燃料乙醇生产用生物原料的土地使用、能耗、环境影响和水耗分析

第11卷第3期过程工程学报ol. 11 No.3011年6月The Chinese Journal of Process Engineering燃料乙醇生产用生物原料的土地使用、能耗、环境影响和水耗分析孔德柱μ,王玉春’,孙健,袁晓凡',王晓东',肖杰,赵兵(1.中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室,北京100190;2.中国科学院研究生院,北京100049摘要:在引入生物质分配比率的基础上,从土地使用率、能耗、环境和耗水量4个方面分析了玉米秸秆、木薯和甜高粱3种生物质原料生产燃料乙醇的过程,得到了3种生物质发展潜力数据.结果表明,玉米秸秆作为原料,按产出乙醇能计,土地使用率最高可达56340GJha,投入能量最低,仅为22.68MJGJ,环境影响最小,耗水量最少,只有8m3GJ,是最有开发前景的原料.甜高粱总体上优于木薯,但耗水量太大,不利于长远发展关键词:生物质;土地使用率;能耗:气体排放:耗水量;乙醇中图分类号:TQ517文献标识码:A文章编号:1009606X(2011)030452091前言的重要组成部分以往评价分析以糖质和淀粉质为原料的燃料乙醇由于不可再生的化石能源的日益消耗和短缺,从长的研究都没有考虑种植过程中总体作物中其他副产品远的经济稳定和能源安全角度出发,我国发展可再生能的产出4,但分析以秸秆类为原料的纤维素质燃料乙源至关重要由于我国人口众多,人均耕地少因此不醇的生产时粮食等副产品就不可忽视如Gm山am等明能用玉米和小麦等粮食作物及制糖原料甘蔗等作为生在分析玉米秸秆时考虑了玉米产量对秸秆量的影响,建产燃料乙醇的原料.在我国被广泛看好的生物质燃料乙立了秸秆产量和玉米产量的量化关系; Sheehan等将醇原料是秸秆纤维素、木薯和甜高粱,且目前已有很多玉米和秸秆作为两种土地产工厂和中试车间利用这3种原料生产燃料乙醇叫.但也全部分配到秸秆上,其他种植过程中的投入分配到玉米存在完全相反的观点,如Feix等认为以柳枝稷为原上.生命周期评价方法是用来分析生物质燃料乙醇的重料的纤维素质燃料乙醇生产是耗能的过程但这并不能要手段叫本工作基于生命周期评价方法,首次定义了完全否认纤维素质燃料乙醇的发展,纤维素质资源丰生物质分配比率,并用于分析中,从而更加合理地分析富,固定太阳能效率高,世界各国都投入了极大的财力了3种生物质原料生产过程中的土地使用率、能耗、环物力进行研究本研究评价分析了玉米秸秆、木薯和甜境气体排放和耗水量,评价其各自的优势,以便在我国高粱3种原料生产生物质燃料乙醇过程的优劣,为开发因地制宜,加以选择和发展原料生产过程中产生的能源消耗和环境气体排放2分析方法(主要产生于能量的投入)是燃料乙醇全生命周期过程的2.1目标与系统边界重要组成部分.张治山等对我国玉米基燃料乙醇生产生产可再生的生物质能原料需投入土地、淡水、太进行了能耗分析,发现玉米种植能耗约占全生命周期总阳能和种植收集过程中的化石能.本研究分析的玉米秸能耗的30%;张成分析了以广西木薯为原料的燃料乙秆、木薯和甜高粱原料生产包括土地使用率、淡水资源醇生产,发现原料的种植运输能耗约占总能耗的41%.消耗、原料种植和收集过程投入的化石能耗和造成的环近年来可再生能源的研究者开始关注生物质能的土地境气体排放.原料的种植一般包括整地、播种、施肥使用和淡水资源的消耗Yang等分析了以玉米为原料除草、收获几个过程,但我国种植一般承包到户,播种生产燃料乙醇的土地资源占用和水资源消耗情况,发现除草和收获等一般都是手工完成,产生能耗和环境气体到2020年,我国5%~10%的耕地用于燃料乙醇原料生排放的过程主要在整地和化肥生产过程.原料的收集过产,每年耗水量为32-72km3,相当于每年的黄河总水程是将种植的生物质原料收集运输到燃料乙醇生产工量. Dominguez-Faus等研究发现美国使用燃料乙醇作厂的过程.图1为原料生产过程的边界系统,在产出乙为能源的汽车行驶耗水量为118Lkm,严重威胁淡水资醇能和由能两种情况下评价分析各生物质土地使用、能源.