甘蔗燃料乙醇及其产业发展前景

发表时间：2009-05-19T11:36:17.090Z 来源：《中国经济与管理科学》2009年第3期供稿作者：陈如凯

[导读] 甘蔗是国际最重要的非粮能源作物，具有生产燃料乙醇的理想生物学特征和植物学特性。

摘要：甘蔗是国际最重要的非粮能源作物，具有生产燃料乙醇的理想生物学特征和植物学特性。本文了国内外甘蔗燃料乙醇发展现状，包括远缘杂交能源甘蔗育种、转基因改造、原料甘蔗的周年供应技术体系、甘蔗乙醇转化工艺等技术成熟程度、市场竞争力进行可行性分析。文中还指出我国甘蔗乙醇工程已具备政策环境、资源基础、技术成熟和市场经济竞争力优势，必将得到迅速发展，成为车用液体燃料的重要成员。

关键词：甘蔗燃料乙醇产业发展前景Sugarcane fuel ethanol industry development and its prospects

Chen Rukai

Abstract:Sugarcane is the most important non food energy crops,which possesses the ideal characteristics of biological and botanic characteristics for the production of fuel ethanol.In this paper,the development status of the ethanol fuel at home and abroad was introduced.Energy sugarcane breeding through distant hybridization,genetic modification by transgenic transformation,annual supply system of material sugarcane,sugarcane ethanol production process,and also their corresponding technology maturity and market competitiveness were included to conduct a feasibility analysis.It also pointed out that,with favorable policy environment,rich resource base,fine technological maturity and competitive advantages in market economy,China s sugarcane ethanol project will certainly develop rapidly and sugarcane ethanol become an important member of liquid fuel.

Keywords:Sugar cane fuel Ethyl alcohol Industry Prospects for development

【中图分类号】F302【文献标识码】A【文章编号】1009-9646(2009)03-0020-04

以化石燃料为主的能源已日趋枯竭，且对环境与生态造成巨大的压力，实现能源多元化和寻求可再生的清洁能源已经成为世界可持续发展之大势。人类正在开始可再生能源时代，在可再生能源家族中，现实可行的能源是生物质能源。为此，各国都在紧锣密鼓地调整自己的能源战略。

燃料乙醇大致可分为以甘蔗、甜高粱、甜菜等糖质为发酵底物，以玉米、木薯、甘薯等淀粉和以秸秆、蔗渣等纤维素、半纤维素为原料经糖化或酶解生产三种燃料乙醇。在国内外，前两种乙醇的发酵工艺均为成熟技术，世界上投入商业化、工业化、规模化生产的主要是甘蔗乙醇和玉米乙醇。而以纤维素、半纤维素为原料的燃料乙醇生产尚处于中试阶段，产业化技术没有形成。至今，世界上尚无利用纤维素商业化生产燃料乙醇的企业。

甘蔗是一种适应性广、抗逆性强、适应边际性土地（山坡地、沙洲地和盐碱地）生长的高生物量、高可发酵糖量作物。我国甘蔗历来不与粮争地。甘蔗具有碳四光合途径，在光合作用中比碳三作物多吸收3~8倍的CO2气体，具有明显地降低“温室效应”作用，而且，甘蔗连作5~6年不减产。因此，也是环境友好型的能源、糖料作物。

1.甘蔗乙醇的研发与利用现状

1.1世界甘蔗乙醇的现状。世界上甘蔗汁酿酒技术已有千年历史，但是，商业化、规模化、工业化生产甘蔗燃料乙醇产业诞生仅30余年。甘蔗是世界上最主要的能源作物，2006年，世界甘蔗总产10.9 亿吨,主产国依次为巴西（4.5亿吨）、印度（2 1亿吨）、中国（0.96亿吨）、美国（0.76亿吨）、澳大利亚（0.4亿吨）。但最具竞争力的国家却是澳大利亚和巴西。现代甘蔗燃料乙醇产业的建立，在技术上有赖于高生物量、高可发酵糖含量的能源甘蔗和环境友好型高效产业工程技术体系的研究、示范与应用。甘蔗具有碳四光合特性、生物遗传多样性和生长巨型性，堪称大田作物之首；甘蔗汁可为酵母直接利用转化乙醇，比淀粉酿酒节省了淀粉合成与分解两个耗能的生化过程，因此，在热带、亚热带地区，甘蔗是能源作物之首选。

