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開發生物質能 發展能源農業
作者: 路 明收錄來源: 中國新能源網
【摘要】農業是人類以固定、轉化太陽能，獲取農產品為目的的生產活動。種植業以固定太陽能為主，利用綠色植物進行光合作用，將無機物合成為葡萄糖、淀粉、脂肪和蛋白質等有機物,種植業又叫初級生產。
一、能源農業的概念和利用方式
農業是人類以固定、轉化太陽能，獲取農產品為目的的生產活動。種植業以固定太陽能為主，利用綠色植物進行光合作用，將無機物合成為葡萄糖、淀粉、脂肪和蛋白質等有機物,種植業又叫初級生產。在光合作用中，每固定1克分子CO2，大約吸收209.3×104J的日光能，光合產物中有46.9×104J的能量以化學能的形式固定下來。其余的162.4×104J的能量在固定CO2過程中,以熱能的形式消耗掉了。由于人類培育了高產、高效、優質的農作物品種，為植物生長創造良好的生產條件，農業生產中植物固定太陽能的效率大幅度提高。植物光合作用效率，一般在肥沃地區可達到1％－2％，在貧瘠荒涼地區僅0.1%，人工精心管理的農田生態系統有過6%－8％的記錄。[1]養殖業、農產品加工業則是以轉化太陽能為主,又稱次級生產。養殖業生產的動物產品（肉、奶、蛋、毛、皮等），在轉化過程中大量的能被消耗掉了,一部分以糞便形式排出，一部分能量以尿和氣體（甲烷、氫）能形式排出。在農產品加工中，除了提取主要產品外，還有大量的能量在排出的廢水、廢物中。農產品轉化過程中的畜禽糞便，農產品加工排出的廢水、廢料都可作為生物質能源加以開發利用。
所謂能源農業，就是以生產能源為目的的農業。能源農業以生物質能源為主要開發對象，它包括四種能源利用方式［2］(圖1)：
（一）直接燃燒方式
直接燃燒方式可分為爐灶燃燒、鍋爐燃燒、垃圾燃燒和固型燃料燃燒四種情況。其中，固形燃燒是新推廣的技術，它把生物質固化成型后，再采取傳統的燃煤設備燃用。其優點是充分利用生物質能源替代煤炭，可以削減大氣CO2和SO2排放量。
（二）物化轉換方式
物化轉換方式包括三方面，一是干餾技術；二是氣化制生物質燃氣；三是熱解制生物質油。其中，氣化制生物質燃氣技術推廣面積較大，群眾易于接受。
（三）生化轉化方式
生化轉化方式有兩種，一是厭氧消化制取沼氣；二是通過酶技術制取乙醇液體燃料。
（四）植物油利用方式
能源植物油是從油脂植物和芳香油（還原式烴）植物中提取的燃料油，經加工后，可以替代石油使用。
二、發展能源農業的重大意義
（一）拓寬農業服務領域，增加農民收入
恩格爾指出：在收入增加的時候，食品及生活必需品的支出占收入增加的比例遞減。隨著經濟的增長，人們基本生活需求得到滿足后，消費熱點將轉向享樂型的產品，從而市場將減少食品、衣服的消費份額。進入新世紀后，我國居民消費結構發生了很大變化，恩格爾系數降到38％。2002年城市居民收入增長2020元，人均食品消費只增長109元，占新增收入的5％，增加的因素主要是外出吃飯開支和煙、酒、茶的開支。對糧、油、肉、菜的消費開支下降，糧食人均消費金額下降83元。油10.1元，肉25.3元，菜12.4元。由于邊際消費遞減規律的作用，出現了農民收入增長難現象。1997年以來，農民收入中來自農業的收入一直沒有增長，農民增收主要靠工資性收入，2002年工資性收入占農民純收入的34.5％，2003年增加到36％。這個經濟規律告述我們：農業必須擴大服務領域，向農業的深度和廣度進軍。農業不僅提供食品和纖維，還應提供能源和其它化工、醫藥等產品。發展能源農業為農業拓寬了服務領域，同時也為農民增收開辟了新途徑。［3］
