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为什么开发与利用能源植物(能源植物开发利用的一般规律)

时间:2023-10-24 13:45:27
种植能源作物有什么好处?

长此以来,煤、石油和天然气一直都在燃料王国称霸称王,人们可以试想,煤、石油和天然气的“祖先”既然都是远古时代的植物和石头,那么人们能不能种植一些能源作物,像收割庄稼一样来“收获”石油呢?这将是21世纪全世界普遍关注的一个新的能源问题。

种植专门用作能源的作物是在当今社会受到人们密切注意的一项工作,其主要驱动力之一是由于能源危机。在能源危机中,大多数工业化*的农业部门也逐渐意识到了自己的作用。如果这些*对农业没有支持和保护,那么就会导致越来多的土地被荒废,因此把部分农业用地转为生产能源和工业品是很有可能实现的。然而,要想使农业用地生产能源和工业品这项工作取得成功,不仅要符合环境保护的要求,经济上还必须合理。现代化农业越来越依靠外部投入,特别是能源、肥料和农药等高能商品的外部投入。

理想的生物燃料作物应具有高效的光合能力。从当前的情况看,芒属作物可算得上是一种理想的生物燃料作物。“芒”,原产于中国华北和日本,这种植物具有很多优点:生长迅速快,它一季就能长3米高,所以还有人称它为“象草”;生长适应性强,这种作物从亚热带到温带的广阔地区普遍都能生长,它能够在强日照和高温的条件下生长茂盛,对肥水的利用率很高,并且在其生长期内,可以凭其根状茎上的强大根系有效地吸取养料,可不用施化肥和喷洒农药;燃烧效率高,“芒”在收割时比较干燥,其植株体内只有20%~30%的水分,它在生长过程中从大气中吸收多少二氧化碳,燃烧时就会释放多少二氧化碳,不会增加大气中二氧化碳的含量;成本低,芒属作物所生产的能源相当于油菜籽制作生物柴油的两倍,其成本还不到种植油菜的1/3;产量高,据试验,芒属作物作为燃料作物时,每公顷的产量高达44吨,如果每公顷年均“收获”12吨石油,那么它就比其它现有任何能源植物都高,而且还可连续收获多年。

生物能源属于再生能源,是取之不尽,用之不竭的。科学家研究表明,每1公顷的油菜可生产1200升植物油和1060升的氧气(相当于40个人1年所需的氧气量),植物油不仅可供人们食用,同时只要经过简单的化学反应之后,还可以变成生物柴油,而氧气还可以净化空气。

研究结果表明,生物柴油中不含有硫化物,因此它在燃烧后不是形成酸雨的因素,另外它还可以借由生物分解,避免对土壤和地下水造成污染。目前,世界各国也纷纷开发新能源,希望能在维持工业发展的同时,也可以减少温室气体的排放量。

大力推广种植能源作物,不仅是国际上的环保问题大势所趋,而且也是发展农业经济与改善土壤的要求所致。现代农业中,由于对作物的高度生产和单一作物的种植以及过度机械化,导致了土壤的严重流失,同时不恰当的耕种方式和种植对上壤有害的作物,还会造成对环境的不良影响。所以种植能源作物,不仅可以有效防止土壤的流失,还可以帮助土壤建立新土壤层,对土壤起到保护作用。

到目前为止,科学家们已发现了40多种“石油”植物。医生们正在进行品种的选择和质量的优化,并打算尽早对其实行商业化生产。现在,欧洲一些*已经在大规模的种植芒属植物,英国还准备用150万英亩的土地来种植这种生物燃料作物,德国也兴建了一座发电能力为12万千瓦的发电厂,其所用燃料就是芒属植物、白杨、柳树的混合物和秸秆。英国科学家和相关政府部门决定,将在该国投资2000万英镑用于开发洁净环保的能源新技术,其中绿色植物能源就是研究计划的一部分。科学家们认为,现在的普通植物对于阳光的利用效率还不到4%,如果通过研究能使其提高到5%的话,那么只需要世界农田面积的25%,就可以提供相当于目前人类使用的全部化学燃料的能源。

科学家们还预言,在未来的20~30年内,之前从事耕种的部分农民将转而生产能源作物,并建立使用“生物燃料”为燃料的发电站。

将来,绿色植物将为人们提供越来越多样化的化学制品和能源。从能源作物提炼出来的生物柴油还可以取代石油,并减少人类对石油的过度依赖。因而对能源作物的开发与种植,不仅能使能源可再生和综合利用,减少环境的污染,还可以为农业经济的复苏创造有利条件。因此,能源作物将成为人类开发利用再生能源的又一新途径。

