基本介紹
- 中文名：能源植物
- 外文名：《energy plant》
- 別稱：石油植物，能源樹
- 種類：林木、森林，藻類、水生植物
- 生產技術：化學法，生物酶法，超臨界法
- 用途：代替煤，石油，天然氣等可燃物。
- 優點：綠色，可持續發展。
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能源植物
英語：Energy Plants
林業能源方面，培植生長快、光合作用效率高、繁殖力強的樹木在國外已受到重視。中國林業科學研究院試驗研究，列出60餘種能源植物。森林能源的利用方法有兩種：通過乾餾來提取煤氣、焦油和炭；直接進行燃燒，石油植物也是開闢的一個新領域。
石油是不可再生的能源，故它的枯竭是不可避免的，必然的。所以許多國家都在進行替代能源的研究，能源植物的研究便應運而生了。美國的諾貝爾獎獲得者卡爾教授，早在1984年就開發出首個人工石油植物，得到每公頃120-140桶原油的收成。美國現已種植石油植物達幾百萬畝之多，英國也開發了150萬畝，而瑞士更制訂計畫利用植物石油取代全國半數石油消耗量。
歐洲和北美也大量種植多年生草本植物，作為燃料發電，如象草就是這樣一種植物。英國還查明，草原網草，大網茅和高沙草等植物的生長速度快，是種植的重要能源植物。還有大戟（jì）科的大戟屬，紅雀珊瑚屬和海漆屬，也是理想的燃料植物。
樹海桐，又叫石油果 ，是一種潛在的石油代用品。巴西的香波樹，在樹上挖個洞，油就會流出來。美國的黃鼠草，西海岸的巨型藻，澳大利亞的叢粒藻等也能提煉出石油來。
酸角樹石油能源
續隨子、綠玉樹、西谷椰子、西蒙得木、巴西橡膠樹等均屬此類植物。例如巴西橡膠樹分泌的乳汁與石油成分極其相似，不需提煉就可以直接作為柴油使用，每一株樹年產量高達40L。我國海南省特產植物油楠樹的樹幹含有一種類似煤油的淡棕色可燃性油質液體，在樹幹上鑽個洞，就會流出這種液體，也可以直接用作燃料油。
化合物
能源植物
這類植物既是人類食物的重要組成部分,又是工業用途非常廣泛的原料。對富含油脂的能源植物進行加工是製備生物柴油的有效途徑。世界上富含油的植物達萬種以上，我國有近千種，有的含油率很高，如桂北木姜子種子含油率達64.4%，樟科植物黃脈釣樟種子含油率高達67.2%。
這類植物有些種類存儲量很大，如種子含油達15%～25%的蒼耳子廣布華北、東北、西北等地，資源豐富，僅陝西省的年產量就達1.35萬噸。集中分布於內蒙、陝西、甘肅和寧夏的白沙蒿、黑沙蒿，種子含油16%～23%，蘊藏量高達50萬t。水花生、水浮蓮、水葫蘆等一些高等淡水植物也有很大的產油潛力。
薪炭能源
這類植物主要提供薪柴和木炭。如楊柳科、桃金孃科桉屬、銀合歡屬等。世界上較好的薪炭樹種有加拿大楊、義大利楊、美國梧桐等。
我國也發展了一些適合作薪炭的樹種，如紫穗槐、沙棗、旱柳、泡桐等，有的地方種植薪炭林3~5年就見效，平均每公頃薪炭林可產乾柴15t左右。美國種植的芒草可燃性強，收穫後的乾草能利用現有技術輕易製成燃料用於電廠發電。
生產技術
生物柴油
化學法
國際上生產生物柴油主要採用化學法，即在一定溫度下，將動植物油脂與低碳醇在酸或鹼催化作用下，進行酯交 換反應，生成相應的脂肪酸酯，再經洗滌乾燥即得生物柴油。甲醇或乙醇在生產過程中可循環使用，生產設備與一般制油設備相 同，生產過程中副產10%左右的甘油。
但化學法生產工藝複雜，醇必須過量；油脂原料中的水和游離脂肪酸會嚴重影響生物柴油 得率及質量；產品純化複雜，酯化產物難於回收，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。使用酸鹼催化對設備和管線的腐蝕嚴重，而且使用酸鹼催化劑產生大量的廢水，廢鹼（酸）液排放容易對環境造成二次污染等。
高粱
高粱生物酶法
針對化學法生產生物柴油存在的問題，人們開始研究用生物酶法合成生物柴油，即利用脂肪酶進行轉酯化反應，製備相應的脂肪酸甲酯及乙酯。酶法合成生物柴油對設備要求較低，反應條件溫和、醇用量小、無污染排放。需以大豆油為原料，採用固定化酶的工藝，酶用量為 油的30%，甲醇與大豆油摩爾比為12:1，反應溫度40℃，反應10h生物柴油得率為92%。因酶成本高、保存時間短，使得生物酶法製備生物柴油的工業化仍不能普及。此外，還有些問題是制約生物酶法工業化生產 生物柴油的瓶頸，如脂肪酶能夠有效地對長 鏈脂肪醇進行酯化或轉酯化，而對短鏈脂肪醇轉化率較低（如甲醇或乙醇一般僅為40%—60%）；短鏈脂肪醇對酶有一定的毒性，酶易失活；副產物甘油難以回收，不但對產物形成抑制，而且甘油也對酶也有毒性。
超臨界法
油楠即當溫度超過其臨界溫度時，氣態和液態將無法區分，於是物質處於一種施加任何壓力都不會凝聚的流動狀 態。超臨界流體密度接近於液體，粘度接近於氣體，而導熱率和擴散係數則介於氣體和 液體之間，所以能夠並導致提取與反應同時 進行。超臨界法能夠獲得快速的化學反應和很高的轉化率。Kusdiana和Saka發現用 超臨界甲醇的方法可以使油菜籽油在4min 內轉化成生物柴油，轉化率大於95%。但反 應需要高溫高壓，對設備的要求非常嚴格，在大規模生產前還需要大量的研究工作。
