开发能源甜菜产业势在必行

蔡葆，张文彬，黄彩云

(1.中国农业科学院甜菜研究所，哈尔滨150080；2.黑龙江大学，哈尔滨150080)

开发能源甜菜产业势在必行

蔡葆1，张文彬2，黄彩云2

(1.中国农业科学院甜菜研究所，哈尔滨150080；2.黑龙江大学，哈尔滨150080)

论述了以非粮食作物生产生物燃料的必要性和我国发展能源甜菜的可行性、必然性，分析了我国发展能源甜菜的效益，提出了发展能源甜菜的设想和主要措施。

能源甜菜；生物燃料；乙醇

随着经济的发展和人们生活水平的提高，对能源的需求量大幅度增加。同时也带来化石能源枯竭、环境污染、能源供需矛盾等许多问题。因此，各国都在探索新型清洁的可再生能源，其中开发生物质能源替代化石储藏能源，已成为世界各国关注的能源策略问题。美国和巴西在全球生物燃料生产中居首位，巴西平均每年生产165亿升的燃料乙醇，美国乙醇产量将由2006年的160亿升增加到2010年的260亿升。欧盟生物燃料比率将由2008年的5.75%，上升到2010年的10%。

我国是世界人均能源占有量相当低的国家，近年来随着经济的飞速发展，能源的消费急剧增加，已成为世界第二能源消耗大国，供需矛盾突出。其中石油缺口量大，进口量多，约占消耗量的30%以上。为了迅速缓解能源供需矛盾，降低对进口能源的依存度和改善生态环境，国家发改委从“七五”开始对生物质气化进行重点科研立项，2000年又启动国家陈粮乙醇转化计划，年生产燃料乙醇100余万t。2007年国家科技部、发改委正式启动《可再生能源与新能源国家合作计划》，以提升中国可再生能源与新能源科技与应用水平，共同应对全球气候变化，节约能源资源。重点内容包括开展基础研究，建立产业化示范，面向规模应用，实施“走出去”战略，促进国际交流和对话，培养高层次人才等，有利于推动我国能源大发展。根据《生物燃料乙醇及车用乙醇汽油“十一五”发展专项规划》，“十一五”期间我国将生产600万t生物液体燃料，其中燃料乙醇500万t。力争2010年使可再生能源消费量占能源总消费的10%。

1 全球以甜菜为原料生产生物燃料的动态

国外利用能源甜菜生产生物燃料起步较早，2004年欧盟利用小麦、甜菜生产生物燃料80万m3。德国建造了欧盟最大的以甜菜为原料年产3.5亿L的乙醇工厂。法国正掀起粮食和甜菜生产乙醇的浪潮，政府按专款和实行优惠政策鼓励以谷物和甜菜生产生物燃料乙醇，2004年生产10万t乙醇，其中70%是用糖甜菜生产，30%由粮食生产，共计需要1万hm2的甜菜，1.5万hm2的粮食，计划2008年全国生产生物燃料乙醇32万t，糖甜菜面积将增长到7～8万hm2。在哥伦比亚，新的糖甜菜乙醇工厂在首都波哥大附近开工了，每年可生产1亿L的乙醇，准备到2020年花费13亿美元建造27个乙醇工厂。美国俄勒冈州在Nyssa建造了以玉米和糖甜菜为原料年产5亿L乙醇的工厂。乌克兰的切尔诺贝利建造了年产5.5亿L的糖甜菜乙醇工厂。加拿大在Nova Scotia建造了1000多万L的糖甜菜乙醇工厂。奥地利在Pische1sdorf投入1.8亿美元建造了24万t的玉米和糖甜菜乙醇生产工厂，在2008年3月开工。第一家甜菜—燃料乙醇工厂在英国东部诺福克附近开工，每年需要当地种植的糖甜菜做原料，满足消费后剩余的相当于11万t食糖的糖甜菜生产700万L生物乙醇。2006年英国计划用英格兰东部的甜菜生产新一代生物燃料丁醇，第一座丁醇燃料工厂正由英国联合食品公司等合资建造，设计能力年产7000万L，2007年开始生产，2010年丁醇燃料可在英国石油公司1250个加油站销售。