什么是能源植物试举一具体植物,简述其产物开发,工艺,及产生化过程

能源植物是指直接用于提供能源为目的的植物。通常包括速生薪炭林,含糖或淀粉植物,能榨油或产油的植物,可供厌氧发酵用的藻类和其他植物等。能源植物中的化学能来源于太阳能,碳氢化合物含量较高,含硫量低,作为能源消费时,不会产生大量的SO2等污染气体,可明显减少酸雨发生的可能,并且释放的CO2又可以被生长的能源植物重新吸收,实现CO2的零排放。所谓能源植物,就是指那些通过光合作用把二氧化碳和水直接转化成不含氧的碳氢化合物的一类植物,这类植物的分泌乳汁或提取液的化学成分与石油的化学成分相似,故又称为 “石油植物 ”,又因为这类植物以木本植物居多,故又称之为“能源树”。

能源植物种类繁多,一般按植物中所含主要生物质的化学类别来分类,主要包括:

富含类似石油成分

这类植物合成的分子结构类似于石油烃类,如烷烃、环烷烃等。富含烃类的植物是植物能源的很佳来源,生产成本低,利用率高。目前已发现并受到能源医生赏识的有续随子、绿玉树、西谷椰子、西蒙得木、巴西橡胶树等。例如巴西橡胶树分泌的乳汁与 石油成分极其相似,不需提炼就可以直接作为柴油使用,每一株树年产量高达40L。中国海南省特产植物油楠树的树干含有一种类似煤油的淡棕色可燃性油质液体,在树干上钻个洞,就会流出这种液体,也可以直接用作燃料油。

富含高糖、高淀粉和纤维素等碳水化合物

利用这些植物所得到的很终产品是乙 醇。这类植物种类多,且分布广,如木薯、马铃薯、菊芋、甜菜以及禾本科的甘蔗、高 粱、玉米等农作物都是生产乙醇的良好原料。

富含油脂

木薯这类植物既是人类食物的重要组成部 分,又是工业用途非常广泛的原料。对富含油 脂的能源植物进行加工是制备生物柴油的 有效途径。世界上富含油的植物达万种以上,中国有近千种,有的含油率很高,如桂北木姜子种子含油率达64.4%,樟科植物黄脉钓樟种子含油率高达67.2%。这类植物有些 种类存储量很大,如种子含油达 15%—25% 的苍耳子广布华北、东北、西北等地,资源 丰富,仅陕西省的年产量就达1.35 万。集 中分布于内蒙、陕西、甘肃和宁夏的白沙蒿、黑沙蒿,种子含油 16%—23%,蕴藏量高达50万。水花生、水浮莲、水葫芦等一些高 等淡水植物也有很大的产油潜力。生存在淡 水中的丛粒藻(绿藻门四胞藻目),就如同 产油机,能够直接排出液态燃油[6]。

用于薪炭

这类植物主要提供薪柴和木炭。如杨柳科、桃金娘科桉属、银合欢属等。目前世界 上较好的薪炭树种有加拿大杨、意大利杨、 美国梧桐等。近来我国也发展了一些适合作 薪炭的树种,如紫穗槐、沙枣、旱柳、泡桐 等,有的地方种植薪炭林 3~5 年就见效,平均每公顷(10000 m2,15 亩)薪炭林可产干柴左右。美国种植的芒草可燃性强,收获后的干草能利用现有技术轻易制成燃料用于电厂发电。

植物能源在未来有哪些作用?

科学家们预言,在21世纪的能源构成中,太阳能发电将占重要地位。然而,有的科学家把眼光转向了绿色植物,认为绿色植物的光合作用将太阳能转化为化学能,是固定利用太阳能的很佳手段。植物能源是未来很洁净和廉价的能源。

科学家认为,叶绿体、绿色植物的光合作用,是地球上植物和动物包括人类生存的主要能源。煤炭是远古的森林,石油是远古的生物,都是绿色植物光合作用直接、间接的产物。人们可以利用植物的光合作用,把太阳能转化为电能,这比制造日光捕集器便宜得多。通过微生物和酶的分解以及热化学处理,就可以充分利用其热能、营养物质和矿物质成分,产生气体和液体燃料。这是植物能源在未来成为人类主要能源的科学方法。从植物中提炼乙醇、甲醇等液体燃料,将在开发植物能源中占主要地位。由此可见,植物能源在未来将占有重要地位,未来将是植物能源大放异彩的时代。

为什么不少*已经重新开始把利用植物能源作为今后的发展方向?

有朝一日,地球上的石油将被用尽。他们建议尽早开始寻找和研究各种替代能源来代替石油。这些建议的目的在于减少人类对石油的依赖,以避免因能源的耗尽而导致严重问题的产生。

从植物中获取各种能源是一种非常古老的方式,它伴随人类走过了几十万年。然而,现在人们用石化燃料代替了植物后,不少*的农民就会把收割粮食后剩下的秸秆烧掉。但这是很可惜的,因为这不但会浪费能源,还会增加大气中二氧化碳的排放量,污染环境。所以现在,不少*已经意识到了这点,重新开始把利用植物能源作为今后的发展方向。几十年以后,当玉米油、大豆油代替石油,成为人们生活中不可缺少的一部分后,那时农民们将成为富有的“油类大亨”。也许他们现在还没有意识到这一点,但以后这将成为现实。

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