（二）緩解我國能源短缺，保證能源安全
我國從1993年進口原油3000萬t，成為原油凈進口國，2000年進口達7000萬t，2003年進口1億t。預計到2020年，中國的GDP可能達到5萬億美元，能源需求25億t到30億t標煤，其中石油缺口1.6-2.2億t。[4]開發生物質能源不但可行，而且非常緊迫。農業要抓住這個契機，提出能源農業的發展戰略，并把它發展成為一個大產業。
（三）治理有機廢棄物污染，保護生態環境
當前我國環境污染形勢非常嚴峻。對環境污染最嚴重企業仍是養殖企業和農產品加工企業。2003年通報點名批評的十家排污大戶，8家是農產品加工企業。據國家環保總局2004年第1周（2004年1月5日～2004年1月11日），全國主要水系73個重點斷面水質自動監測站八項指標（水溫、pH、濁度、溶解氧、電導率、高錳酸鹽指數、氨氮和總有機碳）的監測結果表明：Ⅰ～Ⅲ類水質的斷面為39個，占53.4%；Ⅳ類水質的斷面為10個，占13.7%；Ⅴ類水質的斷面為6個，占8.2%；劣Ⅴ類水質的斷面為18個，占24.7%。Ⅳ類以上劣質污水河流占46.6％。水體污染中，農產品加工企業排出污染物的約占1／2。特別是，劣Ⅴ類水的河段，農產品加工企業污染貢獻率更高。［5］全國人大2003年對《中華人民共和國固體廢物污染環境防治法》執法檢查，對農村固體廢物污染問題提出嚴厲批評。據調查我國畜禽養殖場的糞便產生量達17.3億噸。80％的規模化畜禽養殖場缺乏必要的污染治理設施，畜禽糞便未經處理直接排入環境，嚴重污染空氣和水體。［6］我國溫室氣體排放已嚴重影響我國氣候變化。國家氣象局局長秦大河介紹，中國科學家預估了未來中國氣候的變化：第一，中國氣候將繼續變暖。到2020至203O年，全國平均氣溫將上升1.7℃；到2050年，全國平均氣溫將上升2.2℃；當大氣中二氧化碳濃度加倍時，全國平均氣溫將上升2.9℃。第二，中國氣候變暖的幅度由南向北增加。到2030年，中國西北地區氣溫可能上升1.9-2.3℃。第三，中國不少地區降水出現增加趨勢，東南沿海增加值最大。長江中下游地區出現變干的趨勢，華北和東北南部等一些地區出現繼續變干的趨勢。
（四）廣泛應用生物技術，發展基因工程
生物技術在培育能源作物，培育高效酶微生物方面大有作為。國外用轉基因方法獲得柴油油菜新品種；用轉基因技術獲得分解秸稈纖維生產酒精的工程菌。轉基因技術應用于能源作物和能源微生物上，不受基因標識的限制，而應用在食物方面要求標識，因而受到很大限制。為了促進學科發展，生物技術可選擇能源作物和能源微生物方向大力研究和應用。
三、實施能源農業的重大工程
（一）沼氣計劃
沼氣是有機物質在厭氧條件下，經過微生物發酵生成以甲烷為主的可燃氣體。沼氣發酵過程可分為兩個階段，即不產甲烷階段和產甲烷階段。沼氣發酵產生的三種物質，一是沼氣，以甲烷為主，是一種清潔能源；二是消化液（沼液），含可溶性N、P、K，是優質肥料；三是消化污泥（沼渣），主要成分是菌體、難分解的有機殘渣和無機物，是一種優良有機肥，并有土壤改良功效。沼氣的生成物有很高的應用價值。很多人稱：“沼氣百利，而無一害”。
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