土地使用和耗水量已成为分析生物质燃料不可忽视量投中国煤化工收稿日期:20110411,修回日期:2011-05-19CNMHG基金项目:中国科学院知识创新工程重大项目资助(编号:KsCX1YWD3)作者简介:孔德柱(1984),男,黑龙江省安达市人,硕士研究生,生物化工专业;赵兵,通讯联系人,T010-82627059,Emal: zhao @home. ipe.accn.53孔德柱等:燃料乙醇生产用生物原料的土地使用、能耗、环境影响和水耗分析Solar energyElectric energyCrop plantFeedstockcollectionEthanol energyEvapotranspiration water图1生物质燃料乙醇原料分析边界Fig 1 Analysis boundary of feedstock production of fuel ethanol22生物质分配比率式中,E是生物质热能(GJ1),H是生物质燃烧热生物质能源生物炼制过程会对成本、能耗和环境排GJ),u是生物质干重产量()放等产生分配(如玉米基燃料乙醇的生产会产出玉米电能是对生物质总热值的转换,生物质产出电能计油、蛋白饲料和二氧化碳,从而对成本、能耗和环境排算式如下放都有很大的冲减).根据3种生物质原料的特殊性,本(3)工作认为在原料生产阶段应对土地产出总体生物质进行分配,玉米作物中玉米作为粮食为主要产出,秸秆部式中,Em是生物质电能(J0),n是热电转化率(%0分用作生物质能的原料,需引入生物质分配比率,才能玉米秸秆、木薯和甜高粱是我国燃料乙醇原料发展合理评价分析玉米秸秆等原料.常用的分配方法有市场的焦点,玉米秸秆是纤维素质原料,主要利用纤维素水价值法、能量含量法和产品替代法1.由于粮食玉米和解产出的葡萄糖发酵:甜高粱是糖质原料,主要利用压玉米秸秆应用属性不同,综合考虑,采用市场价值法进榨后的糖浆发酵;木薯是淀粉质原料,主要利用淀粉水行分配生物质分配比率定义为用于产能部分生物质的解后的葡萄糖发酵它们都是将部分生物质转化成乙醇市场价值与作物整体市场价值的比值:能,而电能是全生物质热能的反映,通过对产出电能和乙醇能的对比,就能分析出生物质转化乙醇的效率24原料生产能耗式中,r为生物质分配比率,Mm为作物产能部分的市原料生产能量投入计算模型主要包括用于边界(种场价值(),Ma为作物除产能部分外其他副产物的市植能耗和原料收集能耗)、计算方法(公式)、基本参数的场总价值(￥t)确定和基础数据的输入.其中种植能耗主要考察的是氮生物质分配比率在土地使用率、能耗、环境气体排磷钾肥的生产能耗和整地过程中的机械能耗;收集能耗放和耗水量4个方面的分析比较中都有重要应用指将地中分散的原料收集到厂的能量消耗.肥料生产总23生物质电能计算能耗的计算用下式:生物质能的大小可用其完全燃烧产生的热能来衡量.文中计算的生物质热能是指生物质分配后用来产能E=r∑v,的部分生物质的热能,如玉米单指玉米秸秆的热值,甜式中,F悬肥料生产讨程中的总能耗(GJha,r是生物高粱单指甜高粱秆的热值,木薯指全株的总热值质分中国煤化工h,c是肥料单位生物质产出热能用下式国计算:CNMHG代表氮肥,2表(2)示磷肥,=3表示钾肥过程工程学报第11卷整地过程产生的能耗模型);是肥料生产过程中电能耗系数(氮肥B1=0.1,ExrYFHy(5)磷肥R=047,钾肥B=04,来自 GREET模型);PFw式中,Ez是原料整地能量消耗(GJha),Y是原料整地的P为8×1行向量,分别是柴油、天然气、煤发电的产能耗油量(kgha),F为汽油燃料的燃烧热(GJ/kg排放量(gGD,其中, GREET( Greenhouse Gases,3种生物质原料在收集过程中存在很大差异,玉米Regulated Emissions, and Energy Use in Transportation)t秸秆可在地中风干,单位面积产出量低;木薯和甜高粱型由美国阿冈实验室151开发收集鲜原料,单位面积产出量高.收集过程能耗采用邢氮肥在土地中的硝化作用与反硝化作用是两种主爱华等叫的资源岛模型进行估算,假设3种作物种植均要环境气体NO和N2O的重要来源5,采用 GREET给出的气体排放量与纯氮的比率关系,NO排放量是施入匀分布,工厂规模为年产万吨,工厂建立在资源岛心.原料收集到厂的能耗可表示为纯氮量的065%,N2O排放量是施入纯氮量的13%整地与收集过程中的气体排放主要来自汽油在油Ec-2rR'FcaBFHv/3(6)箱中的燃烧,引入汽油燃烧气体排放向量 PG(g/kg),式中,E是原料收集能耗(G,R是原料收集半径km),即整地过程气体排放量为Fc是运输油耗kg(tkm),是原料的产量tkm2),B是= EzP(8)曲折因子(收集过程中运输距离不为直线,B>1,计算时取2).式中,B为8×1行向量,是原料种植整地过程中的气体2.5原料生产过程中环境气体的排放排放量gha)原料生产过程中环境气体排放主要产生于氮磷钾原料收集过程的气体排放量为肥生产、土壤微生物硝化与反硝化作用、整地和收集过D-2TR'FcoBPc/3程.