甜菜作為能源作物的優勢及其發展前景

金明亮，賈海倫

（黑龍江大學農作物研究院，哈爾濱150080）

甜菜作為能源作物的優勢及其發展前景

金明亮，賈海倫

（黑龍江大學農作物研究院，哈爾濱150080）

從種植，生產工藝，經濟效益等方面論述了甜菜作為能源作物的優勢，并討論了其存在的問題及發展前景。

甜菜；能源作物；優勢

石油能源是當前國際上的工業經濟戰略要素，直接關系到每個國家的工業化、現代化和人民生活水平的提高，甚至影響到戰爭與和平，所以石油問題己經是國際性的問題。目前，世界上的石油儲備量僅夠使用50年左右，而中國的石油按照目前的開采量則至多可使用30年[1]。所以，尋找一種可再生能源作為石化產品的替代品變得愈加重要。生物質能是以生物質為載體的能量，即蘊藏在生物質中的能量，是綠色植物通過葉綠素將太陽能轉化為化學能而貯藏在生物質內部的能量形式[2]。生物質能源是可再生能源，因其具有可貯藏性及連續轉化能源的特征，成為最有前景的替代能源。燃料乙醇是生物質能中最主要的能源之一，也稱燃料酒精。它是一種清潔的可再生能源，在整個生產和使用循環中，不會增加溫室氣體的排放。作為新的替代能源，燃料乙醇的研究和應用已被許多國家擺到了重要的戰略地位，因此，采用農作物原料發酵生產無水乙醇全部或部分替代汽油應用前景廣闊。

英國學者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，其栽培目的是生產固體、液體或氣體能源材料[3]。2006年1月，我國頒布實施的《中華人民共和國可再生能源法》定義的能源作物是指經專門種植,用以提供能源原料的草本和木本植物[4]。近幾年，人們開始研究糖料作物制取乙醇，其中甜菜因其特有的優勢成為最具潛力的能源作物。

1 國內外利用甜菜生產乙醇的現狀

20世紀90年代末，由于受世界食糖市場高度不穩定和石油能源緊缺的影響，少數發達國家便開始嘗試選育能源甜菜的研究，并以甜菜為原料轉化燃料乙醇。日本在1997年由日本科技振興會撥款制定了能源甜菜研究開發的10年發展規劃，進展順利[5]。而英國則在此之前就開展了這方面的研究，在世界上取得領先地位。德國建造了歐盟最大的以甜菜為原料年產3.5億L的乙醇工廠。法國在2004年生產10萬t乙醇，其中70%是用糖甜菜生產，30%由糧食生產[6]。

同時，我國在利用甜菜生產乙醇方面也做出了卓有成效的工作。中國糖業協會在2006年高度重視能源甜菜生產燃料乙醇，作出長遠規劃，要求國內有條件的企業研究利用甘蔗和甜菜生產燃料乙醇[6]。香港和寶國際2006年開始擁有具自主知識產權、處于世界領先地位的生物活性引進生產非糧食類乙醇技術，這一技術具有投資少，成本低，出酒率高，生產工藝兼容性強，污染程度低等一系列明顯優勢，已獲得高新技術項目認定[7]。新疆農業科學院培育的甜菜JNY7208等4個新品系，含糖17.38%，產量61.4t/hm2,折合每公頃產95%乙醇5909kg[7]。2007年3月18日，寧夏平羅縣和武漢地博石化公司，河南中促實業有限公司，寧夏銀湖酒精有限公司簽訂利用甜菜生產燃料乙醇24萬t項目協議，國家發改委基本同意將寧夏車用乙醇列入擴大試點范圍，在平羅縣建設燃料乙醇廠[6]。

2 甜菜作為能源作物的優勢

2007年6月7日，國務院召開可再生能源會議要求，中國發展生物燃料乙醇，必須要遵循三個“不得”的原則，即不得占用耕地，不得消耗糧食，不得破壞生態環境[4]。相比于甘蔗、玉米和甜高粱，甜菜具有一些特殊的生長特性，用其生產燃料乙醇可以更好地遵循該原則。

2.1甜菜作為能源作物的種植優勢

2.1.1 抗逆性較強，種植范圍廣盡管甘蔗的生物產量相對較高，但它屬于喜溫、喜光的熱帶、亞熱帶植物,

這樣的生態條件只有中國南方的幾個省區具備，而這些地方常常是地少人多，用于種植能源甘蔗的耕地十分有限；而甜菜比較抗寒，生長最低溫度4～5℃，子葉期能耐受短期-3℃低溫，1對真葉期能抵抗短期-5℃左右的低溫，甜菜在春季低溫、無霜期短的高海拔和高緯度地區種植[9]，中國絕大部分地區都適宜種植甜菜，在這方面恰恰可以克服甘蔗的不足。甜高粱與甜菜的抗逆性相仿，但甜高粱莖稈中的糖分極易轉化，加工期只有20d左右。這一問題至今尚未突破，而甜菜不存在這樣問題，它的加工期長達半年。

