“胡萝卜燃料”能否化解能源危机

眼下，全世界不少科学家都在加紧研制新型替代能源，以满足市场需求。在这样的背景下，西班牙和阿根廷的科学家对我们饭桌上的胡萝卜动起了脑筋，他们希望将胡萝卜汁中的糖发酵获得的化学物质变为燃料。胡萝卜汁是如何成为可以流进油箱的燃料的?这种生物质能生产方式能否化解能源危机?我省应如何发展独具特色的生物质能?记者就此采访了专家。

近日，西班牙国立远程教育大学和阿根廷利托瑞尔国立大学的研究人员成功研制出把胡萝卜转化为生物乙醇的技术，这种通过糖发酵获得的化学物质能够用作燃料。除获得燃料外，残留的胡萝卜肉还可以用来饲养动物和提取胡萝卜素。这项技术目前尚处于初级阶段，未来研究人员将建立一座工厂进行大规模生产。

与酿酒过程相似胡萝卜汁可以变燃料

辽宁日报：张所长，您好。在这项生物乙醇转化技术中，胡萝卜如何摇身一变成为燃料的?

张大雷：在这项技术中，工作人员会首先将胡萝卜加工成小块，对其进行酶催化水解，打破体积较大的葡萄糖分子。由此，胡萝卜生物组织中的糖被分离出来，与酵母混合在一起。接下来就是有酵母参与的酒精发酵过程，酵母能够将胡萝卜汁中的糖转化为乙醇和二氧化碳。最后，通过蒸馏得到纯度较高的乙醇。

辽宁日报：酶催化水解制乙醇的化学原理是什么?

张大雷：上面提到的技术是一项燃料乙醇生产技术，它以生物质为原料，通过生物发酵等途径获得可作为燃料用的乙醇。其基本原理为胡萝卜中的糖和淀粉在糖化酶的作用下水解为还原糖，其中的六碳糖在酵母的作用下产生乙醇。

燃料乙醇生产技术有一代和二代之分。一代燃料乙醇是以糖质和淀粉质作物为原料经液化、糖化、发酵而得到的乙醇;二代燃料乙醇是指以木质纤维素为原料经预处理、酶水解、发酵而得到的乙醇。

准确地说，新闻中以胡萝卜为原料经酶催化水解制取乙醇为一代燃料乙醇或介乎于一、二代之间的“1.5代燃料乙醇”。

辽宁日报：这种发酵制造乙醇的方法听起来与酿酒过程有些相似。

张大雷：是的。以胡萝卜为原料生产乙醇的方法与我们熟知的以粮食为原料酿酒无明显不同。不同的是此前还没有以胡萝卜为原料生产乙醇的先例，而且用胡萝卜生产乙醇因有用成分少且原料组分复杂，所以工艺也会很复杂。

辽宁日报：除胡萝卜外，还有哪些植物或果实可以用来制作生物质乙醇燃料?

张大雷：从理论上讲，任何含有碳水化合物的物质，都可以通过发酵的方法转化为乙醇，因此在我们熟悉的植物或果实中，可以用来制作生物质乙醇燃料的东西非常多。如秸秆、甘蔗、甜高粱、树木、木薯、甘薯等都可以作为生产燃料乙醇的原料。以甘蔗、甜高粱生产乙醇的技术相对简单，而以秸秆、木薯等原料生产燃料乙醇的技术则很复杂。

获得生物质燃料不能仅靠种植能源植物

辽宁日报：看来很多植物都可以拿来生产乙醇。那么判断一种植物是否适宜广泛种植以获取燃料应考虑哪些因素?

张大雷：首先，要看该植物能不能适应当地的气候，即是否具有气候适应性。这个道理很简单，就不多说了。

其次，还要考虑土地资源条件。第一，大规模种植能源植物需要大量的土地资源，因此土地资源是否充足与能源植物能否规模化种植息息相关。例如，在广西北海市一个非粮燃料乙醇项目的发展带动下，广西木薯种植面积已由2001年的26.9万公顷增至2009年的40万公顷，但是，仍然出现原料捉襟见肘的情况，可见，规模化的燃料乙醇需要的原料量非常大，耗费的土地也是相当多的。

第二，我们要考虑是否具有足够的可利用边际土地。边际土地是指在一定的生产条件下，生产收益正好足以补偿所需费用的土地，简单来说就是无利润可赚的土地。我国人多地少的实际情况决定了发展生物质能的原则是不争粮，不争耕地，不争(食用)油、糖，充分利用边际土地。也就是说，发展能源植物的种植只能利用边际土地。

辽宁日报：大量种植能源作物，是否会对边际土地造成生态影响?