选择主要的8种气体进行计算,为方便建立公式,式中,D为8×1行向量,是原料收集过程中的气体排放记8种气体为行向量(vOC,CO,NO,PM10,SO,CH,量gGnN2O,CO2)肥料生产气体排放按下式计算:气体排放对环境的影响表现在5种指标,温室效F=∑(BDEP+RNEP+BEP2)应、酸化、光化学烟雾、人体毒性和生态毒性,计算其潜值采用 Heijungs等和 Dessouky等的方法式中,F为8×1行向量,是原料肥料生产的气体排放量2.6原料生产耗水量cgha),B是肥料生产总能耗(包括投入天然气能量耗水量主要是指原料种植时间内的作物水分蒸发油能量和电能量,GJha),B是肥料生产过程中柴油能总量,水分补充主要来自雨水和灌溉水两大类.主要耗耗系数(氮肥Bb1=0,磷肥βb2=0.27,钾肥by=0.31,来自水过程在原材料种植阶段,主要受物种、地理结构和气GREET模型);A是肥料生产过程中天然气能耗系数(氮候等因素影响3种生物质原料耗水量数据来自 Gerbens肥RN1=09,磷肥RNz=026,钾肥Ry=027,来自 GREET Leenes等、 De fraiture等四和Yang等的研究数据表1主要参数和系数取值Table I Primary parameters andon rate"(t/, fuel ethanolfeedstock)1920Water content of feedstock(%)Feedstock yield(t/ha)Heat value(M/kHeat to electric pow[13ransportation fuel heat value(M/kgransportation fuel consumption [kg/(t-km)f manufacturing Nitrogen fertilizer( MI/kg)49.10GREETEnergy use of manufacturing P2Os fertilizer(M/kg)GREETGREETEnergy use of land preparation(MJ/ha)Gas emission of diesel combustion, Pp (e/G)067,16.78,GREETGas emission of natural gas combustion, P(g/Gn(13,3.51,Gas emission of electricity, Pe(g/G)(444,3722,844Gas emission of gasoline combustion in tank,H中国煤化工GREETCNMHGGREETNote: I)The feedstock contains water, 2) Total biomass including root and stalk; 3)Thebiomass conversion into electric energy第3期孔德柱等:燃料乙醇生产用生物原料的土地使用、能耗、环境影响和水耗分析4552.7数据来源产出的电能或乙醇能,与生物质的光合作用效率成正相本计算所需的主要参数和系数见表1;输入数据主关,输出能量类型和分配比率的影响十分明显.表2显要来自国内外公开发表的文献,包括计算生物质分配比示在不引入生物质分配比率时,木薯单位面积产出乙醇率所需的3种生物质各部分的产量、市场价值23及能最高,为16020GJha,甜高粱为13350GJha,玉米3种作物种植施肥量28323秸秆最低,仅为3660GJ/ha.甜高粱和木薯产电能基本3结果与分析相男甜高粱和木薯光能利用率相近,都是高效利生物质.玉米秸秆产电能是乙醇能的2663.1土地使用率分析倍,表示目前我国纤维素质原料乙醇转化率还很低(美表2分别计算了在引入和不引入分配比率2种情况国已达到141倍)生物质分配比率对玉米秸秆影响下,在1ha地中种植3种生物质产出的乙醇能或电能.最大,因为秸秆作为玉米种植的副产物,对土地的分配玉米是主要的粮食作物,用秸秆产能,生物质分配比率值很低,只有6.5%引入生物质分配比率后玉米秸秆土低,只有65%;甜高粱产高粱米,甜高粱秆的生物质地产能效率明显优于甜高粱和木薯,电能E达149775分配比率为750%:木薯地上部分鲜有利用,本工作不GJha,乙醇能E达56340GJha,从土地综合利用的对其进行价值估算,其生物质分配比率为100%角度出发,开发利用玉米秸秆资源很有潜力.同样引入土地使用率即土地产能效率,定义为单位土地面积分配比率后,甜高粱的乙醇能和电能都大于木薯.