英文名:energy plant英文名:energy plant定義:專為提供能源原料而種植的含糖量(碳氫化合物)高的草本和木本植物。應用學科:電力(壹級學科)；可再生能源(二級學科)本內容是由國家科技術語審定委員會審定並公布的。
能源植物——案樹可以作為能源植物。隨著化石能源的不斷枯竭，人們開始在世界範圍內尋找替代能源。
能源工廠
可用作能源的植物種類很多，主要是壹些農作物和有機剩余物，林木和林業工業剩余物，藻類和水生植物也是待開發的能源植物。利用植物作為能源，可以作為固體燃料，也可以通過科學方法轉化為碳、可燃氣體或生物原油。在林業能源方面，國外重視培育生長快、光合效率高、繁殖力強的樹木。中國林科院實驗研究的能源植物有60多種。森林能源有兩種利用方式:幹餾提取氣體、焦油和碳；石油植物直接燃燒也是近年來開辟的新領域。石油是不可再生的能源，所以它的枯竭是必然的，不可避免的。因此，許多國家都在開展替代能源的研究，能源植物的研究應運而生。美國諾貝爾獎獲得者卡爾教授早在1984年就研制出了第壹株人造油料植物，獲得了每公頃120-140桶原油的收獲。目前美國種植了幾百萬畝的石油植物，英國也開發了654.38+0.5萬畝，瑞士也制定了用植物油替代全國壹半石油消耗的計劃。歐洲和北美也種植大量的多年生草本植物作為燃料來發電，比如象草就是這樣壹種植物。英國還發現，草原蕁麻草、大蕁麻草、高砂草等植物生長迅速，是重要的種植能源植物。還有大戟科大戟、紅珊瑚、海漆，也是理想的燃料植物。海桐又稱石油果實，是壹種潛在的石油替代品。巴西的洗頭樹，在樹上挖個洞油就會流出來。美國的草、西海岸的巨藻、澳洲的叢生藻也能榨油。中國也有很多石油植物，比如海南的山南樹，案樹，都可以產高油。經科學家鑒定，亞太地區有超過65，438+00種草本植物、65，438+08種灌木、23種喬木和65，438+08種灌木作為生產性能源植物。
富含類似石油成分的能源植物
構樹、綠榆樹、西固椰子、小桐子、巴西橡膠樹都屬於這壹類植物。比如巴西橡膠樹分泌的乳汁與石油非常相似，可以不經過提煉直接作為柴油使用，每棵樹年產量高達40L。南樹油是中國海南省的壹種特種植物油，它的樹幹含有壹種類似煤油的淺棕色易燃油性液體。在樹幹上鉆壹個洞，這種液體就會流出來，也可以直接當燃料油。
富含高糖、高澱粉、纖維素等碳水化合物。
利用這些植物獲得的最終產品是乙醇。這些植物種類繁多，分布廣泛，如禾本科的木薯、馬鈴薯、菊芋、甜菜、甘蔗、高粱、玉米等作物，都是生產乙醇的良好原料。
富含石油的能源工廠
這種植物不僅是人類食物的重要組成部分，也是工業上非常廣泛使用的原料。加工富含油脂的能源植物是制備生物柴油的有效途徑。世界上有壹萬多種富含油脂的植物，我國有近千種，其中有些含油量很高，如桂北的山蒼子種子含油量為64.4%，樟科的樟樹種子含油量為67.2%。這種植物的某些種類有很大的儲藏能力。如含油量15% ~ 25%的蒼耳，廣泛分布於華北、東北、西北等地，資源豐富。僅陜西省年產量就達13500 t..主要分布在內蒙古、陜西、甘肅、寧夏的沙蒿和沙蒿，含油量16% ~ 23%，儲量50萬t..壹些高等淡水植物如水花生、水葫蘆、水葫蘆也有很大的產油潛力。
薪材能源植物
這種植物主要提供木柴和木炭。如楊柳科、桃金娘科、案樹屬、銀合歡屬等。目前世界上比較好的薪炭樹有加拿大楊、意大利楊、美國梧桐。近年來，我國開發了壹些適合用作薪材的樹種，如紫穗槐、沙棗、旱柳和泡桐。有的地方生長薪炭林需要3-5年，壹般薪炭林能產15t左右。美國種植的芒草具有高度易燃性，利用現有技術可以很容易地將收獲的幹草制成發電廠發電的燃料。
可再生能源的發展前景
