甘蔗糖業(yè)2007年第2期 Sugarcane and Canesugar200年4月甘蔗——一車用乙醇產(chǎn)業(yè)首選的原料作物譚顯平1張讓琴2(1四川省制糖糖料工業(yè)研究所,四川資中641200;2四川省農(nóng)業(yè)廳經(jīng)作處,成都6410041)摘要本文對甘蔗與其他能源作物的發(fā)酵成分、經(jīng)濟產(chǎn)量、單位面積的車用乙醇產(chǎn)量、成本和效益等進行了深人全面的分析,結(jié)果指出:甘蔗的發(fā)酵成分更易轉(zhuǎn)化成乙醇,經(jīng)濟產(chǎn)量比其他能源作物高3~8倍單位面積的車用乙醇的產(chǎn)量是其他能源作物的3~7倍,生產(chǎn)等量車用乙醇需要的土地是其他能源作物的1/15-1/3,原料成本比其他能源作物都低,經(jīng)濟效益比其他能源作物都高,公頃經(jīng)濟效益是其他能源作物的4~40倍,所以,甘蔗是車用乙醇產(chǎn)業(yè)首選的原料作物關(guān)鍵詞車用乙醇;莖稈作物;塊根(莖)作物;籽實作物;成本;效益終結(jié)者田0前言車用乙醇原料作物常見的有高粱、玉米、甘薯、木薯等,而實際上車用乙醇原料作物有很多我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護要求我們種,根據(jù)其可發(fā)酵成分的不同,可分為淀粉類作要減少對一次性能源的開發(fā)和利用,增加對新能物和糖類作物34";根據(jù)各作物的主要收獲物則源和可再生能源的開發(fā)利用,1999年,國家發(fā)又分為莖稈作物、塊根(莖)作物和籽實作物布了《中國新能源與可再生能源1999年白皮可發(fā)酵成分儲存在籽實中的作物為籽實作物如玉書》,進一步強調(diào)了新能源與可再生能源的戰(zhàn)略米、小麥、水稻等;可發(fā)酵成分儲存于莖稈中的意義12003年6月,全國人大把制訂《中華作物為莖稈作物如甘蔗、甜高粱莖稈等;可發(fā)酵人民共和國可再生能源促進法》列人了五年立法成分儲存于塊根(莖)中的作物為塊根作物如甘規(guī)劃和203年立法規(guī)劃,204年8月《中華薯、馬鈴薯、木薯和甜菜等。莖稈作物中甘蔗的人民共和國可再生能源法(草案,征求意見稿)》可發(fā)酵成分及其含量多少、經(jīng)濟產(chǎn)量高低、車用形成,同年12月27日全國人大十屆十三次會議乙醇產(chǎn)率和產(chǎn)量如何、生產(chǎn)等量車用乙醇需要多審議了這部法律,2005年2月28日十屆全國人少土地、原料成本和經(jīng)濟效益如何及其與其他能大十四次會議表決通過了《中華人民共和國可再源作物比有何優(yōu)勢等還未見有報道。本文將對甘生能源法(草案)》,2006年1月1日正式實施,蔗的上述問題進行探討,供同行及有關(guān)部門參用能源作物生產(chǎn)車用乙醇是解決我國能源緊考缺矛盾的主要途徑之一,所以,車用乙醇產(chǎn)業(yè)是一個新興的產(chǎn)業(yè)該產(chǎn)業(yè)不僅能促進農(nóng)業(yè)發(fā)展,1甘蔗的發(fā)酵成分更易轉(zhuǎn)化成乙醇增加農(nóng)民收入,而且能促進工業(yè)和運輸業(yè)發(fā)展增加就業(yè)崗位,還能為解決我國能源緊缺矛盾作1.1甘蔗的發(fā)酵成分及含量出貢獻,所以,車用乙醇生產(chǎn)是可再生能源中帶籽實作物的可發(fā)酵成分都是淀粉[51(表動產(chǎn)業(yè)最多、投資最少的新型能源產(chǎn)業(yè),車用乙1),不同的籽實作物的淀粉含量不同:水稻的最醇是可在土地上反復(fù)種植的能源,也是原料種類高,達70%-75%,高粱的最低,只有9%最多、原料產(chǎn)量最大的一種能源,是汽油的真正68%。