开发能源甜菜引起中国糖业协会重视，贾志忍理事长在世界糖业与酒精大会(2006年北京）发言中指出：中国糖业协会已经在理事会上作出长远规划，要求国内有条件的企业研究利用甘蔗和甜菜生产燃料乙醇，即实施食糖与燃料联动计划。2007年3月18日，宁夏平罗县和武汉地博石化公司，河南中促实业有限公司，宁夏银湖酒精有限公司签订利用甜菜生产燃料乙醇24万t项目协议，国家发改委基本同意将宁夏车用乙醇列入扩大试点范围，在平罗县建设燃料乙醇厂。据悉，我国新疆将建造一座年产9500万L的糖甜菜乙醇生产工厂。

2 以非粮食作物生产生物燃料的必要性

生产生物燃料乙醇主要是粮食作物和糖料作物，而世界上大约60%的乙醇生产来自于糖料作物，40%来自于粮食作物。巴西全部用甘蔗，法国70%用糖甜菜，一些国家普遍以玉米、小麦等粮食为原料，尤其美国占95%以上。用粮食生产生物燃料风险极大，受粮食丰缺、价格高低，以及国际政治经济形势等制约。如果不解决替代原料，将会造成严重后果。据俄罗斯《观点报》(2008年3月9日）报道，联合国世界粮食计划署执行干事乔塞特·希兰3月6日在欧洲议员会议上发言时强调：“由于生物燃料增加，粮食价格上涨，世界将会出现缺粮现象。”她警告说，如果这种形势得不到控制，继续发展生物燃料，以节省石油开支，世界储藏的粮食日益减少，人类将会遭受饥饿威胁。目前世界粮食储备量已降低到30年最低点，只能持续35d。

我国是一个粮食需求大国，生产粮食首先要保证13亿人口粮，其次为发展畜牧业提供优质精饲料，以及供给其它产业深加工的原料，剩余的粮食出口换汇。我国人口众多，利用世界8%耕地面积解决占世界22%人口的饮食，一旦出现粮食危机，不堪设想。必须采取有效措施保持粮食稳定。《参考消息》2008年3月11日报导联合国官员说：“生物燃料热将引发粮食危机。”

目前我国玉米生产生物燃料乙醇，已呈现过度迹象。国家发改委近期严格控制使用粮食生产乙醇，要求生产燃料乙醇的原料多种，坚持因地制宜、非粮食为主的原则。2007年又出台相关规定，将玉米深加工项目列入限制投资产业项目，暂不允许外商投资生物液体燃料乙醇生产项目和兼并、收购、重组国内燃料乙醇生产企业。并对“十一五”期间已备案但尚未开工的拟建项目停止建设；原则上不准再核准新建玉米深加工项目。我国需要液体能源量多，进口石油比例大，而大力发展生物燃料又受玉米等粮食不足等风险限制。由此可见，选择非粮食植物，其中安全能源作物生产生物燃料至关重要。

3 发展能源甜菜的可行性

3.1 甜菜是良好的能源作物

从20世纪90年代末期开始，由于受到全球食糖市场不稳定和石油资源短缺的影响，少数国家开始研究能源甜菜。甜菜是含糖(蔗糖和单糖）高的作物，并含有占块根重量6%左右的纤维，经发酵可以直接生产生物燃料乙醇或丁醇等。欧盟、日本和捷克等国试验结果都证明甜菜是一种高效能源作物，非常适合作为生产与机用燃料混合乙醇的。印度研究人员用甘蔗汁、甜菜汁、甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜进行乙醇生产比较研究，其结果每吨原料产乙醇量最高的是甜菜糖蜜，达269.5kg，甘蔗汁和甜菜汁的发酵率(FE）高于甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜。化学分析结果认为甜菜汁是乙醇生产最适用的原料。国外对几种能源作物生产乙醇量的比较结果，甜菜每公顷产量45t，含糖率16%时，每公顷生产乙醇量4.5t，低于木薯(40t/hm2）25%，甘蔗(70t/hm2）8.2%；高于甜高粱(35t/hm2）37.8%，玉米(5t/hm2）54.5%，小麦(4t/hm2）65.4%。以法国的甜菜、巴西的甘蔗、美国的玉米为原料生产乙醇，分别为7000、5500和3200L/hm2，甜菜单位面积产乙醇量最高。