隨著越來越多的國家采取鼓勵可再生能源的政策和措施，可再生能源的生產規模和應用範圍不斷擴大。2007年，全球可再生能源發電能力達到24萬兆瓦，比2004年增長50%。2007年，至少有60個國家制定了促進可持續能源發展的相關政策。歐盟制定了到2020年實現可持續能源占全部能源20%的目標，中國也制定了到2020年使可再生能源占全部能源15%的目標。自2006年6月5438+10月可再生能源法實施以來，我國可再生能源進入快速發展期。2007年，中國可再生能源項目總投資已達6543.8+02億美元，居世界第二位。65438年6月至2008年10月公布的4萬億投資計劃中，毫無疑問有開發新型清潔能源的投資計劃。天然氣、核能、水電成為優先發展對象。根據中國中長期能源規劃，2020年前，中國基本可以依靠常規能源滿足國民經濟發展和人民生活水平的能源需求。到2020年，全國可再生能源利用總量相當於6億噸標準煤，將在中國能源結構調整、減少溫室氣體排放和保護生態環境方面發揮更大作用。
生產工藝
生物柴油生產
化學高粱
國際上主要采用化學法生產生物柴油，即在壹定溫度下，動植物油與低碳醇在酸或堿的催化下發生酯交換反應，生成相應的脂肪酸酯，然後經過洗滌、幹燥得到生物柴油。生產過程中可回收甲醇或乙醇，生產設備與壹般制油設備相同，生產過程中副產物約為10%甘油。但是化工生產工藝復雜，酒精肯定是過量的；油脂原料中的水分和遊離脂肪酸會嚴重影響生物柴油的產量和質量；產品提純復雜，酯化產物難以回收，成本高；後續工藝必須有相應的回收裝置，能耗高，副產物甘油回收率低。使用酸堿催化對設備和管道腐蝕嚴重，使用酸堿催化產生大量廢水，廢堿(酸)液的排放容易對環境造成二次汙染。鑒於化學法生產生物柴油存在的問題，人們開始研究生物酶法合成生物柴油，即利用脂肪酶進行酯交換反應制備相應的脂肪酸甲酯和乙酯。酶法合成生物柴油所需設備少，反應條件溫和，酒精用量少，無汙染排放。以大豆油為原料，采用固定化酶工藝。酶用量為油脂的30%，甲醇與大豆油的摩爾比為12:1，反應溫度為40℃，生物柴油的產率為92%。生物酶法制備生物柴油由於成本高、保存時間短，工業化仍未普及。此外，還存在壹些問題制約著生物酶法生物柴油的工業化生產。例如，脂肪酶可以有效地酯化或酯交換長鏈脂肪醇，但短鏈脂肪醇的轉化率較低(如甲醇或乙醇壹般只有40%-60%)；短鏈脂肪醇對酶有毒性，酶容易失活。副產物甘油難以回收，不僅抑制產物形成，而且對酶有毒性。超臨界萃取雲南潤楠
即當溫度超過其臨界溫度時，氣體和液體將無法區分，因此物質處於流動狀態，在施加任何壓力時都不會凝結。超臨界流體密度接近液體，粘度接近氣體，導熱系數和擴散系數介於氣體和液體之間，因此萃取和反應可以同時進行。超臨界方法可以獲得快速的化學反應和高轉化率。Kusdiana和薩卡人發現，菜籽油可以在4分鐘內通過超臨界甲醇轉化為生物柴油，轉化率超過95%。但是需要高溫高壓，對設備的要求非常嚴格，量產前需要大量的研究工作。
生物乙醇生產
生物乙醇的生產是以自然界廣泛存在的纖維素、澱粉等大分子為原料，通過物理化學手段和生物手段將其轉化為乙醇的過程。生產過程包括三個主要部分:原料收集和處理、糖酵解、乙醇發酵和乙醇回收。發酵生產燃料酒精的原料來源很多，主要分為糖原料、澱粉原料和纖維素原料，其中以糖原料發酵酒精的技術最為成熟，成本最低。木質纖維原料在酶解和發酵前需要進行預處理，其中氨爆纖維技術被認為是最有前途的預處理方法。隨著耐高溫、耐高糖、耐高酒精酵母的選育，底流補料技術和發酵分離耦合技術的提高，酒精工業發酵的成本將越來越低。
開發利用
國際的
Xi蒙德姆