塊根(莖)作物的可發(fā)酵成分主要是淀粉譚顯平等:甘蔗一一車用乙醇產(chǎn)業(yè)首選的原料作物(甜菜除外),其含量因作物而異:木薯最高,比其他莖稈能源作物低1.2%-2.0%,甘蔗中,為22%-28%,鮮馬鈴薯的最低,只有12%~糖料甘蔗的蔗糖含量最高,平均達13%-16%25%,甘蔗的可發(fā)酵成分與其他莖稈能源作物一還含有0.2%-1.5%的單糖;能源甘蔗的蔗糖樣,都是蔗糖、葡萄糖和果糖(表1),其中蔗含量居中,平均12%-15%,其單糖為0.5%糖的含量最高,一般在12%-16%之間,最高2.0%;水果甘蔗的蔗糖含量為10%-13%,單超過17%,比其他莖稈能源作物高;而葡萄糖糖含量為0.8%-2.5%·甜高粱的可發(fā)酵成分和果糖(二者都是單糖,統(tǒng)稱還原糖)的含量則含量最低,蔗糖含量只有11%-13%,單糖含較低,最高不超過3%,最低的僅0.2%(表1),量為2.0%-4.5%表1車用乙醇原料作物中可發(fā)酵成分及其含量1作物名稱主要收獲物主要可發(fā)酵成分、含量及位次次要可發(fā)酵成分,含量及位次發(fā)酵成分含量(%)位次發(fā)酵成分含量(%)位次甘蔗桿蔗糖單糖0.2-2.5甜高粱籽粒淀粉甜高粱莖稈蔗糖單糖玉米、水稻,小麥籽粒淀粉甘薯、馬鈴薯、木薯塊根(莖)淀粉12-28單糖0.03-3.52甜菜蔗糖14-164單糖0.13-0.151.2甘蔗的可發(fā)酵成分容易轉(zhuǎn)化成乙醇成分比籽實作物和塊根(莖)作物(甜菜除外)蔗莖中的可發(fā)酵成分經(jīng)過壓榨等工藝過程被的發(fā)酵成分更易轉(zhuǎn)化成乙醇提取出來后,經(jīng)過稀釋處理和添加營養(yǎng)鹽后即可用于酒精發(fā)酵.其中的單糖通過擴散作用進人酵2甘蔗的光能利用率和經(jīng)濟產(chǎn)量母菌細胞體內(nèi),在酵母體內(nèi)酒化酶系的作用下發(fā)最高酵生成乙醇和二氧化碳3CH O-MfEM+2C H, OH+2CO, t2.1甘蔗的光能利用率很高而蔗糖要轉(zhuǎn)化成乙醇則需先將其轉(zhuǎn)化成葡萄甘蔗是c4作物,其CO2補償點低:在5ppr糖和果糖,即酵母菌先將體內(nèi)的轉(zhuǎn)化酶(蔗糖酶)以下,僅為水稻(80ppm)的1/16;甘蔗的光呼通過擴散作用分泌到細胞體外,再將發(fā)酵液中的吸極低:不到水稻的1/50;甘蔗的光飽和點高:蔗糖進行水解,進而轉(zhuǎn)化成葡萄糖和果糖(超過1000001x,是水稻(400001x)的2.5倍,C,H,O, +H,-, CH, O,+CH, O是小麥(20000-30001x)的35倍B,1而淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)車用乙醇的工藝過程則比在自然光照條件下,甘蔗基本上不會出現(xiàn)光飽和糖質(zhì)原料生產(chǎn)車用乙醇的工藝過程復(fù)雜:淀粉質(zhì)現(xiàn)象。所以甘蔗能充分利用夏季強烈的陽光;甘原料要先經(jīng)粉碎后,再進行蒸煮,使植物組織和蔗的光補償點低,一般為5177-18411x,比小細胞破裂,原料內(nèi)的淀粉由顆粒狀變成溶解狀態(tài)麥、水稻等C3作物的700~20001x低的糊液,然后經(jīng)糖化過程,將淀粉轉(zhuǎn)變成可發(fā)酵故甘蔗又能利用秋冬季節(jié)較弱的陽光;所以,甘的糖,再用酵母菌進行發(fā)酵,最后得到酒精:蔗的光能利用率遠較C3作物高,達2%~3%,(CH12O2)+nH1Q→nCH12O+nC2H2O1而能源甘蔗的光能利用率更高,達6%以上,是化酶,2nC,HOH+2nCO,↑C3作物的5~10倍1,1淀粉轉(zhuǎn)變成可發(fā)酵糖前的蒸煮和糖化等工藝2.2甘蔗的經(jīng)濟產(chǎn)量最高過程是糖質(zhì)原料所不需要的。所以,甘蔗的發(fā)酵由于甘蔗的光能利用率很高,其凈光合強度甘蔗糖業(yè)2007年第2期 Sugarcane and Canesugar也高,一般達34.44~86.40C02mg/dm2,h1314,分及纖維分等,其比重大(為1g/cm3).所以,平均達52C02mng/dm2·h,比C3作物的5-20C02甘蔗的經(jīng)濟產(chǎn)量很高,最低的糖料甘蔗的單產(chǎn)也ng/dm2·h高3~10倍.故甘蔗的光合產(chǎn)量高,達75000-105000kg/hm2(表2),這一單產(chǎn)是生產(chǎn)的光合產(chǎn)物多,因而用于甘蔗生長和積累的籽實作物的12~20倍,是塊根(莖)作物的3干物質(zhì)也多。