表2生物质燃料乙醇原料土地使用率和分配比率Table 2 Land utilization ratio and distribution ratio of the fuel ethanol feedstockLand utilization ratioLand utilization ratio withFeedstockwithout distribution ratio. without distribution ratio, with distribution ratio.ratio of theethanol energy, Et(GJ/ha) electric energy, Ek(GJ/a) ethanol energy, Ea(GJ/ha) electric energy, Ete(GJ/ha) biomass(%)Cassava25005334.2075.0表3原料生产能量投入Table 3 Energy input for the feedstock proEt of com stalkEk of cassava47055fertilizer4.75Total fertilizer.960.531.690.20l20Feedstock collection3.644331372.31Total45.563.2能耗评价分析集能耗不涉及生物质分配比率,其大小主要与生产单位表3分别计算了玉米秸秆、木薯和甜高粱3种生物能量所需原料的收集半径和生物质的单位面积产量有质原料产出单位乙醇能或单位电能所施用的氮磷钾肥关,即收集半径越大,单位面积产量越多,能耗就越大的生产能耗、整地能耗和收集过程能耗.由于肥料的生玉米秸秆和甜高粱产出乙醇能收集能耗大,原因在于玉产尤其是氮肥的生产是高耗能过程,所以氮肥的生产能米秸秆产单位乙醇能收集面积大,而甜高粱单位面积产耗在3种生物质原料生产能耗中都占有较大比重,同时量大.通过对3种生物质生产过程能量投入的比较分磷肥和钾肥的生产能耗也占有一定比例.因此不同生物析,玉米秸秆仍是发展我国生物质能的最佳选择质原料的生产能耗主要取决于施肥量特别是氮肥的量.3.3环境评价分析木薯种植仅施肥量能耗就有96,91MJG(E)和62.08本工作在环境分析中分别计算了肥料生产、硝化与MJGJ(E),而其分配比率为100%,导致木薯原料生产反硝化作用、整地和收集4个过程中的8种环境气体排能耗最大.整地能耗与土地使用率成反比,土地使用率放,列王A中韦可看出,化物的排放主要来自越高,整地能耗越少,反之越多.由于生物质分配比率微生中国煤化工3种生物质生产总在整地和施肥过程中均存在,使玉米秸秆在种植总能耗气体CNMHG左右,另外40%的上是3种生物质中最少的.收集能耗计算公式(6)显示收NO2和98%以上的硫化物来自肥料的生产,VOC和CO456过程工程学报第11卷的排放集中在整地和收集阶段,CO2的排放主要来自肥物质原料生产环境排放的关键.对比3种生物质的环境料生产.总体上耗能的过程就是消耗化石能源的过程,气体排放量,玉米秸秆的8种气体排放明显优于甜高粲髙能耗代表了高环境排放.所以氮肥的投入也是影响生和木薯表4生物质原料生产乙醇的阶段环境排放Table 4 Gas emission to environment for production of fuel ethanol with biomass feedstockFeedstockEmission sourceGas emission(&/0).PM10 SOFertilizer production644l704904635644Nitrification and denitrificatio18l54Land preparation0.100Collection18.380.723,100.17719228512963209273487134462182194350Fertilizer production23.82443641984634.624.76Nitrification and denitrification435.27638.39Land preparation5698950009Collection982569360.366.34Nitrification and denitrification213.52313.17SorghumCollection13221900851.06668314.1573564表5五种环境指标影响潜值Table 5 Potential values of five environmental impact indexFeedstockEmission sourcel15.58Nitrification and denitrification8665Com