2.1.2 不與糧食爭地與玉米生產燃料乙醇相比，雖然利用玉米生產燃料乙醇工藝最成熟，但玉米生產對土地、氣候條件的要求遠比甜菜要高，且玉米為糧食作物，“十一五”期間國家從戰略上統籌規劃，引導生物燃料乙醇產業的發展，要求生產原料多種，堅持“因地制宜，非糧食為主”。甜菜耐鹽堿，在糧食作物產量不高或不穩定地區，或不可以種植玉米等糧食作物的鹽堿地也可以正常種植甜菜[9]。

2.2甜菜作為能源作物的工藝優勢

由表1可知：谷物和薯類等作物制取乙醇時，需要調節溫度和pH值，加熱使淀粉水解為單糖后發酵，該工藝比較復雜，成本也比較高；用纖維素類物質轉化乙醇，其加工工藝是對秸稈等纖維原料進行預處理，加酸或酶使其水解為單糖后發酵，由于植物纖維的結構十分復雜，完成水解比淀粉困難得多，并且目前水解纖維素的酶成本都極高，而用甜菜、甘蔗和甜高粱等作物生產燃料乙醇，其加工工藝是對原料進行處理后，不需要添加酶，直接接入菌種發酵最后進行蒸餾和脫水，便得乙醇。該工藝簡單易行，工藝成本最低[10]。

2.3甜菜作為能源作物的產量及效益優勢

吉林省農業科學院的李文等做過幾種能源作物單位面積產酒精比較試驗，甜菜年每公頃酒精產量略高，為2915～5600kg。甜高粱為年每公頃產酒精2600～4880kg，玉米為年每公頃產酒精2113～3580kg[11]。其中甜菜的經濟效益最高，每噸可達1140～2070元（表2）。

表1 不同原料生產工藝技術的特性對比

表2 東北地區制取燃料乙醇3種原料作物間的比較

3 甜菜作為能源作物的問題及前景

能源問題已經成為世界性的問題，發展燃料乙醇產業不僅有助于保證能源供應安全，改善生態環境，而且還能為農民和企業的增收開辟新途徑，甜菜乙醇產業的發展首先要解決原料問題，其次是發酵菌種和生產工藝問題，最后就是產率問題。

甜菜育種家們已經開始嘗試選育在生產上表現出強大的雜種優勢、抗逆性強，而且甜菜塊根產量高、含糖適中、綜合利用價值高的能源甜菜品種，可利用邊際性土地，來穩定供應甜菜乙醇產業，前景良好；而針對燃料乙醇生產過程存在的共性難題，需要篩選出適宜燃料乙醇生產的最佳酵母菌，研究利用甜菜生產燃料乙醇的最佳工藝參數[5]；同時要探索酶解同步發酵技術，充分利用甜菜原料中的纖維素和半纖維素，使甜菜中的蔗糖和纖維素都通過微生物發酵法轉化為乙醇，從而提高乙醇的產率，提高甜菜乙醇產業的經濟效益[4]。

[1]侯偉鵬.開發甘蔗燃料乙醇,大有可為[J].廣西蔗糖，2004(2):34-35.

[2]王莉衡.能源植物的研究與開發利用[J].化學與生物工程，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]王亞靜，畢于運，唐華俊.中國能源作物制備液體生物燃料現狀及發展趨勢[J].可再生能源，2009，27(2):100-105.

[5]史淑芝，程大友，馬鳳鳴，等.生物質能源作物-能源甜菜的開發利用[J].中國農學通報，2007，23(11):418-419.

[6]蔡葆，張文彬，黃彩云.開發能源甜菜產業勢在必行[J].中國糖料，2009(1):76-80.

[7]佚名.寧夏：甜菜乙醇實現工業化生產[EB/OL].http://www.china-9.net/news/shownews.asp?id=8575，2008-4-8

[8]王燕飛，秦新政，張立明，等.能源甜菜的篩選及生產酒精初步研究[J].中國糖料，2006(3):19-21.

[9]蔡葆，姜淑芬.發揮甜菜優勢開發多種產業[J].中國糖料，2008(1):69-72.

[10]郭月玲，江海東，張磊，等.我國主要能源植物及其開發利用的現狀與前景[J].浙江農業科學，2009(6):1057-1062.

[11]李文，王鑫，劉迎春，等.甜菜制取燃料乙醇關鍵技術及其研究進展[J].中國農學通報，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，黑龍江省方正縣人，黑龍江大學農作物研究院在讀研究生。