乙醇生產
發展前景
隨著越來越多的國家採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使用範圍正在不斷擴大，2007年全球可再生能源發電能力達到了24萬兆瓦，比2004年增加了50%。2007年至少有60多個國家制訂了促進可持續能源發展的相關政策，歐盟已建立了到2020年實現可持續能源占所有能源20%的目標，而中國也確立了到2020年使可再生能源占總能源的比重達到15%的目標。
自2006年1月可再生能源法實施以來，中國可再生能源已經進入快速發展時期。2007年中國可再生能源項目的投資總額已達到120億美元，名列世界第二。2008年11月起陸續公布的4萬億投資計畫中，也毫無懸念地出現了發展新型清潔能源的投資計畫，天然氣、核能、水能已經成為優先發展的目標。
根據中國中長期能源規劃，2020年之前，中國基本上可以依賴常規能源滿足國民經濟發展和人民生活水平提高的能源需要，到2020年全國可再生能源利用總量將相當於6億噸標準煤，對中國能源結構調整，減少溫室氣體排放，保護生態環境將發揮更大作用。
國際
西蒙得木國際上能源植物的研究始於20世紀50年代末60年代初，發展於70 年代，自80 年代以來得到迅速發展。1986 年美國加州大學諾貝爾獎獲得者卡爾文博士在加利福尼亞大面積地成功引種了具有極高開發價值 的續隨子和綠玉樹等樹種，每公頃可收穫120—140桶石油，並作了工業套用的可行性 分析研究，提出營造“石油人工林”，開創了人工種植石油植物的先河。
至此在全球迅速掀起了一股開發研究能源植物的熱潮，許多國家都制定了相應的開發研究計畫。如日本的“陽光計畫”、印度的“綠色能源工程”、美國的“能源農場”和巴西的“酒精能源計畫”等。隨著更多的“柴油樹”、“酒精樹”和“蠟樹” 等植物的發現及栽培技術的不斷成熟，世界各地紛紛建立了“石油植物園”、“能源林場”等，栽種一些產生近似石油燃料的植物。英 國、法國、日本、巴西、俄羅斯等國也相繼開展石油植物的研究與套用，藉助基因工程技術培育新樹種，採用更先進的栽培技術來 提高產量。
（2010年），美國已種植有一百多萬公頃的石油速生林，並建立了三角葉楊、榿木、黑槐、桉樹等石油植物研究基地；菲律賓有1.2 萬公頃的銀合歡樹，6 年後可收1000 萬桶石油；日本則建立了5萬m2 的石油植物試驗場，種植15 萬株石油植物，年產石油100 多桶；瑞士“綠色能源計畫”打算用10年種 植10萬公頃石油植物，解決全國一年50% 石油需求量。泰國利用椰子油製作的汽車燃料加油站在泰國中部巴蜀府開始營業，成為世界上第一個椰子油加油站。巴西是乙醇燃料開發 套用最有特色的國家，實施了世界上規模最大的“乙醇種植”計畫。2004 年，巴西的乙醇產量達146億，乙醇消費量超過 122 億。巴西乙醇產量占世界總產量的 44%，出口量的 66%。美國通過採用基因工程技術。對木質纖維素進行了成功的乙醇轉化。
安德里阿諾夫的研究團隊改變了菸草的基因，使菸葉含油量大幅提高。改造後菸葉可提取的煙油是普通菸葉的21倍。研究人員說，菸草經由基因改造後含油量大幅提高，有望“變身”生物燃料，為解決當前能源危機提供新思路。
中國
巴西橡膠樹中國是“貧油大國”，也是世界能源消費大國。1993年中國由石油淨出口國變為淨進口國，石油進口量逐年上升，對石油進 口依賴度已超過 1/3。中國對能源植物的研究及開發利用起步較晚，與歐美已開發國家 相比還存在很大差距。但中國植物資源豐富，早在1982 年分析了1581 份植物樣品，收集了974 種植物，並編寫成了《中國油脂植物》、《四川油脂植物》，選擇出了一些 高含油量的植物，如烏桕、油楠、四合木、五角楓等。已查明中國油料植物為151 科，697屬，1554 種，種子含油量在40%以上的植物154種。
中國對能源植物的利用雖處於初級階段，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，並已列入國家計畫。“七五”期間，四川省林業科學研究院等單位利用野生小桐子（麻瘋樹的果實）提取生物柴 油獲得了成功；中科院“八五”重點項目“燃 料油植物的研究與套用技術”完成了金沙江流域燃料油植物資源的調查研究，建立了小桐子栽培示範區。湖南省在此期間完成了光 皮樹製取甲脂燃料油的工藝及其燃燒特性 的研究；“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制定的計畫中，優先項目是：對全國綠 色能源植物資源進行普查，為制訂長期研究開發提供科學依據；運用遺傳工程和雜交育 種技術，培育生產迅速、出油率高，更新周期短的新品種；進行能源植物燃料的基礎研 究和開發研究，包括能源植物燃燒特性，提煉工藝及綜合利用和開發。