3.2 能源甜菜增产潜力大

供生产燃料的甜菜称为能源甜菜。这种甜菜块根产量高于糖甜菜，低于饲料甜菜；含糖14%左右，高于饲料甜菜低于糖甜菜，但公顷产糖量高于糖甜菜和饲料甜菜。在目前尚未推广专用的能源甜菜优良品种(系）之前，一般利用糖用甜菜作为生产生物燃料的原料。

甜菜是高产作物，作为能源甜菜增产潜力大。法国2003～2006年3个制糖期甜菜平均产量73.3t/hm2，平均每吨甜菜产糖188kg，按蔗糖酒精转化率0.65计算，全国甜菜平均产酒精高达8.957t/hm2。智利2005年全国糖甜菜平均产量92t/hm2，按含糖16%，酒精转化率0.65计算，每公顷酒精产量9.57t/hm2。我国新疆甜菜产区多年来糖甜菜产量保持在55.0t/hm2左右，在现有生产酒精工艺水平条件下，产酒精量可达5.72t/hm2；甜菜高产农户创纪录为119t/hm2，可产酒精11t/hm2。能源甜菜产量一般比糖用甜菜高30%以上，而块根中所含的转化糖与蔗糖一起经发酵生产生物燃料，转化糖含量约为块根鲜重的0.2%～0.3%。每吨甜菜可增加燃料乙醇1.3～1.95kg。甜菜块根中含α-氨基氮，无机盐类(主要是K和Na），对生产生物燃料没有影响，因此，收获切削时，可采取轻削，仅除掉叶痕(约1mm厚），另外，用能源甜菜生产酒精采取打浆工艺，切削时可保留甜菜尾根供作生产生物燃料。轻削和保留尾根两项措施，每公顷还可增收能源甜菜5%～8%。

3.3 开发能源甜菜空间大，不与粮争地

3.3.1 甜菜适应性强，种植范围广甜菜对温度的适应范围大，耐低温。生长最低温度(A值）4～5℃，并在这个温度条件下，块根基本停止生长，即达到生态成熟期；生长最适宜温度25℃左右，最高温度30℃左右。一般要求≥10℃积温2400～2800℃，最适宜积温为3000℃以上，不同品种对积温的要求略有差异，选用早熟品种或采取地膜覆盖育苗移栽，在积温2000～2200℃条件下，也可以获得高产。甜菜比较抗寒，子叶期能忍耐短期-3℃低温，1对真叶期能抵抗短期-5℃左右的低温，甜菜在春季低温、无霜期短的高海拔和高纬度粮食低产地区种植，甜菜比较效益高，不与粮食作物争地，并能提高耕地生产力。

3.3.2 甜菜适应土壤pH值范围广、耐盐碱性强甜菜适应的土壤pH值范围为6.5～8.0。甜菜是耐盐碱性强的作物，国内外试验结果，在作物中甜菜抗盐碱性名列前茅，是世界公认的开发盐碱地的先锋作物。据银川糖厂试验，在只长碱蒿，其它杂草很少的重盐碱地上(0～15cm土壤含盐量0.833%，含氯0.15%～0.18%，pH值9.75）采取营养钵育苗移栽栽培甜菜获得成功，打破甜菜耐盐碱的临界线。为重盐碱地开发甜菜生产开辟新领域。甘肃省农业科学院经济作物研究所在0～30cm土壤含盐量1%左右的重盐碱地上采取地膜覆盖栽培甜菜，田间保苗率达76.5%，块根产量达57.8t/hm2以上。内蒙古土默特右旗和达拉特旗多年来在玉米产量低于4t/hm2，甚至几乎绝产的重盐碱地上种甜菜，采取地膜覆盖或纸筒育苗移栽施用甜菜专用肥、灌溉等技术措施，大面积甜菜产量一直保持52.5～60.0t/hm2水平。