stalkl6l99Collection42695894385980945.17926.23130.685353.823791.81Collection22178890263.9707871441064783.75Fertilizer production242612110.00SorghumLand preparation3412.79512.4560187391416.3950.851312.57746589190086557.84Note: I)Global warming; 2) Photochemical ozone creation; 3)Health toxicity, 4)Ecological toxicity这8种环境气体排放主要影响温室效应、大气酸化、光化学烟雾、人体毒性和生态毒性5种环境指标.表Nitrification and denitrification5计算了3种生物质原料生产各阶段造成的气体排放对5种环境指标的影响潜值图2为原料生产各阶段气体排放对5种环境指标的9865潜值影响.硝化与反硝化作用产生的气体排放主要对酸化和人体毒性影响较大,在玉米秸秆中分别占40%和39%,在木薯中占24%和37%,甜高粱中占36%和40%施肥产生的气体排放对温室效应影响最明显,3种生物23451234512345Com stalkCassava质都占80%以上,尤其是木薯占98%整地和收集阶段中国煤化工气体排放主要影响光化学烟雾和生态毒性,在玉米秸秆子阶段排放比例CN MHGom all stages of和甜高粱中最为明显第3期孔德柱等:燃料乙醇生产用生物原料的土地使用、能耗、环境影响和水耗分析为直观比较3种生物质原料生产总排放对环境的性影响最大;甜高粱原料生产对生态毒性影响最大.如影响情况,对表5总体排放数据进行归一化处理(表中果作为发电的原料,即考虑总体生物量,生产单位电能每列数据除以该列中的最大数据),作图3对环境的影响如图4所示,显示当以产出单位电能来衡图3显示,作为燃料乙醇的原料,玉米秸秆原料生量3种生物质对环境的影响时,玉米秸秆的5种环境指产排放量最少,在5种环境影响指标中潜值最小;木薯标影响潜值更小,优势更加明显.原料生产对温室效应、大气酸化、光化学烟雾和人体毒assava a SorghumZZa om stalk B Cassava SOrghum三三口三三0.200正Acid图3三种生物质排放量对各种环境指标影响的当量比较图4三种生物质排放量对各种环境指标影响的当量比较(燃料乙醇生产)(电能生产)Fig 3 Comparison of the three feedstocks in a variety ofFig 4 Comparison of the three feedstocks in a variety ofenvironmental potential impact( fuel ethanol production)environmental potential impact(electricity generation)表6三种生物质燃料耗水量Table 6 Water consumption of the three feedstocksElectric energy output(m/GD)water reqtIrigation water Water requirem8052Sorghum34耗水量分析粲生物质分配比率的变动几乎不改变其与木薯的分析由表6可看出,玉米秸秆耗水量远小于木薯和甜高结果,因此,本工作不再讨论甜高粱生物质分配比率对粱,仅为8m3GJE和3m3GJEe原因在于玉米能在分析结果的影响但玉米秸秆作为玉米作物的废弃物干旱环境生长,且玉米秸秆所占生物质分配比率低.根其生物质分配比率低,且受市场价值波动影响明显.所据玉米秸秆耗水量,以目前我国纤维素质燃料乙醇研究以分析玉米秸秆生物质分配比率变动对分析结果的影现状,可算出汽车行驶耗水31Lkm,远低于118L/km响十分必要.图5显示了当玉米秸秆分配比率从65%升的美国玉米乙醇耗水量.随着淡水资源紧缺加剧,开到50%时,其土地使用率和能耗的变化情况玉米秸秆发低水耗的玉米秸秆生物质能的优势会更加明显.甜高价格上升导致其分配比率升高,当其分配比率升高到粱是3种生物质中耗水量最大的,为258m/GJE和13715%附近时,玉米秸秆原料生产能耗相比于甜高粱不再m3GJE,从灌溉水量上看,玉米秸秆所需灌溉水与雨占有优势;当其分配比率达20%附近时,玉米秸秆土地水比最大,说明玉米种植区的水源主要来自灌溉水;木使用率相比于甜高粱和木薯不再占有优势;当其分配比薯生长在南方,虽需水量大,但其中很大比例来自雨水,率升高到30%40%时,其生产能耗相比于木薯不再占所需灌溉水少.