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芒草——最新能源作物强势登场

2011-11-06  fwh1

化石能源日益紧缺,污染日趋严重,新能源的开发和利用成为世界各国面临的时代课题。在寻找替代化石能源和第一代能源作物的过程中,芒草渐渐进入研究人员的视野,成为第二代能源植物中的希望。

第一代能源作物与人抢地争粮

当今世界,再生能源发展迅速,风能、太阳能、地热、潮汐、水电和生物质能……都取得快速发展,其中生物质能主要指绿色作物通过光合作用而形成的有机体。生物质能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。目前,我国农村常见的生物质能有秸秆、沼气等。

第一代能源作物主要是玉米、水稻、甘蔗、大豆、油菜等粮食和经济作物。这些植物大多为一年生,需年年耕地播种,大量灌溉施肥,投入的能量大,净能量产出却少得可怜。加上它们还与粮食作物争耕地,由此带来一系列负面效应。比如,人们为补充耕地而砍伐森林,结果降低了地球的碳储存能力,反而不利于解决温室效应。

美国等西方国家拥有大量闲置土地,因此他们发展第一代生物能源条件比较优越,已经形成规模。但是,对于拥有世界1/5人口的中国,耕地面积不及世界的1/10,用耕地生产第一代能源植物必然危及粮食安全和国家稳定。

芒草多种优势集于一身

为解决能源植物和粮食作物争地的矛盾,世界各国均在寻找合理的替代途径。早在上个世纪80年代,芒草中的巨芒草就进入了西方科学家的研究视野。西方科学家发现,作为第二代能源作物,巨芒草具有多种优势。

芒草能够在贫瘠的土地上生长,不会与粮食作物争耕地;它们光合效率高,可以更有效地把太阳能和二氧化碳转化储存起来;年产生物量大,能提供更多的生物质以转化为燃料。同时,芒草具有高效用水、用肥和光合作用的能力,并且一年播种可持续生产10到20年,投入低,净能量产出相当大。正是由于芒草具有不与粮食争耕地、产量高、减碳能力强、净能量大等多个优势,迅速成为能源作物研究中的新星。

与谷物类粮食作物一样,芒草在分类学上属于被子植物的禾本科。全世界共有约14个野生种,大多分布在亚洲,少量产于非洲,属碳四植物,具有高光饱和点、高光合速率和高光合生产效率生理特性,比碳三植物耗水少且光合效率高。

国际上研究最多的巨芒草,是一个起源于日本的不育三倍体杂交种,其父母本是原产于东亚(包括中国)的二倍体的芒和四倍体的荻。1935年巨芒草作为观赏植物传入丹麦,半个世纪后,作为能源作物的潜力替代品种首先在欧洲得到认可和测试。

芒草研究已经进入西方新能源战略

美国国家能源顾问斯蒂芬?朗是对芒草研究较为深入的科学家之一。最近,他们的研究结果表明,在几乎不施肥的情况下,巨芒草的干生物质产量达到了平均每公顷30吨。如果对芒草品种进一步改良,使其在更广泛的地区种植并提高产量,理论上拿出美国6.2%的耕地面积就可以生产出1330亿升乙醇,可以取代美国2008年汽油使用量的20%,减少该年美国因使用石油所排放的二氧化碳量的30%。

美国学者萨莫维尔将美国生物能源战略提升至新世纪的“曼哈顿计划”。美国应对金融危机时,发起了一场能源革命。有观点认为,奥巴马主导的能源革命是以绿色经济为主推动新的经济革命,这场革命已经远远超出单纯的经济振兴计划,被广泛誉为“开启一场绿色革命”。

当前,美国力推的经济复兴计划核心即是能源产业的转型和发展,最终目标是通过能源改造、转型,使美国大幅减少对进口石油的依赖,较少依赖化石能源,进而实现国际秩序的重建,促使全球经济转型。具体来说,这将催生一个全新的产业,不仅为美国创造数百万个就业岗位,而且在新能源技术及其应用方面,也将取得重大的突破。未来,美国计划大量投资和开发绿色能源。因此,美国对开发第二代能源作物寄予厚望。

英国巨芒草燃料试验领先于欧洲其他国家。据路透社消息,英国巨芒草种植规模急剧扩大,在过去五年里,收获量增长了十几倍,这将帮助英国更快更好地满足欧盟可再生能源目标。去年,英国启动了巨芒草能源计划。英国最大的火电站德拉克斯电站已经开始将煤和芒草混合发电。今年年初的英国粮食价格上涨,也未能改变英国这一计划

据中科院植物研究所资源植物研发重点实验室主任桑涛介绍,美国于2007年起建立了四个生物质能研究中心,动员美国几乎所有相关国家实验室和数十所研究型高校对第二代能源作物进行研究。在美国第二代能源植物开发计划中,柳枝稷、芒草、柳树、杨树均成为重点研究的对象。
 

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