我国现有盐碱土地约2210万hm2，其中盐碱耕地约650万hm2，为开发能源甜菜提供大量土地资源。中重盐碱地种植粮食作物单产低、品质差，经济效益低。在这种土壤种植能源甜菜每公顷产酒精约4.0t/hm2，相当于玉米9.7t/hm2生产的酒精量。经济效益高，与粮食比较，效益高1倍左右。在中重盐碱地种植能源甜菜可实现土地资源优化配置，还能起到生物改良盐碱地效果。

3.4 提供优质饲料，节省饲料地及生产费用

能源甜菜收获后的茎叶和生产酒精的副产品酒糟都是优质的饲料，据国内外分析，每100kg新鲜茎叶含蛋白质2.3～3.3kg，脂肪0.4kg，纤维1.6～3.8kg，无氮浸出物7.4kg，灰分2.4～4.8kg，新鲜茎叶干物质含量11.5%～13.6%，氨基酸占15%～20%，其中牲畜体内不能合成的赖氨酸和色氨酸分别占干物质的0.8%～1.0%和0.2%～0.4%。甜菜灰分中含有多种无机盐类和维生素，按蛋白质含量和产生的热能计算，每公斤新鲜茎叶含0.15～0.2个饲料单位。收获时，能源甜菜平均产量45t/hm2计算，每公顷可产茎叶27t，相当于4.0～5.4t燕麦的饲料价值，每吨能源甜菜生产燃料乙醇的副产品酒糟达285kg(含干物质24.6%），按啤酒糟饲料价值每公斤含燕麦饲料单位0.22计算，每吨酒糟含62.7kg燕麦饲料单位，每公顷能源甜菜产酒糟12.8t，相当于2.8t燕麦饲料。种植1hm2能源甜菜除了生产生物燃料乙醇4.0t外，还为畜牧业提供6.8～8.2t燕麦饲料，折合紫花苜蓿青草72.8～87.1t/hm2。目前，紫花苜蓿鲜草产量为37.5～45.0t/hm2，高产田为75t/hm2。可见，种植1hm2能源甜菜除获得4.0t以上的酒精外，其副产品提供的优质饲料至少可节省1.2～1.5hm2饲料地及其饲料生产费。

3.5 缓解扩大种植甘蔗的难度

甘蔗和甜菜是我国两大糖料作物，又是重要的能源作物。“十一五”期间，甘蔗糖的份额占全国产糖的87%，甜菜糖占13%。甘蔗属于热带、亚热带作物，对于气象条件要求严格，生育期需要平均气温18℃以上，年积温5500～8500℃，无霜期330d以上，日照时数1200h左右，降水量800～1200mm。我国适宜种植甘蔗地区有限，主要在广西、广东、云南、福建、海南，及四川、江西部分地区。这些地区人均耕地面积少，种植甘蔗既要保证全国食糖需求(1250t/a），又需满足生产燃料乙醇的原料，由于受到土壤气候等生态条件限制，发展空间有限，扩大种植难度大。

适于种植甜菜的区域广阔，土地面积大，具有广阔的发展空间，因此，大力发展能源甜菜可以弥补甘蔗原料不足，减轻扩大种植的压力。做到甘蔗生产以生产食糖为主，生产燃料乙醇为辅；甜菜生产则以生产食糖和燃料乙醇并重，做到优势互补，实现食糖、生物燃料双高产。20世纪末至21世纪初，由于制糖亏损，部分糖厂破产或转产，以及制糖原料产区进行调整，向自然资源和经济优势地转移，甜菜集中产区已转向新疆、黑龙江、内蒙古。甜菜种植面积大幅度减少，由历史最高的1991年78.34万hm2减少到“十一五”每年需求47.6万hm2，可为开发能源甜菜至少腾出30万hm2耕地，生产生物燃料乙醇130万t左右。

3.6 开发能源甜菜有基础

我国种植糖甜菜有100余年历史，科研和生产取得大量成果，并积累大量生产经验。为发展能源甜菜奠定良好基础。上世纪60～90年代，为了实现我国食糖自给，增产制糖原料，曾有东北、西北、华北、华中、西南等27个省、区、市大面积种植甜菜或引种试验，都获得成果，积累了丰富的生产和管理经验。全国形成稳定的春播甜菜栽培区，并先后建成黄淮流域中部夏播甜菜区，南方秋种甜菜栽培区。各地都总结出糖甜菜生产综合经验，制定出甜菜规范化、标准化生产技术。在我国中部地区和长江流域以及以南的省区，还总结出因地制宜种植甜菜提高土地利用等经验，如按茬种植甜菜，饲料地种植甜菜，甘蔗套种(栽）甜菜或甜菜套种甘蔗等。这些经验对开发能源甜菜具有重要的指导作用。