从耗水量角度来看,玉米秸秆具有明显有优势优势,甜高粱耗水量最大,不是好的节水生物质能原料图6以产出乙醇为基准,给出分配比率变化对5种35玉米秸秆分配比率对分析结果的影响环境指标影响潜值分析结果的情况.玉米秸秆分配比率生物质分配比率是用市场价值法确定的,但市场价在6格是波动的,当秸秆有很好的商业用途时,其价格就会境影中国煤化工物质原料在5种环结果;当玉米秸秆升由于甜高梁作物主要产出甜高粱秆,且甜高粱秆分配出CNMHG其在3种生物质中的分配比率大,所以受市场价格变动影响较小;且甜高仍具有相当的优势48过程工程学报H Com staSorghum0Distribution ratio(%)Distribution ratio (图5分配比率对土地使用率和能耗的影响Fig 5 Effect of distribution ratio on land utilization and energy consumptionCom sta1600}(bCassavaDistribution ratio (%Distribution ratio(%)Com stalk14080102030405010203040502030Distribution ratio (%)图6分配比率对环境指标潜值的影响Fig 6 Effect of distribution ratio on environmental potential value玉米秸秆分配比率从65%升高到15%,相当于自m3GJ,仍小于木薯的125m3/G(E)和甜高粲的258身向上波动231%;从65%升高到20%,相当于自身向m3G(E)上波动308%;从65%升高到30%,相当于自身向上波动462%在一定的时间范围内,基于市场价值计算的4结论玉米秸秆分配比率不会有这样大的波动,所以玉米秸秆(1)在生物质原料生产燃料乙醇过程的评价分析中作为燃料乙醇原料,在土地使用率、能耗和环境影响分引入山而面如合理地分析比较了我析中仍有很大优势国非中国煤化工甜高粱在生产燃料玉米秸秆在水耗方面占有绝对优势,即使其分配比乙醇CNMHG计算采用市场价值率达100%,生产单位乙醇能的水耗量也只有123法,玉米秸秆生物质分配比率为65%,甜高粱为75.0%第3期孔德柱等:燃料乙醇生产用生物原料的土地使用、能耗环境影响和水耗分析459木薯为100%Greenhouse Gas, and Environmental Life Cycle Perspective p](2)无论是产出乙醇能还是电能,玉米秸秆土地使用Jourmal of Cleaner Production, 2007, 15(7): 607-619率最高,为56340GJha(E)和1497.75GJha(E),能耗[12]Shapouri H, Duffield J A, Graboski M S. Estimating the Net EnergyBalance of Corm EthanoAgricultural Economic Report,最低,为268MJGE和853MJGJ(E),环境排放1995-07量最少,耗水量最少,为8m3GJ(Ea)和3m3G(E1),[13] Gerbens-Leenes W, Hoekstra A Y, Van der Meer T H. The Water是最有开发前景的生物质原料Footprint of Bioenergy []. Proceedings of the National Academy of(3)甜高粱土地使用率为178.05GJ/haEa)和334.2Sciences,2009,106(25):1021910223[14]邢爱华,刘罡,王垚,等.生物质资源收集过程成本、能耗及环GJha(E1),大于木薯的160.20GJha(E)和250.05GJha境影响分析门过程工程学报,2008,8(2):305-311(E):甜高粱原料生产总能耗为4556MJG(E)和24,2715] Wang M Q GREET15- Transportation Fuel-cycle ModelMJGJ(Ek),小于木薯的10064MJGJ(E出)和6447MJGJ1. Methodology, Development, Use, and Results [R].