所以甘蔗的莖稈發(fā)達,莖徑一般6倍;高的能源甘蔗一般達150000-300002.5-3.0cm,最大的超過4.0cm,最小的也在kg/hm2,是籽實作物的20-80倍,是塊根(莖)2.0cm以上,比籽實作物和塊根(莖)作物的作物經(jīng)濟產(chǎn)量的6~8倍.其最高的經(jīng)濟產(chǎn)量則都大;其株高一般250~300cm,高的超過400高達420000kg/hm21,是籽實作物最高單產(chǎn)的c皿,矮的也在200cm以上,遠較籽實作物和塊35~50倍,是塊根(莖)作物最高經(jīng)濟產(chǎn)量的4根(莖)作物高.而且蔗莖實心,富含水分和糖6倍。所以,能源作物中甘蔗的經(jīng)濟產(chǎn)量最高表2車用乙醇原料作物的平均經(jīng)濟產(chǎn)量和最高經(jīng)濟產(chǎn)量1及位次平均經(jīng)濟產(chǎn)量最高經(jīng)濟產(chǎn)量作物名稱單產(chǎn)(kg/hm2)位次單產(chǎn)(kg/hm2)位次甘蔗75000~105000180000~420000甜高粱籽粒3750~5250甜高粱莖稈玉米、水稻、小麥3750~90008250~1200甘薯、馬鈴薯、木薯22500-375006750-96000甜菜30000-4500090000積土地的車用乙醇產(chǎn)量一般達5403.003單位面積土地甘蔗的車用乙醇27456.00kg/m(表3,是塊根(莖)作物的車產(chǎn)量最高用乙醇產(chǎn)量1840.97-6211.18kg/hm2的3~5倍,是籽實作物車用乙醇單產(chǎn)1257.14~3835.35雖然籽實作物的可發(fā)酵成分含量最高,單位kg/hm2的4~7倍,其最高車用乙醇單產(chǎn)高達重量的車用乙醇產(chǎn)量最高,但由于籽實作物的經(jīng)28261.80-38438.40kg/hm2,是塊根(莖)作濟產(chǎn)量最低,只有莖稈作物的1/30-1/22,是物車用乙醇單產(chǎn)的6~10倍,是籽實作物車用乙塊根(莖)作物的1/12~1/9,故其單位面積的醇最高單產(chǎn)的10-20倍.所以,能源作物中,車用乙醇產(chǎn)量最低(表3).塊根(莖)作物的甘蔗單位面積土地的車用乙產(chǎn)量最高可發(fā)酵成分和單位重量的車用乙醇產(chǎn)量都居中,其經(jīng)濟產(chǎn)量也居中,故其單位面積的車用乙醇產(chǎn)4生產(chǎn)等量車用乙醇甘蔗所需的量也比籽實作物的高,但都比莖桿作物的低(表土地最少3).莖稈作物中,甘蔗發(fā)酵成分的含量比籽實作物和塊根(莖)作物都低(甜菜除外),其單位用籽實作物原料生產(chǎn)1t車用乙醇只需重量的車用乙醇產(chǎn)量最低,但由于甘蔗的經(jīng)濟產(chǎn)2347-2983kg,但由于籽實作物的經(jīng)濟產(chǎn)量很量特別高,最低的糖料甘蔗的單產(chǎn)是籽實作物的低,最低的僅3750kg/hm2,高的也僅90010-20倍,是塊根(莖)作物的3~6倍,最高kg/hm2,故生產(chǎn)1t車用乙醇的籽實作物原料所的能源甘蔗的單產(chǎn)是籽實作物的20~80倍,是需的土地為0.5682-0.6901hm2(表4).用塊塊根(莖)作物的6~8倍.所以,甘蔗單位面根(莖)作物原料生產(chǎn)1t車用乙醇需要6004譚顯平等:甘蔗一一車用乙醇產(chǎn)業(yè)首選的原料作物14667kg(表3),但塊根(莖)作物的單產(chǎn)較高,用乙醇所需莖稈原料的22.6倍,故甘蔗生產(chǎn)1最低的也有22500kg/hm2,最高單產(chǎn)達4500車用乙醇所需的土地最少:能源甘蔗為0.09911kg/hm2,故生產(chǎn)1t車用乙醇所需的塊根(莖)0.0364hm2,水果甘蔗為0.1039-0.1182hm2作物原料,需用土地0.2133-0.3911hm2(表4).糖料甘蔗為0.1314~0.142lhm2,僅是塊根(莖)用甘蔗生產(chǎn)1t車用乙醇需要蔗莖10661-17734作物生產(chǎn)1t車用乙醇所需土地面積的1/8kg,是各種能源作物中原料用量最多的,但由于1/3,是籽實作物生產(chǎn)1t車用乙醇所需土地面甘蔗的經(jīng)濟產(chǎn)量特別高,最低的也有75000積的1/15-1/8.