二、我國農業生物質能資源潛力和發展現狀
(一)資源潛力
我國農業生物質能資源主要包括農作物秸稈、畜禽糞便、農產品加工副產品和能源作物等,發展潛力巨大,空間廣闊。
1. 農作物秸稈
我國的農作物秸稈主要分布在河北、內蒙古、遼寧、吉林、黑龍江、江蘇、河南、山東、湖北、湖南、江西、安徽、四川、云南等糧食主產區,單位國土面積秸稈資源量高的省份依次為山東、河南、江蘇、安徽、河北、上海、吉林、湖北等省(見圖1)。
2005年,全國主要農作物產量約為5.1億噸,按草谷比計算秸稈產量約6億噸,除用于肥料、飼料、基料以及造紙等工業原料外,約有3億噸農作物秸稈可作為能源使用,折合1.5億噸標準煤。依據《全國農業和農村經濟發展第十一個五年規劃》提出的主要農產品發展目標測算,預計到2010年我國主要農作物秸稈產量將達到7.8億噸,其中約4億噸可作為農業生物質能的原料。以“十一五”期間的發展速度測算,預計到2015年我國主要農作物秸稈產量將達到9億噸左右,其中約一半可作為農業生物質能的原料。
圖1 2005年我國單位國土面積的秸稈資源量
資料來源:根據中國農業年鑒整理計算
2. 能源作物
能源作物是指經專門種植用以提供能源原料的草本和木本植物。我國有大量不適于糧食生產但可種植高抗逆性能源作物的荒山、荒坡和鹽堿地等邊際性土地,選擇適合不同生長條件的品種進行培育和繁殖,可獲得高產能源作物,并大規模轉化為燃料乙醇和生物柴油等液體燃料。我國可轉換為能源用途的作物和植物品種有200多種,目前適宜開發用于生產燃料乙醇的農作物主要有甘蔗、甜高粱、木薯、甘薯等(玉米、馬鈴薯可用于生產燃料乙醇,但易影響國家糧食安全,不宜作為主要品種開發),用于生產生物柴油的農作物主要有油菜等。
(1)甘蔗屬于多年生熱帶和亞熱帶草本作物,以南、北回歸線之間為最適宜生長區,可用于制糖和生產燃料乙醇。今后利用甘蔗發展燃料乙醇的潛力主要來自三個方面:一是甘蔗糖料生產過程中產生的副產品糖蜜。2005年至2006年度制糖期,我國甘蔗種植面積約2000萬畝,產量約8600萬噸,產糖1000萬噸左右,副產糖蜜約340萬噸,可以生產燃料乙醇80萬噸左右,折合標準煤110萬噸左右。二是走以糖為主、糖能互動發展之路。目前,我國甘蔗畝產僅為4.3噸左右,單產提升空間較大,有關科研單位已經選育出畝產6~7.5噸的糖能兼用品種,若大面積種植,將大幅度提高甘蔗產量,不僅可以進一步保障食糖原料供應,還為生產燃料乙醇提供更多保障條件,實現糖能互動聯產。三是適當開發南方宜蔗土地新增的甘蔗。我國廣西、廣東、海南、云南等省區尚有0.1億畝的宜蔗土地,若其中一半土地種植糖能兼用甘蔗,按畝產6噸計算,可生產3000萬噸左右的甘蔗,可產出200萬噸以上燃料乙醇,折合285萬噸標準煤。
(2)甜高粱具有耐干旱、耐水澇、抗鹽堿等多重抗逆性,素有“高能作物”之稱,畝產300~400公斤糧食以及4噸以上莖稈,莖稈汁液含糖量16%~20%左右,每16~18噸莖稈可生產1噸燃料乙醇。目前在我國種植規模不大,且比較分散,北京、天津、河北、內蒙古、河南、山東、遼寧、吉林、黑龍江、陜西、新疆等省份都有種植。若開發我國現有1.5億畝鹽堿地的1/5用于種植甜高粱,按一般農田產量的50%計,收獲甜高粱莖稈6000萬噸,可生產350萬噸左右燃料乙醇,折合標準煤500萬噸左右。
(3)木薯具有易栽、耐旱、耐澇、高產等特點,適合在熱帶、亞熱帶地區種植,主要分布在廣西、廣東、海南、福建、云南、湖南、四川、貴州、江西等九省(區)。鮮木薯的淀粉含量在30%~35%左右,約7噸鮮薯可生產1噸燃料乙醇。2005年全國種植面積約650萬畝,總產量約730萬噸,畝產僅為1.1噸,如采用優質木薯品種,并加強田間管理和水肥到位,畝產可達3~5噸。目前,廣西、廣東、海南、福建、云南等省份仍有荒地、裸土地及后備宜林、宜農、宜牧荒山等未利用土地約2億畝,若開發1/5用于種植木薯,按畝產2噸計算,可收獲8000萬噸,生產燃料乙醇約1000萬噸,折合1430萬噸標準煤。