国内外有生产乙醇的经验。我国现有的日加工1000t以上的甜菜糖厂，一般都有用糖蜜生产食用酒精设备。在现有的基础上增添打浆等少量设备，即可投入生物燃料乙醇生产，既减少设备投资，又提高设备利用率。欧盟成员国已从2004年开始用甜菜生产生物燃料乙醇，积累了丰富经验，对于我国开发能源甜菜具有重要指导意义，特别是英国用能源甜菜生产新一代生物燃料丁醇的经验值得借鉴。

4 发展能源甜菜的设想

生产生物燃料是解决石油等液体燃料供需矛盾的重要途径。国家生物燃料及车用乙醇汽油《发展规划》“十一五”期间将生产600万t生物液体燃料，其中燃料乙醇500万t。目前主要以玉米和陈粮生产生物燃料乙醇，根据已有糖甜菜生产基础和目前生物燃料需求状况，“十一五”期间继续控制玉米等粮食生产燃料乙醇的规模，减少占液体燃料份额，逐渐被非粮食能源作物代替。其中首选作物是能源甜菜，建议“十一五”末期用能源甜菜生产生物燃料100万t。实现这一目标，主要通过以下3个途径。

⑴在糖甜菜集中产区，选择有酒精加工设备的糖厂，扩种能源甜菜，利用现有设备稍加改造，或扩大生产规模，制糖期利用能源甜菜生产生物燃料乙醇，制糖结束加工糖蜜生产食用或燃料乙醇，提高设备利用率，年生产燃料乙醇能力达20万t。⑵在过去种过糖甜菜、已破产或转产的糖厂，并有开发前景的县、旗、市，如宁夏平罗县大力发展能源甜菜、兴建生物燃料乙醇厂，年总生产能力45万t。⑶在高纬度或高海拔地区选择无霜期短、粮食产量低的地区，如黑龙江省的黑河市，四川省阿坝自治州，贵州的毕节州以及青海、西藏等地，大力发展能源甜菜，兴建生物燃料示范厂，年总生产能力达35万t。

新一代生物燃料丁醇燃能高，车用比传统的汽油和乙醇分别多行驶10%和30%；生物燃料丁醇腐蚀性小，使用丁醇混合燃料不需车主购买特殊车辆或改装原有发动机，大量减少国家和个人支出；环境效果更好。鉴于此，借鉴英国的经验建一座生物燃料丁醇示范厂，总结经验，“十二五”期间扩大推广生产。

生产生物燃料100万t，按每吨能源甜菜产酒精0.1t计，需要1000万t能源甜菜，加上运输保藏损失5%，总需求量为1050万t能源甜菜；按能源甜菜产量45t/hm2计算，“十一五”末期每年需能源甜菜23.3万hm2。

5 发展能源甜菜的效益

5.1 经济效益

发展能源甜菜经济效益显著。据宁夏平罗县测算结果，建1座年产24万t生物燃料乙醇工厂，投资6.23亿元(占地40hm2），年产乙醇24万t，可实现年销售收入18亿元，税利3.6亿元(即正常生产两年可收回全部投入）；建成后年需要甜菜240万t，用耕地4.48万hm2，可使中低产田和荒地发挥最大经济效益，农民每年可增收2.68亿元。按平罗县测算的经济效益的85%预测，年产100万t甜菜，生物乙醇的年经济效益为：销售收入75亿元，税利15亿元，农民增收11亿元。生产100万t生物燃料，种植能源甜菜23.3万hm2，生产能源甜菜1050万t，产茎叶630万t，折合126万t燕麦饲料价值，加工1000万t能源甜菜生产酒糟285万t，按啤酒糟饲料价值算，相当于62.7万t燕麦饲料，计188.7万t燕麦，约为150万头日产奶25kg的乳牛全年的饲料(占日料50%），至少节省清种饲料地30万hm2左右(超过能源甜菜占地25%左右）及其饲料生产费用。