所以,能源作物中,生產(chǎn)等量kg/hm2,是生產(chǎn)1t車用乙醇所需莖稈原料的4~車用乙醇原料甘蔗所需的土地最少7倍;最高的達4200000kg/hm2,是生產(chǎn)1t車表3單位面積土地上的原料所產(chǎn)車用乙醇的重量及其位次作物名稱主要可發(fā)酵成分產(chǎn)車用乙醉重量次要可發(fā)酵成分產(chǎn)車用乙醉重量公頃原料產(chǎn)車用乙醇總量位次(k(kg甘蔗5325.75-24225.5077.25-3231.005403.00-27456.00甜高粱籽粒1257.14~2028.471257.14~2028.47甜高粱莖稈2220.38-3673.95383.55-1208.182603.93-4882.13玉米、大米、小麥1384.99-3835.351257.14-3835.3甘薯、木薯、馬鈴薯1840.97-5966.10287.66-671.211840.97~6211.18甜菜2260.86-3875.7619.95-34.522280.81-3910.28表4不同原料作物生產(chǎn)1t車用乙醇所需土地面積作物名稱噸車用乙醇所需原料量公頃土地產(chǎn)原料重量噸車用乙醇所需土地面積(kg/t)kg/hm2)(hm/t)甘蔗10661~177340.0991-0.1421甜高粱籽粒2588-29833750~5250.5682-0.6901甜高粱莖稈10754~1440137500-525000.2743-0.2868玉米、大米,小麥2514-28393750~90000.2793-0.6704甘薯、馬鈴薯、木薯6004~1466722500-375000.2133-0.3911甜菜11507~1315430000~450000.2923~0.3836作物的2倍。塊根(莖)作物生產(chǎn)1t車用乙醇5甘蔗生產(chǎn)車用乙醇的原料成本耗用的原料數(shù)量大于籽實作物而小于莖稈作物,最低其售價低于籽實作物,比莖稈作物高100-170元/t,故其噸車用乙醇耗用的原料成本較低,比雖然籽實作物生產(chǎn)1t車用乙醇耗用的原料籽實作物的最低原料成本還低50%以上;其最最少,但由于籽實作物的售價最高:高粱價格為高原料成本比莖稈作物高60%以上,故其生產(chǎn)1400-1600元/t,玉米售價為1400-1500元/t,車用乙醇的原料成本較高(表5).甘蔗價格比大米和小麥的市價為1500~1700元/t,所以,籽實作物低約90%,比塊根(莖)作物低40%籽實作物生產(chǎn)等量車用乙醇的原料成本最高(表·50%,故甘蔗生產(chǎn)1t車用乙醇的原料成本只有5),最低的也達3500元/t以上,最高達4772.801702.70-3889.83元(表5),不僅比籽實作物元/t,是莖稈作物的1.5~2.0,是塊根(莖)原料低約13%~53%,而且比塊根(莖)作物甘蔗糖業(yè)2007年第2e and canesugar低2%~8%.所以,能源作物中,生產(chǎn)車用乙生產(chǎn)車用乙醇的經(jīng)濟效益不僅比籽實作物明顯地醇的原料成本最低的是甘蔗高,而且有的接近于莖稈作物。而甘蔗生產(chǎn)1t車用乙醇的原料成本平均只有1702.70-3889.836甘蔗生產(chǎn)車用乙醇的經(jīng)濟效益元/t,比塊根(莖)作物低9619.18元/t最高故甘蔗生產(chǎn)車用乙醇的經(jīng)濟效益最高:能源甘蔗生產(chǎn)1t車用乙醇的效益高達2361.10~3325.02市場上車用乙醇的售價一般是相同的,所元,公頃效益為17792~109752元,名列各種能以,在生產(chǎn)成本接近的情況下,其經(jīng)濟效益與原源作物之首;水果甘蔗生產(chǎn)1t車用乙醇的經(jīng)濟料成本低呈負(fù)相關(guān)。籽實作物生產(chǎn)車用乙醇的原效益為1566.50-2129.95元,公頃效益為9067料成本高達3608.58~447.18元/t,既高于塊49689元,名列第2;糖料甘蔗生產(chǎn)1t車用乙根(莖)作物,也高于莖稈作物,故其經(jīng)濟效益醇的效益為2400.85-3465.06元,公頃效益為最低,如小麥其經(jīng)濟效益僅229.00-1396.40元10362-41427元,名列第3。