(E):在5种环境指标中,甜高粱的温室效应、大气酸Argonne National Laboratory, 1999-08化、光化学烟雾和人体毒性4种潜能值低于木薯,而生2. Methodology, Development, Use, and Results [R]. Argonne:态毒性的潜能值略髙于木薯;但甜高粱耗水量为258Argonne National Laboratory, 1999-08.mGJ(Ea)和137mGJE,明显高于木薯的125 /GJ 7 Heijungs R. Guinee J B, Huppes G et al. Environmental Life CycleAssessment of Products [R. Leiden: Centre of Environmental(E)和80m/GJ(E),且甜高粲大部分水来自灌溉水,这是发展甜高粱的主要问题所在[18] Dessouky M, Rahimi M, Weidner M. Jointly Optimizing Cost,(4)玉米秸秆作为燃料乙醇原料的优势主要体现在其生物质分配比率极低(65%),随市场变动幅度大,会Transit Scheduling []. Transportation Research Part D: Transport andEnvironment2003,8(6):433-465对分析结果产生一定影响,但当相对于其自身向上波动[19岳国君,武国庆,郝小明我国燃料乙醇生产技术的现状与展望小于231%时,玉米秸秆原料相比于甜高粱和木薯仍保门化学进展,2007,19(7):10841090.持绝对的优势20]张艳丽,高新星,王爱华,等我国生物质燃料乙醇示范工程的全生命周期评价[可再生能源,2009,27(6):63-68参考文献:[2l]张君.青贮饲料的调制技术[饲草饲料,2005,7):26.1]于航,周林,袁鹏中国燃料乙醇产业发展概况[粮食与食品(22赵四申,张西群,贾素梅.玉米秸秆整株还田对小麦生长发育及工业2009,16(4):34-37产量的影响门中国生态农业学报,2003,11(1):144-146.2]钱伯章,朱建芳,纤维素乙醇发展前景和我国进展门化学工业[23]官丽莉周小勇,罗艳我国植物热值研究综述生态学,2002009,27(10):13-1624(4):452-457[3]FeiⅸxE, Tilley DR Integrated Energy, Environmental and Financial[24黎大爵.开发甜高梁产业,解决能源、粮食安全及三农问题Analysis of Ethanol Production from Cellulosic Switchgrass [中国农业科技导报,2004,6(5)55-58nergy,2009,34(4:410436[25]骆伟峰,王红林,陈砺,等.下吸式固定床气化木薯茎秆试验研[4]张治山,袁希钢,玉米燃料乙醇生命周期净能量分析[环境科究卩广东化工,2008,35(6):13-16学,2006,27(3:437-41阿刘新跃,引进国外大功率拖拉机配套机具使用分析门新疆农5]张成代用燃料的生命周期3E评价及可持续设计[D]上海:上机化,2001,(3):15-17海交通大学,2003.81-83[27] De Fraiture C, Giordano M, Liao Y. Biofuels and Implications for[6] Yang H, Zhou Y, Liu J. Land and Water Requirements of Biofuel andAgricultural Water Use: Blue Impacts of Green Energy U]. WaterImplications for Food Supply and the Environment in China U]Policy,2008,(10):67-81.Energy policy,2009,37(5):1876-1885.[28]卢树昌,臧风艳,刘惠芬,等.北方潮土区肥料定位试验下最佳[7] Dominguez- Faus R, Powers S E, Burken J G et al. The Water配方研究天津农学院学报,2003,10(1):1-5.FootprintofBiofuels:ADrinkorDriveIssue?Environ.Si.[29]中国农业分析报告R]中国经济信息网www.ce1.gov.cnTechnol,2009,43(9)3005-30102009-l18]YS,TaoJ. Energy Efficiency Assessment by Life Cycle Simulation[30]王峰.