张大雷：生态风险也是气候适应性和土地资源条件外，我们需要考虑的另一重要因素。

边际土地一般生态较为脆弱，存在植被退化、水蚀等问题，某些地方还可能出现污染、酸化、碱化和水涝等现象。而且由于边际土地水土条件较差，因此存在与其他植物竞争养分和水资源的问题。同时，能源植物基地大面积高密集度的种植方式，也容易诱发水土流失、水质恶化等问题。

边际土地是生物多样性与景观多样性分布的重要场所，许多珍稀动植物就散存于边际土地上，因而一般具有较高的生物多样性价值。如果大面积开发种植能源植物，单一物种连作对生物多样性的损害极大，大大降低景观的可观赏性，有可能加速生态系统的退化。

所以说，大面积种植一种能源植物必须对上述因素做出科学分析之后才能实施。

辽宁日报：种植能源作物是否会产生与粮食作物争用土地的问题?

张大雷：能源作物会与粮食作物争用土地是毋庸置疑的。据预测，美国和欧盟如果仍以传统谷物、糖类和油料作物为原料生产生物燃料，要达到10%的交通燃油替代目标，将需要10%至43%的耕地。为此，联合国粮农组织等国际组织呼吁有关国家在采取支持大规模生物燃料计划的公共政策之前三思而行。我个人不赞成以规模化种植能源作物的方式获取生物质能源的原料。

辽宁日报：除了种植能源作物外，目前还有哪些获得生物质能的渠道?

张大雷：生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。而所谓生物质能就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。基于这样的概念，有机物中除矿物燃料以外的所有来源于动植物的能源物质均属于生物质能，通常包括木材及森林废弃物、农业废弃物、水生植物、油料植物、城市和工业有机废弃物、动物粪便等。

辽宁日报：资料显示，地球上的生物质能资源丰富，每年经光合作用产生的物质有1730亿吨，其中蕴含的能量相当于全世界能源消耗总量的10至20倍。如此巨大的能量我们不应该放弃，那么合理地获得生物质能应遵循什么样的思路?

张大雷：发展生物质能源产业，必须摒弃发展现代化工业的思路。重要的不是规模化种植能源作物，而是因地制宜地利用现有资源并根据某种资源的理化特性、生物学特性、收集特性等开展能源化利用。也就是本着“原料多样化、技术多元化、产品高值化、装备成套化”的方针发展生物质能源产业，这是化解种植能源作物与粮食作物争用土地问题的良策，也是解决生物质废弃物对环境造成污染的有效途径。

在未来能源体系中生物质能作用无可代替

辽宁日报：以目前的技术水平，生物质能是否可以缓解能源危机?

张大雷：生物质资源的特点是种类多样、分布广泛、季节性收获、能量密度低。同时，生物质能源转化技术多样且相对复杂，某些技术的全生命周期评价结论尚不乐观。因此，在现阶段大规模地利用生物质资源并期望由生物质能挑起接替石化燃料重任是不现实的。

但合理、高效地利用现有资源条件，在一定区域、一定行业内代替石化燃料在技术和经济上都具备可行性。另外，生物质能与其他可再生能源不同，它是唯一的可再生的物质能源，从长远角度看，发展生物质液体燃料是发展方向，生物质液体燃料在未来的能源体系中的作用是无可代替的。

辽宁日报：我省近年生物质能的发展状况如何?您能为我们提几个高效合理发展这种能源的建议吗?

张大雷：总体来说，虽然适宜发展能源作物的土地资源有限，但我省生物质资源总量仍很丰富。我省秸秆资源为每年1990万至2000万，薪炭林面积超过300万公顷，山区各林种合理提供的薪柴总量为230万吨，全省农村人畜粪便资源量为1356万吨(干物重)，可开发量为1000万吨，此外还有大量的城市生活垃圾和污泥，这些资源条件为我省发展生物质能源产业奠定了基础。

从技术的成熟度分析，生物质能转化技术可以分为处于区域型示范和推广阶段的成型燃料技术、生物质气化技术、畜禽粪便沼气技术和生物柴油技术，处于规模化示范的城市有机废弃物制取生物燃气技术和快速裂解制取生物油技术，处于试验室研究和技术示范阶段的间接液化制取液体燃料技术和纤维素燃料乙醇技术，以及处于实验室研究阶段的第三代液体燃料技术。

基于技术成熟度和我省的资源条件，建议在我省的辽北、辽东、辽西地区快速推进成型燃料，在辽中、辽北畜禽研制集中区发展畜禽养殖废弃物沼气产业。充分利用省能源研究所、沈阳航空航天大学、沈阳农业大学的科研优势，开展城市垃圾制取生物燃气的规模化示范，利用省能源研究所的科研基础，整合优势资源、加大支持力度开展纤维素燃料乙醇技术和生物质间接液化技术，从而形成既有技术研究和产品开发，又有规模示范和产品推广的良性发展局面。

辽宁日报：感谢您的精彩讲解!

专家档案

张大雷 博士。辽宁省能源研究所所长，中国生物质能技术开发中心秘书长，国家“863”计划、科技支撑计划评审专家，国家科技进步奖评审专家，国家可持续发展实验区专家委员会委员。研究员、博士生导师。辽宁省优秀专家。主持承担多项国家、省部级重点科技课题。编撰出版著作一部，发表各类学术论文数十篇。研究领域：生物质能利用技术。