甜高粱将成为生物质能源的主力军

　　编者按：最近发布的可再生能源发展“十一五”规划显示，以甜高梁茎秆、木薯等非粮原料生产燃料乙醇的技术已具备商业化发展的条件。规划还表示要加强能源作物生产组织体系的建设，合理组织好能源作物的选育、种植、栽培的规划工作，形成完善的能源作物种植、抚育管理和收购储存的产业化服务体系。因此，本文作者黎大爵教授通过对甜高梁选育和栽培成果等方面的介绍，为我们呈现了能源作物甜高梁解决能源问题的光辉前景。

　　甜高粱原是一种热带作物，但由于它的种质资源十分丰富，品种繁多，生育期自3-7个月不等，因此在热带、亚热带、温带地区均可栽培。我国是一个盛产高粱的国家，1993 年，我国粒用高粱栽培面积达282.8万公顷，总产量达703.4万吨，占全世界的10.73%。我国甘蔗的单位面积的产量与世界持平，甜菜的单位面积产量只有世界平均产量的54%，而粒用高粱的单位面积产量却为世界平均单产的285%。甜高粱的生物学特性与粒用高粱类似，实践也表明，我国非常适合于甜高粱的栽培。第四届世界能源协会国际座谈会会议中指出：甜高粱作为大规模的能源作物具备有利的特性，其前途很有希望。

　　用甜高粱生产酒精具有以下优点：

　　1. 产量高

　　甜高粱的生长快、产量高，在生物量能源系统中，甜高粱是第一位的竞争者，在北京，甜高粱品种‘雷伊’，从 7 月 20日至 26日间，平均每天长高12 cm，其生长速度之快，实在令人赞叹！无愧于“高能作物”的光荣称号。阿根廷农业——工业实验站的试验表明，甜高粱碳水化合物的产量为玉米的二倍。据美国农业部的资料，用甜高粱生产酒精的其产量为500 加仑/英亩(单季)，分别为玉米的234%、粒用高粱的400%、小麦的633%、黑麦的926%、燕麦877%、大麦的602%、水稻的286%、白马铃薯的167%、甜马铃薯的263%、甜菜的121%。因甜高粱的种子和茎秆均可用以生产酒精，是一种非常理想的作物。美国的实验结果表明，每公顷甜高粱可产酒精6106升，而被称为太阳能最有效的转化器的甘蔗，每公顷仅产酒精 4680 升，比甘蔗高30%。印度用甘蔗和甜高粱生产99.5%无水酒精，甜高粱的单位面积产量为5700-6500 升/公顷/年，比甘蔗的4000-4500升/公顷/年高30%左右。南斯拉夫联邦共和国的实验也表明，在水浇地每公顷可产8,000升酒精。中国科学院植物研究所植物园的试验也表明，甜高粱品种 ‘M81-E’、‘雷伊’、’凯勒’ 和 ‘泰斯’ 的酒精产量分别为每公顷5607、5981、6131和6159升。日人新川清星作过以下试验：若将以下作物每公顷、每天所合成的碳水化合物都转化为酒精的话，甜高粱为48升，而玉米、小麦和粒用高粱则分别为 15，3和 9 升。

　　同甘蔗比较，用甜高粱生产酒精有许多优点：在热带地区，甜高粱一年可收获2-3次，而甘蔗只有一次；甘蔗用茎秆繁殖，亩用500—800公斤的蔗茎，且不易机械化种植，而甜高粱用种子繁殖，每亩0.5 公斤种子即足，一台播种机一天可播种数百亩；甜高粱耐旱、耐涝、耐盐碱，它对水分的需要量仅为甘蔗的1/3，玉米的1/2。对肥料的需求只有甘蔗的35-40%。美国能源部在1979年制订的酒精产量计划中，拟逐步用甜高粱取代玉米生产酒精，因为甜高粱每英亩可产600加仑酒精，而玉米只能生产237加仑。在一些特殊的缺水、土壤贫瘠地区（巴西北部，非洲的一些地区和中国等等）用于生产酒精，甜高粱甚至是一种比甘蔗更有希望的作物（“撒哈拉生物酒精的前景和发展机会”的研究摘要，世界银行）。