5.2 生态效益

生产燃料乙醇，特别是生产丁醇都是再生能源，能减少环境污染，减轻大气“温室效应”；种植能源甜菜提供大量优质饲料，促进养殖业发展，增加优质有机肥料，减少化肥投入和污染，实现农业良性循环，并节省饲料地，提高土地利用率；在高纬度和高海拔无霜期短和中重盐碱地耕地发展能源甜菜，实现自然资源优化配置，发挥土地的增产潜力，在盐碱地种植能源甜菜还起到生物改良盐碱地作用，有利于后茬作物增产。

5.3 社会效益

发展能源甜菜兴建生物燃料厂，生产燃料乙醇或丁醇，可缓解石油供需矛盾，减少环境污染，保证粮食安全，增加就业人员。并为地方经济发展注入新的经济增长点，显著增加财政和农民收入；在老、少、边、穷地区发展能源甜菜生产生物燃料，可加速致富步伐，缩小与经济发达地区的差距，有利于构建社会主义和谐社会。

6 发展能源甜菜的主要措施

6.1 统筹规划，稳步发展

发展能源甜菜具有广阔的前景，无风险，不与粮争地，适宜种植耕地面积大，保证粮食安全；生产生物燃料供不应求，售价猛涨，经济效益、生态效益和社会效益显著；应纳入国家《可再生能源中长期发展规划》，以及国际生物燃料合作计划之中，统筹规划，稳步发展，防止一哄而上，得不偿失。中石油、中石化以及其它能源企业，应把发展能源甜菜生产生物燃料列入经营计划，尽快组织落实。

6.2 调整布局，向资源经济优势地区转移

我国是人口最多的国家，人均耕地少，不足0.1hm2。随着经济建设发展和人口增加，人均耕地面积继续在减少。因此合理开发利用现有土地资源，对促进农业综合发展至关重要。根据甜菜具有适应性广，耐寒、耐旱、耐盐碱强的特点，能源甜菜集中产区向气候土壤资源的经济优势区域转移，提高土地利用率和生产力。能源甜菜产区逐步向粮食作物产量低、不稳定的中重盐碱地和高纬度地区以及高海拔地区转移，实现自然资源优化配置。在这些地区中，以不产石油的市、县、旗优先发展能源产业。

6.3 实行优惠政策，扶持能源甜菜产业发展

发展能源甜菜，生产生物燃料，需要资金多，特别在粮食作物产量低、不稳定的中重盐碱地、高纬度高海拔以及老、少、边、穷地区，经济基础薄弱，自筹资金难度大，国家应给予资金等优惠政策。在安排资金时，把发展能源甜菜产业融入国家《再生能源发展规划》(包括国际合作计划），食糖与燃料联动计划，西部大开发，扶贫工程等，多种渠道筹措资金给予支持。加速能源甜菜产业化基地建设，对生物燃料生产及销售给予适当补贴；实现能源甜菜价格与生物燃料价格联动，实现工农双赢。

6.4 落实科学发展观，组织多学科攻关

利用能源甜菜生产生物燃料，是本世纪初发展的产业，时间短，经验不足，尚存在一些问题急待解决。需要国家加大科技投入，多学科攻关，获得有自主知识产权的新成果，加大引种和选种的力度，选育出适于不同生态区，不同播种期，高产生物燃料的能源甜菜品种(系），研究并提出相应的配套栽培技术；选择和培养乙醇转化率高(75%以上）的新菌株；研究生物燃料生产新设备、新工艺，大幅度提高生物燃料产量，降低成本和能耗，减少污染；深入研究能源甜菜产业副产品纤维(占甜菜鲜重5%左右）生产液体生物燃料，甜菜碱(占0.2%）、酒糟等综合利用技术，使其商品化，增加企业经济效益；完善能源甜菜—生物燃料—副产品(酒糟）—沼气—饲料和肥料等联系模式，提高能源综合利用效率。

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杂566.3

B

1007-2624(2009）01-0076-05

2008-04-20

蔡葆(1934-），男，黑龙江省延寿县人，中国农业科学院甜菜研究所，研究员。