第11卷第3期 2011年6月
过程工程学报
The Chinese Jourmal of Process Engineering
Vol.11 No.3 June2011
燃料乙醇生产用生物原料的土地使用、能耗、环境影响和水耗分析
孔德柱，王玉春，孙健"，袁晓凡，王晓东，肖杰，赵兵(1.中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室，北京100190；2.中国科学院研究生院，北京100049)
摘要：在引入生物质分配比率的基础上，从土地使用率、能耗、环境和耗水量4个方面分析了玉米秸秆、木薯和甜高聚3种生物质原料生产燃料乙醇的过程，得到了3种生物质发展潜力数据，结果表明，玉米秸秆作为原料，按产出乙醇能计，土地使用率最高可达563.40GJ/ha，投入能量最低，仅为22.68MJ/GJ，环境影响最小，耗水量最少，只有
8m/GJ，是最有开发前景的原料.甜高总体上优于木署，但耗水量太大，不利于长远发展。关键词：生物质；土地使用率；能耗：气体排放；耗水量：乙醇
中图分类号：TQ517 1前言
文献标识码：A
文章编号：1009606X(2011)03-0452-09
的重要组成部分，
由于不可再生的化石能源的日益消耗和短缺，从长
远的经济稳定和能源安全角度出发，我国发展可再生能源至关重要，由手我国人口众多，人均耕地少，因此不能用玉米和小麦等粮食作物及制糖原料甘蔗等作为生产燃料乙醇的原料，在我国被广泛看好的生物质燃料乙醇原料是秸秆纤维素、木薯和甜高粱，且目前已有很多工厂和中试车间利用这3种原料生产燃料乙醇1,2)，但也存在完全相反的观点，如Felix等3)认为以柳枝稷为原料的纤维素质燃料乙醇生产是耗能的过程.但这并不能完全否认纤维素质燃料乙醇的发展，纤维素质资源丰富，固定太阳能效率高，世界各国都投入了极大的财力物力进行研究.本研究评价分析了玉米秸秆、木薯和甜高染3种原料生产生物质燃料乙醇过程的优劣，为开发最有潜力的生物质燃料提供参考
原料生产过程中产生的能源消耗和环境气体排放(主要产生于能量的投入)是燃料乙醇全生命周期过程的重要组成部分.张治山等4对我国玉米基燃料乙醇生产进行了能耗分析，发现玉米种植能耗约占全生命周期总能耗的30%；张成(5)分析了以广西木薯为原料的燃料乙醇生产，发现原料的种植运输能耗约占总能耗的41%. 近年来可再生能源的研究者开始关注生物质能的土地使用和淡水资源的消耗.Yang等[]分析了以玉米为原料生产燃料乙醇的土地资源占用和水资源消耗情况，发现到2020年，我国5%~10%的耕地用于燃料乙醇原料生产，每年耗水量为32~72km，相当于每年的黄河总水量.Dominguez-Faus等17]研究发现美国使用燃料乙醇作为能源的汽车行驶耗水量为118L/km，严重威胁淡水资源，土地使用和耗水量已成为分析生物质燃料不可忽视收稿日期：2011-04-11，修回日期：2011-0519
基金项目：中国科学院如识创新工程重大项目资助(编号：KSCX1-YW-11D3)
以往评价分析以糖质和淀粉质为原料的燃料乙醇
的研究都没有考患种植过程中总体作物中其他副产品的产出[4,5，但分析以秸秆类为原料的纤维素质燃料乙醇的生产时，粮食等副产品就不可忽视。如Graham等[9] 在分析玉米秸秆时考虑了玉米产量对秸秆量的影响，建立了秸秆产量和玉米产量的量化关系；Sheehan等[0]将玉米和秸秆作为两种土地产出，但分配时只将收集过程全部分配到秸秆上，其他种植过程中的投入分配到玉米上，生命周期评价方法是用来分析生物质燃料乙醇的重要手段，本工作基于生命周期评价方法，首次定义了生物质分配比率，并用于分析中，从而更加合理地分析了3种生物质原料生产过程中的土地使用率、能耗、环境气体排放和耗水量，评价其各自的优势，以便在我国因地制宜，加以选择和发展
2分析方法 2.1目标与系统边界
生产可再生的生物质能原料需投入土地、淡水、太阳能和种植收集过程中的化石能。本研究分析的玉米秸秆、木薯和甜高粱原料生产包括土地使用率、淡水资源消耗、原料种植和收集过程投入的化石能耗和造成的环境气体排放.原料的种植一般包括整地、播种、施肥、除草、收获几个过程，但我国种植一般承包到户，播种、除草和收获等一般都是手工完成，产生能耗和环境气体排放的过程主要在整地和化肥生产过程。原料的收集过程是将种植的生物质原料收集运输到燃料乙醇生产工广的过程，图1为原料生产过程的边界系统，在产出乙醇能和电能两种情况下评价分析各生物质土地使用、能量投入、环境排放和淡水消耗
作者篇介：九德柱(1984-)，男，黑龙江省安达市人，硕士研究生，生物化工专业；赵兵，通讯联系人，Tel:010-82627059,E-mail:bzhao@home.ipe.ac.cn 万方数据