國際上對能源植物的研究始於50年代末60年代初，發展於70年代，80年代以來發展迅速。1986期間，美國加州大學諾貝爾獎獲得者卡爾文博士在加州大面積成功引種續隨子、榆樹等具有較高開發價值的樹種，每公頃可收獲120-140桶油。他還對工業應用進行了可行性分析和研究，提出創建“油料種植園”，開創了人工種植油料植物的先河。迄今為止，世界範圍內出現了能源植物開發研究的快速熱潮，許多國家都制定了相應的開發研究計劃。如日本的“陽光計劃”，印度的“綠色能源工程”，美國的“能源農場”，巴西的“酒精能源計劃”。隨著“柴油樹”、“酒精樹”、“蠟樹”等更多植物的發現和栽培技術的不斷成熟，世界各地都建立了“石油植物園”和“能源林場”，種植壹些生產類似石油燃料的植物。英國、法國、日本、巴西、俄羅斯等國也開展了石油植物的研究和應用，借助基因工程技術培育新樹種，采用更先進的栽培技術提高產量。目前(2010)美國已種植速生油林超過百萬公頃，建立了美洲黑楊、榿木、國槐、案樹等油料植物研究基地。菲律賓有654.38+0.2萬公頃的金合歡樹，6年後可收集654.38+0.0萬桶石油。在日本，建立了壹個5萬平方米的油料植物實驗場，種植了654.38+0.5萬株油料植物，年產量超過654.38+0.000桶油。瑞士的“綠色能源計劃”計劃在10年內種植65438+萬公頃的油料作物，以滿足該國50%的年度石油需求。泰國用椰子油制成的汽車燃料加油站在泰國中部巴蜀開業，成為世界上第壹家椰子油加油站。巴西是乙醇燃料開發和應用最具特色的國家，實施了世界上最大的“乙醇種植”計劃。2004年巴西乙醇產量達到6543.8+04.6億，乙醇消費量超過6543.8+02.2億。巴西的乙醇產量占世界總產量的44%，出口量的66%。美國采用了基因工程技術。木質纖維素被成功轉化為乙醇。2010年3月，美國托馬斯·傑斐遜大學生物技術基金會實驗室研究員維亞切斯拉夫·安德裏亞諾夫(Viacheslav Andrianov)表示，與其他植物相比，煙葉可以提取更多的油和糖，是具有吸引力的“能源植物”。安德裏亞諾夫的研究小組改變了煙草的基因，使煙葉的含油量大大增加。再造煙葉可提取的煙草油是普通煙葉的21倍。研究人員表示，轉基因後煙草含油量大幅提高，有望“變身”為生物燃料，為解決當前能源危機提供新思路。
中國
巴西的橡膠樹
中國是“貧油大國”，也是世界能源消費大國。1993年，中國由石油凈出口國變為石油凈進口國，石油進口量逐年增加。目前其石油進口依存度已經超過1/3。我國能源植物的研究、開發和利用起步較晚，與歐美發達國家相比還有較大差距。然而，中國植物資源豐富。早在1581年1982年就對植物樣本進行了分析，共收集到974種植物，整理成《中國油性植物》和《四川油性植物》，並篩選出壹些含油量較高的植物，如烏桕、閩楠、四合木、五角楓等。已查明我國有油料植物151科697屬1554種，含油量在40%以上的植物有154種。雖然我國對能源植物的利用處於初級階段，但生物柴油產業得到了國務院領導和國家計委、國家經貿委、科技部等政府部門的高度重視和支持，並已列入國家計劃。“七五”期間，四川省林科院等單位成功從野生麻瘋樹(麻瘋樹的果實)中提取生物柴油。中國科學院“八五”重點項目“燃料油植物研究與應用技術”完成了金沙江流域燃料油植物資源調查研究，建立了麻瘋樹栽培示範區。在此期間，湖南省完成了樹皮樹制取甲酯燃料油技術及其燃燒特性的研究；在“九五”期間，根據《新能源和可再生能源發展綱要》的框架，在中央有關部委和地方政府制定的計劃中，重點是:在全國範圍內開展綠色能源植物資源普查，為制定長期研究和發展提供科學依據；利用基因工程和雜交育種技術培育高產、高產、更新周期短的新品種；開展能源植物燃料的基礎研究和開發研究，包括能源植物的燃燒特性、提煉技術、綜合利用和開發。中國能源植物產品的研發主要集中在生物柴油和乙醇燃料上。生物柴油的研究內容涉及油料植物的分布、選擇、栽培、遺傳改良、加工技術和設備。生產生物柴油的主要原料有油菜籽、大豆、麻瘋樹、黃連木、雲南潤楠等。麻瘋樹含油量高達40%-60%，是生物柴油的理想原料。