源草生物质能源的利用在政策支持方面仍不够明朗，其重要战略地位仍未引起足够重视。有关生物质能源利用的法律规范、规划指南、行政管理和经济财税政策等极少明确体现出对生物质能源开发利用的支持。支持发展能源植物，也主要是指木薯、甘薯、甜高粱等淀粉质非粮能源作物，以及黄连木、麻疯树、油桐、文冠果、光皮树、乌桕等油料植物[11-12]。能源草除了在专项科技规划中有所提及外，在其他扶持政策及实施细则中未被提及。

另外，能源草短期产业经济前景也不确定，补贴政策力度与推广力度很小，原料供应的稳定性无法得到保证；税收政策的手段也不够丰富，融资渠道依然不畅；缺少技术标准与产业标准体系，管理体系与执行机构不明确；在政策的制定与执行上，也缺乏可持续性。但项目前期投入却非常大，项目风险系数较高，因此企业都处于观望状态。

2.4 农民对能源草的认知有限，种植积极性不高

发展生物质颗粒燃料、生物质液体燃料、生物质发电等生物质商品燃料生产，需要有规模大而价格又相对低廉的原料供应保障[13]，这就需要农民大量种植能源植物。但目前能源草生物质产业刚起步，处于萌芽阶段，能源草原料出路有限，农民对能源草的认知也存在局限性，加上受品种稳定性差、土地利用回报率低、推广补贴力度太小等因素影响，很难使农民积极进行盐碱地、荒山、荒地等边际土地的开发种植。

2.5 收集、运输、贮存方面的经验不足

能源草收割、打捆等机械设备与牧草通用，但收割时间、原料收集和贮存方式则迥异，与农作物秸秆差别也较大。要满足常年不间歇的生产需求，能源草在收获、收集、运输、贮存方面的经验仍显不足，有待积累。

2.6 关键技术缺乏，生产成本太高

能源草作为纤维生物质材料，也同样存在纤维素乙醇产业化发展的共性问题，如纤维素酶成本高、纤维素乙醇预处理技术有待突破、农户—企业—市场的融合等。目前，能源草纤维素乙醇的成本主要集中在原料收集储运、纤维素酶与工厂运营成本上，乙醇成本仍高于0.66美元/L,比玉米乙醇高近一倍。最近研究进展及行业发展表明，随着纤维素乙醇技术和市场的进一步成熟，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0.29美元/L左右，比玉米乙醇的利润空间更大，价格竞争力更强[14]。

2.7 大规模发展能源草仍存在生态环境问题

以能源草为原料发展生物质能源产业，需要大面积种植作保证，仅靠受干旱、贫瘠、盐碱化影响而产量有限的边际土地或许难以满足，很可能会挤占耕地。也有人担心，能源草生长繁殖迅速，大规模种植有可能影响土著物种的生存环境，对当地原生态系统产生一定的负面影响，存在一定的生态风险。另外，在边际土地上大面积种植单一的能源植物，会人为改变原来的自然生态系统，使生态系统的景观多样性和生物多样性大大降低，生态系统内物种间关系发生很大的改变，病虫害加剧、火灾风险加大，生态系统的总体服务功能大大降低[15]。

3 促进我国能源草发展的对策与建议

3.1 加大政策支持力度，明确产业发展方向

在国外，能源草已经形成生物质产业，在欧美发达国家已作为一项国家战略予以推进[6]。我国应在行业规划及实施政策中体现对能源草生物质能源利用的重视，明确能源草作为未来主要生物能源利用原料的战略地位，理顺能源草生物质能源开发的管理体系，保持政策的连续性与稳定性；逐步建立能源草种植管理、收集储运、加工利用的技术标准与产业标准体系；逐步加强对能源草生物质能产业的财税激励，出台边际土地的认定标准和能源草种植补助政策，提高补助标准，可将边际土地开发政策与能源草生物质能利用的财税扶持政策相结合，进而加强“边际土地—能源草—生物质能源”整个产业链的扶持力度。

通过引入可交易的配额制等强制性市场份额政策，培育合理的生物质能消费市场[16-17]；利用能源植物生长过程中吸收CO2和生物质能源温室气体减排潜力大的特点将碳税机制或温室气体减排机制与能源草燃料利用相结合。