(4)甘薯具有耐旱、抗風、病蟲害少等特性,能適應貧瘠土地。我國是世界上最大的甘薯生產國,2005年種植面積約7500萬畝,總產量超過1億噸。鮮甘薯淀粉含量在18%~30%之間,約8噸甘薯可生產1噸燃料乙醇,但因回收季節在秋冬季,易凍傷和腐爛,目前約有20%左右的甘薯在儲存過程中損耗,若及時加工,可生產燃料乙醇250萬噸左右,折合357萬噸左右標準煤。
(5)油菜是主要油料作物之一,適應范圍廣,發展潛力大。我國長江流域、黃淮地區、西北和東北地區都適宜油菜生長,適宜區域的耕地面積在15億畝以上。2005年我國油菜籽種植面積1.1億畝,年產量約1300萬噸。目前,我國南方水田區有冬閑田約0.6億畝,南方丘陵耕地、北方灌區、北方旱作耕地也存在不同類型的季節性閑地約0.8億畝。油菜畝產菜籽120公斤,平均產油率30%。如利用上述土地的50%種植油菜,菜籽產量可達到840萬噸,可生產生物柴油約250萬噸,折合標準煤350萬噸左右。
3.畜禽糞便
目前我國畜禽養殖業每年產生約30億噸糞便,主要來源于農村家庭散養和規模化養殖。全國現有生豬分散養殖戶0.9億戶,奶牛、肉牛養殖戶0.157億戶,蛋肉雞養殖戶0.85億戶,羊養殖戶0.26億戶。綜合考慮混合養殖、氣候和社會經濟等因素對利用畜禽糞便生產沼氣的影響,約有1.48億農戶適宜發展沼氣。考慮到城鎮化和養殖業變化,預計到2010年和2015年我國適宜發展沼氣農戶分別為1.39億戶和1.30億戶,沼氣產量分別可達到539億立方米和502億立方米,分別相當于替代8460萬噸和7880萬噸標準煤。
全國現有豬、牛、雞三大類畜禽規模化養殖場約391萬處,其中,各類畜禽規模化養殖小區已達4萬多個。存欄量約5.7億頭豬單位(30只蛋雞折算成1頭豬,60只肉雞折算成1頭豬,1頭奶牛折算成10頭豬,1頭肉牛折算成5頭豬),畜禽糞便資源的實物量為11.2億噸,理論上可生產670億立方米的沼氣。其中,大中型(養殖出欄3000頭豬單位以上)約11952處,養殖量約7528萬頭豬單位,畜禽糞便資源的實物量為1.42億噸。根據全國畜牧業發展第十一個五年規劃測算,預計到2010年和2015年,我國規模化養殖場畜禽糞便資源的實物量將分別達到25億噸和32.5億噸,約可產出沼氣1500億立方米和1950億立方米,分別相當于替代標準煤2.4億噸和3.1億噸。
4. 農產品加工業副產品
農產品加工業副產品主要包括稻殼、玉米芯、甘蔗渣等,多來源于糧食加工廠、食品加工廠、制糖廠和釀酒廠等,數量巨大,產地相對集中,易于收集處理。其中,稻殼是稻谷加工的主要剩余物之一,占稻谷重量的20%,主要產于東北地區和湖南、四川、江蘇、湖北等省;玉米芯是玉米穗脫粒后的穗軸,約占穗重的20%,主要產于東北地區和河北、河南、山東、四川等省;甘蔗渣是蔗糖加工業的主要副產品,蔗糖與蔗渣各占50%,主要產于廣東、廣西、福建、云南、四川等省區(見圖2)。稻殼和玉米芯可通過固化成型、甘蔗渣可通過發電等方式提高利用效率。2005年上述副產品的總量超過1億噸,經充分利用可生產0.31億~0.67億噸標準煤的能源。此外,我國作為世界最大的棉花生產國,每年棉籽產量1300萬噸,可產棉籽油200萬噸左右,由于近年來我國豆油產量迅猛增長,棉籽油消費量萎縮,大量的棉籽沒有充分利用,為生物柴油提供了一條重要的原料來源。
圖2 我國主要農產品加工業副產品的主要產地
資料來源:根據中國農業年鑒整理計算
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