　　2．甜高粱是减排的优良作物

　　开发甜高粱酒精燃料的另一个好处是降低了空气中二氧化碳的含量。近来大气中的二氧化碳的浓度已从工业革命前的280 ppm上升到2000年的416 ppm；20世纪80年代后平均增长率为0.4%，专家指出，如果温室气体在大气中增长速度保持在目前态势，那么至2100年温度将上升1.5—4.5?C，全球海平面将可上升一米左右。世界上有些城市和岛屿，有可能招来灭顶之灾。巴西发展甘蔗，它每年吸收石化燃料所排放CO2 的20%，仅COPERSUCAR公司2001/02年度用甘蔗生产230万吨酒精，通过加工酒精和蔗渣，避免了270万吨碳/年的排放，甜高粱作为一种能源作物，其含硫量低 (S<0.01%)，种植一公顷甜高粱，每年可吸收45吨的CO2。种一公顷甜高粱可生产11 吨油当量的净能而没有任何CO2 散发到大气中。

　　3．甜高粱秆渣是造纸的好原料

　　19世纪，造纸的主要原料为作物的秸秆，20世纪，造纸的主要原料为木头，21世纪，秸秆和甜高粱纤维将被用作造纸的主要原料。甜高粱纤维素结构具有很高的密度和产生同质片状物，非常适于高质量的纸张，特别适于作为造纸工业的原材料。甜高粱茎秆中含有 18-24％的纤维。甜高粱纤维素的产量每亩约900公斤。含有50％水分的纤维 (其热值为7 531千焦／千克) 可用作锅炉的燃料，每千克秆渣可生产2.4千克蒸气，只要燃烧一半的秆渣即可完成加工自身的任务而无须别的能源，另一半秆渣还可用以造纸。每产一吨酒精的甜高粱秆渣便可产5吨的纸浆 ，而玉米、木薯在这方面却无法与甘蔗和甜高粱相比。

　　4．有助于产业结构的调整

　　2005年我国总人口为130,628万人，占世界人口已达64.77亿的20.1 %，。而我们的耕地面积只占全世界耕地面积的7%,人均耕地占有面积只有世界平均水平的1/3。从1997年到2003年的7年间，我国耕地从19.5亿亩锐减到18.5亿亩，而这一时期我国人口却年平均增加1000万人。2001年我国玉米播种面积3.64亿亩，总产量11408.8万吨，其中68%用作饲料。设甜高粱以亩产6,000 kg鲜饲料和250 kg籽粒计算，可生产甜高粱秸秆粉1,870 kg（其热值为玉米的107%，马铃薯干粉的138%），这1870 kg就是我国2005年玉米平均单产352 kg的5.3倍，小麦平均单产285 kg的6.6倍！用0.5亿亩地种甜高粱生产甜高粱秸秆粉配合饲料，其产量比3.65亿亩玉米所产的饲料还多。甜高粱每亩还可收获150-500公斤籽粒，它本身就是粮食作物。因甜高粱是用其秸秆中的糖生产酒精，只要合理安排，不存在与粮争地问题。这样我们就能从根本上缓解了我国能源、粮食、环保问题。我国养殖业的结构极不合理甚至畸形，突出表现是食粮畜、禽比例过大。2002年我国猪肉的产量为4326.6万吨，占猪、牛、羊肉总产5191.9万吨的 83.3％，远远高于世界平均值的56.4%，更高于美国的 41.7％、巴西的21.8%、印度的14.2%和澳大利亚的12.8%。猪的饲料以粮食、蔬菜为主，饲料中的纤维素不得过高，而牛、羊则以吃草为主，牛、羊肉的成本较低且饲料利用效率较高，牛是两个胃的反刍动物，饲喂甜高粱秸秆粉更为合适。2005年12月，国际市场活猪的价格为11366元/吨，而菜牛的为20446元/吨，菜牛的价格比活猪高80%。这一年我国出口猪肉25万吨，出口平均价每公斤为1.6212美元，出口牛肉1.91万吨，出口价平均为每公斤2.1722美元，牛肉价格比猪肉高34%。猪食粮食价钱反而比牛肉低，不合算，因此，调整我国养殖业结构，大力推广甜高粱，发展牛、羊、兔、鹅、驼鸟等草食和节粮型家畜、家禽以提高我国肉类的总产，对于减少粮食压力并提供更多的肉食具有重大的意义。