甜高粱制取燃料乙醇产业初步分析[酿酒,2009,36(3of Cassava-based Fuel Ethanol for Automotive Use in ChineseGuangxi Context []. Energy, 2009, 34(1): 22-31[31]涂振东,王钊英,傅力甜高粲秸秆燃料乙醇产业化问题与对策[9] Graham R L, Nelson R, Sheehan J, et al. Current and Potential U.S的探讨可再生能源,2009,27(4:106-108Corn Stover Supplies [J]. Agronomy Journal, 2007, 99(1): 1-1132]黄洁,林雄,李开绵,等.木薯施肥效应研究门广西热作科技[10] Sheehan J, Aden A, Paustian K, et al. Energy and Environmental2003,3Aspects of Using Com Stover for Fuel Ethanol [ Joumal of [33]A中国煤化工饲用杂交甜高梁生长发Industrial Ecology, 2003, 7(3/4): 117-146YHCNMHG大学学报,2006,183[ll] Von Blottmitz H, Curran M A. A Review of Assessments Conductedon Bio-ethanol as a Transportation Fuel from a Net Energy,过程工程学报第I1卷Analysis of Land Utilization, Energy Consumption, Environmental Effect andWater Consumption in Production of Fuel Ethanol with BiomassKONG De-hu2, WANG Yu-chun, SUN Jian"2, YUAN Xiao-fan, WANG Xiao-dong, XIAO Jie, ZHAO Bing'(I National Key Lab. Biochem. Eng, Institute of Process Engineering. Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China2. Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, ChinAbstract: By introducing the distribution ratio of feedstock, com stalk, cassava and sorghum are analyzed in the four aspects of landutilization ratio, energy consumption, environmental gas emission and water consumption, and the reliable data obtained. The resultsshow that com stalk has the most promising prospect as the feedstock for production of fuel ethanol, its land utilization ratio is up to563. 40 GJ/ha(ethanol energy), whereas energy consumption is only 22.68 MJ/GJ(ethanol energy ) its environmental impact is the mostminimal among the three and water consumption is only 8 m/GJ(ethanol energy). When viewed as a whole, sweet sorghum is betterthan cassava. But its water consumption is too large to be utilized for a long-term development.Key words: biomass; land utilization ratio; energy; gas emission; water consumption; ethanol中国煤化工CNMHG