同时，理顺投融资渠道，建立“政府—科研单位—企业—农户”合作联盟，加强产业上游与下游结合、科研与生产对接；突破关键技术，提高转化效率，构建多元产品体系，降低成本，调动能源草利用参与者的积极性；提高能源草生物质能源生产企业的市场竞争力，从而促进能源草生物质能源技术和产业的中长期发展。

3.2 加大科研投入，加强科学研究，突破关键技术

高产栽培配套技术和生物、化工等生物质能转化技术是加速生物能源产业发展的关键[8]。要加大科研投入，加强基础研究，将能源草研究列入国家科研计划，积极开展国家项目，依托现有大学、国家生物工程中心、重点实验室等[4]，多部门联合攻关，重点开展草本能源植物品种选育、边际土地利用、规模化种植、收集储运和先进生物液体燃料转化关键技术研究。

进一步开展能源草资源的调查、收集与评价，建立优良能源草评价体系和标准，收集一批国内外重要能源草种质资源，筛选成分特异、适应性强、繁殖快、产量高的宜能草本植物，建立宜能草本植物储备库；确定并培育适合我国各地区不同边际土地种植要求的高产能、高抗逆性品种，或者引进国外优良品种并进行本土驯化，构建草本能源植物有效驯化和育种新途径[18]；定向培育、优化直接燃烧型和乙醇燃料利用型能源草作物属性，为能源草的进一步研究和利用打基础。

建立能源草种植示范基地，开展不同能源草规模化种植及高产栽培配套技术研究，逐步建立能源草边际土地种植、管理、高产技术规程，实现能源草规模化种植，减少运输成本及损耗，为能源草生物质能源发展提供优质原料保证。

开展能源草收割、运输及高效安全储存技术，不同原料的高效物理、化学和生物预处理关键技术研究；尽快解决能源草大规模收割、储运的机械化技术。

重点围绕草本能源植物生物质水热解聚、解聚产物催化转化制备先进燃料的机理与选择性调控等关键科学问题及其配套设备开展多学科交叉与综合研究，筛选转化率高、成本低的生物酶及微生物等，结合现代生物技术和基因工程提高能源草产能效率与生物能源产品的回收率[4]。突破能源草生物质能源转化中的关键技术，降低生产成本。建立从能源草品种创制、菌种筛选到生物质能源转化，再到转化工艺技术设备研发的能源草生物质转化体系和技术集成方案。同时还要从产业发展角度出发，重点研究优化产业链中的关键技术。

3.3 强化示范项目带动战略

进行产业链相对完整的小规模试点示范是技术发展的必经之路，也是产业化的必经阶段。国家应从资金和政策上加大对能源草种植及生物液体燃料技术开发的试点示范，建立专项示范资金，积累示范经验，以便大规模推广。

3.4 加强国际交流合作

国外开展能源草研究较早，特别是欧盟及美国在能源草种质资源的探索与开发、品种改良、栽培管理技术、能源转化、生态与经济效益评估、转化工艺设备等方面都取得了不少经验和成果[19]。我们应当从能源草优良品种引进，能源草种植、收集、贮存经验，能源草生物质能源加工技术转化，能源草可持续土地利用原则等方面加强国际交流合作，实施可再生能源国际科技合作计划，有目的、有选择地引进先进的技术工艺和主要设备，促进我国能源草生物质能源的开发利用。

3.5 能源草利用必须注意生态保护

我国发展能源草必须坚持“不争地，不争粮，不争油、糖，充分利用边际土地”的基本原则[20]，以能源植物种植的环境影响为标准进行种质资源的筛选与区域布局，根据各地不同的地理条件，因地制宜，科学、合理、有序地开发边际土地，从源头开始保障我国生物燃料行业的健康、可持续发展。大规模种植能源草要开展生态环境评估，要保持草种多样性，保护当地生物种群，尽量避免单一草种大面积种植[4，21]，以保证在大力发展能源草的同时，不仅不造成对当地生态环境的破坏，还要有利于生态修复和生态改善。

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(责任编辑 徐素霞)

河南省科技攻关计划项目(132102110077)；河南省基本科研业务费项目；河南省农科院科研发展专项基金项目(20148403)

S216.2

C

1000-0941(2015)08-0007-04

马志林(1964—)，男，河南南阳市人，教授级高工，博士，主要从事能源植物与水土保持生态修复技术研究；通信作者冯长松(1972—)，男，河南潢川县人，副研究员，博士，主要从事草地资源与生态研究。

2014-11-18