所谓能源甘蔗是指上世纪70年代，美国植物生理学家Alexander A.G.教授在美国农业部UP计划和巴西甘蔗乙醇计划的支持下，利用Saccharum 属的S.officinarum（高贵种）同热带杂草杂交，育成一种生物量达240~270吨/公顷，总可发酵糖量（包括纤维素、半纤维素和木质素）干重达48~55吨/公顷的非食用甘蔗新品种。

据美国夏威夷再生能源协会的资料，能源甘蔗的生物量比糖料甘蔗高一倍，达271吨/公顷；公顷年产乙醇比糖料甘蔗高86%，达37060升（全生物量酶解同步发酵结果）；同等乙醇生产规模所需耕地面积仅为糖料甘蔗的59.6%（图1）。甘蔗生产燃料乙醇能量输出/输入比比其他作物都大，达8.0

当时，美国夏威夷州商业、经济发展与旅游部曾用此种甘蔗为原料进行燃料乙醇的中间试验，每公顷年产271吨的能源甘蔗最终可生产29.6吨燃料乙醇

但是，由于蔗渣木质纤维酶解糖化的产业化技术尚未成熟，成本太高，因此，酶解同步发酵乙醇的工艺至今未投入商业化运营。为此，美国、巴西、印度等国科学家改变育种策略，调整育种目标，培育出RB72-454、 RB85-5536和SP94-115等糖、能兼用的甘蔗新品种，用以糖、酒联产企业的原料品种。企业可根据市场需要，每年调节产糖、产乙醇的比例（图4）。以避免甘蔗种植业因糖价波动而大起大落，从而稳定了蔗农收入。

巴西是世界上发展甘蔗乙醇最成功的国家，从1978年实行“甘蔗乙醇计划”以来，甘蔗面积从66万公顷，扩大到2006年的658万公顷；甘蔗总产从4.5千万吨，增加到4.50亿吨；蔗糖总产从450万吨，增加到2500万吨；乙醇产量从0增加到157亿升，占世界燃料乙醇总产420亿升的37.4%，成为世界第一生物能源大国。巴西轻型汽车是世界上使用汽油醇最成功的国家，有效替代了化石燃料，净化了环境，实现了能源自给。至今，巴西还在进一步扩大燃料乙醇的生产规模，加强各项配套设施建设。2006年新建41个甘蔗乙醇、制糖工厂，建成后可增加7000万吨的甘蔗加工能力，其中2/3是生产燃料乙醇，预计到2010年，巴西甘蔗加工能力将达到5亿吨。与此同时，巴西还在加快燃料乙醇专用管道的建设，以提高乙醇的运输能力。

巴西现有S Paulo糖业酒精联合会技术研究中心（SP）、联邦大学（RB）、Campinas农业研究所（IAC）和CanaVialis甘蔗研发公司（CV）四个主要的甘蔗研究机构，CV是世界上规模最大、最现代化的甘蔗研究所，他们在甘蔗遗传改良、关键技术改进以及产业发展中起着支撑作用。据报道，巴西甘蔗平均单产86~93吨/公顷，比我国高16~23吨/公顷，全国原料蔗平均蔗糖分15.0%以上，比我国高0.7个百分点（绝对值）以上，投入产出比为1∶2，其乙醇生产成本世界最低，每升仅8美分，而美国玉米乙醇为每升24美分，法国甜菜乙醇为每升25美分。巴西甘蔗乙醇销售价格仅为汽油的25%~65%（2006年约为40%）。澳大利亚的甘蔗平均单产为105吨/公顷，是世界上甘蔗单产