　　联合国对发展中国家猪肉生产能力的估计表明，东亚（包括中国）和南亚是养猪生产增长的地区。前者在1990-2020年间养猪生产的平均年增长率有可能为6.3%，后者在这一期间的平均年增长率可能为2.9%。然而，对于以上两个地区养猪的饲料资源玉米和大豆粕这两种原料分别短缺三分之一和二分之一。甜高粱秸秆分配和饲料的发明，为解决饲料问题指出了一条切实可行的途径，对于解决饲料问题有着普遍的意义。

　　5．超级甜高粱的问世，为甜高粱的发展开辟了广阔的前景

　　杂交种子已在主要的农作物如水稻、玉米和粒用高粱已在深生产上广泛应用。一些学者曾用粒用高粱的雄性不育系作母本配制甜高粱杂种种子，产量虽有所提高，但因甜高粱的髓质（蒲心）对多汁是显性，非甜对甜是显性，因此，杂种第一代的茎秆蒲心、少汁，含糖量下降，丧失了甜高粱应有的特性。2001年北京绿能经济植物研究所在数万株甜高粱中发现了一株茎秆富含糖分的雄性不育株并用生物技术将其保存了下来。2003年，我们又发现了一株秆高、茎粗的甜高粱的突变体，将它们进行杂交便产生了单位面积产量比美国优良常规甜高粱品种‘凯勒’还高40-80% 的超级甜高粱，株高4.5-5.8米，有部分植株茎秆的直径比果蔗还粗，单秆重多在1000-3800克之间。1985年作者曾测定28个从国外引进的甜高粱品种的280个植株的平均秆重位为678克，在印度的甜高粱品种评价试验中，秆重的范围只有380 - 528克, 而2006年，我们测定了5418个植株，平均秆重为1119克，比1984年增加了65%。1984年测定280个植株汁的锤度平均为13.7%，而2006年，5148个植株的平均锤度为19.7%。比1984年提高了43.8%。超级甜高粱的问世，将大大地降低燃料酒精的成本，为酒精燃料产业的发展开创了广阔的前景。

　　6．甘蔗和甜高粱茎秆也可长期贮藏和运输

　　长期以来，阻碍甜高粱发展的主要因素之一就是甜高粱的茎秆不耐贮藏，在热带地区，用作制糖原料，必需在72小时内加工完毕，否则秆中的蔗糖就转化为葡萄糖，影响糖的产量和质量。即使采用早、中、晚熟品种配搭栽培和分期播种，其加工期也不会超过4个月。我国甘蔗糖厂的生产季节每年也只有3-4个月，一座糖厂或酒精厂每年有三分之二甚至四分之三的时间被闲置，其效益必然低下，加之甜高粱茎秆体积大，不便运输，这就是甘蔗、甜高粱必需栽培在糖厂、酒精厂周围半径18公里的范围之内的原因。糖秆作物秸秆贮藏专利技术的发明可使甘蔗和甜高粱茎秆的体积和重量减少约2/3，并可长期贮存和长途运输，打破了“18公里”的禁区，这就使糖厂和酒精厂的周年生产成为可能，它将大大地提高设备的利用率、经济效益和附近农民的收入并大大地降低了酒精的成本。

　　7．用甜高粱生产酒精的成本只有甘蔗的44-80%

　　根据美国农业部的资料，用甜高粱生产酒精的成本为：玉米每加仑1.14、粒用高粱1.08、小麦1.36、黑麦1.07、燕麦1.43、大麦1.43、稻谷2.88、白马铃薯4.35、甜马铃薯5.72、甜菜5.72、甘蔗1.56美元，甜高粱为0.44美元。泰国用糖蜜、甘蔗、甜高粱、木薯、玉米和稻谷生产酒精的成本分别为每升0.137、0.199、0.136、0.132、0.222和0.508美元。美国人曾对甜高粱的产量和经济学作初步分析，用甜高粱作原料生产酒精，每加仑的成本为0.18-0.20美元，而甜菜则须0.34美元，比甜高粱高65—85％。

　　美国曾对对从糖料作物 (甘蔗、甜高粱、甜菜) 生产燃料和化学品在技术和经济上的可行性作了广泛的分析，其结论是：用甜高粱生产酒精和氨最有希望；用其汁液或糖蜜发酵生产酒精在经济上已接近于有竞争能力，用以生产氨，其成本已可同用煤制氨相竞争。在中近期内，甘蔗最有希望，但从较长远的观点看，最有希望的还是甜高粱。

　　早在1975年，巴西就开始实施 “酒精燃料计划”，此后全球石油价格大跌，酒精燃料的需求锐减，但巴西依然坚持提高酒精生产效率的新工艺的研究，使生产酒精的成本从原来的每升60美分降至约20美分，具有充分的市场竞争力，他们称之为“学习曲线”。

　　乙醇燃料的最新价格，目前只有汽油的大约六成。即使考虑到每升行驶距离，价格也只有汽油的七成左右。标致——雪铁龙在巴西的执行董事长塞尔日?哈比卜说，“只要油价在37美元以上，用甘蔗生产乙醇就有利可图”。目前已上涨到100美元以上！现在的甜高粱品种同20世纪70-80年代的品种相比已经不能同日而语，在非洲用我们优良的甜高粱品种的试验表明，甜高粱生产酒精的成本为每升0.20美元，而当地的甘蔗为0.25-0.45美元，用甜高粱生产酒精的成本只有甘蔗的44%—80%！

　　假若在我国3.64亿亩玉米地中，用0.5亩地种甜高粱生产甜高粱秸秆粉配合饲料，其产量比3.65亿亩所产的饲料还多，在所节省的3亿亩土地中拿出一半，即1.5亿亩土地用来种植甜高粱生产酒精，因甜高粱耐旱、耐涝、耐盐碱，可从我国5.3亿亩的宜农荒地中拿出2亿亩，加上上述的1.5亿亩玉米地共计3.5亿亩土地用来种植甜高粱以生产燃料酒精，以每亩产以5,000 kg茎秆和250 kg籽粒计，每亩可产445升酒精，3.5亿亩可产1,559亿升酒精，约为2006年全世界酒精总产量的390%，这1,559亿升酒精可制成E20的汽油醇7795亿升，足以满足近期我国对能源需求。

　　20世纪70-80年代, 我们从国外引进了大量种质资源和一批优良的甜高粱品种，选育出一批高产、高糖、甜高粱优良品种，90年代以来，我国在甜高粱育种领域方面处于世界领先地位。受联合国粮农组织（FAO）的委托，我们主持了第一轮国际甜高粱品种区域试验，先后主持、召开了首届全国甜高粱会议及第一届国际甜高粱会议，出版了世界上主要的中、英文甜高粱专著，FAO总部高级官员 Peter Griffee博士来华考察并出席第一届国际甜高粱会议回意大利后给FAO的24个科处室通报：“甜高粱及甜高粱育种项目‘冠军’——黎大爵教授”。近期我们又成功地培育出一批新的甜高粱新品种，如 ‘甜饲1号’、‘绿能2号’ 和 ‘绿能3号’ 等优良品种。大力开发甜高粱酒精燃料产业，开发这个取之不竭用之不完的 “地面油田”，对于保护环境，还我青山绿水，蓝天白云，走可持续发展道路、对调整产业结构、增加就业机会、加速西部开发和农村城市化的进程都有着大的意义。

　　中华民族有五千多年的历史，3000多年前我们的祖先最早开创了酿酒业，为现代世界酒精燃料产业奠定了基础；在上个世纪80年代以前，美国在甜高粱育种方面处于世界领先地位，但他们最早的甜高粱品种却是1854年通过法国于1853年从中国上海的崇明岛引进的。大力发展甜高粱燃料酒精产业，给我们带来的不仅是能源的安全和清洁的环境，而且它将帮助8亿农民更快奔小康、开创我国农业和农村工作的新局面。曾经成功地预报第一次世界能源危机的壳牌集团公司，又勾划出未来能源供应的轮廓：到2050年，将绿色尽染，可再生能源将逐渐在世界能源生产中占主导地位。让我们共同奋斗，去迎接那“绿色尽染”的年代。(黎大爵 中国科学院植物研究所研究员)

　　来源：中国新能源网