所以,用甘蔗作原/t(表6),公頃效益還出現(xiàn)了負(fù)值,為-85.00~料生產(chǎn)車用乙醇的效益最高3603.00元,是產(chǎn)生負(fù)效益的作物之一。塊根(莖)作物生產(chǎn)1t車用乙醇的原料成本平均達7甘蔗應(yīng)是車用乙醇產(chǎn)業(yè)首選的186.98-398.49元/t,比莖稈作物原料成本原料作物高159.28-1416.91元/t,比籽實作物生產(chǎn)車用乙醇的原料成本低514.59-1748.98元/t,故其雖然甘蔗的可發(fā)酵成分含量低、噸車用乙醇表5生產(chǎn)1t車用乙醇的原料成本作物名稱價格(元/t)噸車用乙醇耗原料量噸車用乙醇原料成本(kg/t)噸成本(元/t)位次甘蔗150~25010661~177341599,15~4433.50甜高粱籽粒1400~16002588~29833623.20-4772,80甜高粱莖稈10754-144011613.10-3600.23玉米、大米、小麥1400~17002347-25143519.60-4603.60甘薯、木薯、馬鈴薯6004~146671501.00-5133.45甜菜200~3002301.40-3946.20表6不同原料生產(chǎn)車用乙醇的經(jīng)濟效益作物名稱車用乙醇價格原料成本噸車用乙醇效益及位次公頃效益及位次(元/t)(元/t)噸效益(元/t)位次公頃效益(元/hm2)位次甘蔗4000~60001599.15-4433.501566.50~2479.29067-897361甜高粱籽粒4000~60003623.20-4772.80376.80~1227.206-221-3771甜高粱莖稈4000-60001613.10-3600.232386.90-2399.7724791-16168玉米、大米、小麥4000-60003519.60-4603.60229.00-11396.405-9-79785甘薯、馬鈴薯、木薯4000-60001501.00~5133.452114.50-2800.00614~24141甜菜4000~60002301.40~3946.201699.60~2053.803123-9962產(chǎn)量最低,但由于其單位面積經(jīng)濟產(chǎn)量最高、單淀粉更易轉(zhuǎn)化成乙醇、原料價格最低、噸車用乙位面積土地上生產(chǎn)的原料生產(chǎn)車用乙醇的產(chǎn)量最醇的原料成本最低,獲得的經(jīng)濟效益最高。特別高、可發(fā)酵成分較籽實作物和塊根(莖)作物的是用甘蔗生產(chǎn)等量車用乙醇所需的土地最少,在平等:甘蔗一一車用乙醇產(chǎn)業(yè)首選的原料作物相同面積的土地上,生產(chǎn)甘蔗原料所產(chǎn)的車用乙[8]莫家讓,周承圣.甘蔗栽培育種的生理醇是生產(chǎn)塊根(莖)作物的3~5倍,是耔實作基礎(chǔ)[M].福州:福建科學(xué)技術(shù)出版社,1984,1-8物的4-7倍.所以,甘蔗應(yīng)是車用乙醇產(chǎn)業(yè)首9]劉曉松.全國農(nóng)牧漁業(yè)科技超過選編M選的原料作物北京:中國農(nóng)業(yè)科技出版社,2002,215-218參考文獻[]北京中作物科技中心“十五”計劃作物宋莉,周瑞華.2005能源中國.2005-改良推廣?？痆M].北京:中國農(nóng)村科技雜志社,12-27(10).2005,337-379[2]李彬.乙醇燃料:汽油的真正終結(jié)者[N[11余本水.中國種植科技成果指南[M].北科技日報,2006-2-28(12)京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2004,243-2653]秦耀宗.酒精工藝學(xué)[M,北京:中國輕[1]輕工業(yè)部甘蔗糖業(yè)科學(xué)研究所,廣東省工業(yè)出版社,2003,27-29農(nóng)業(yè)科學(xué)院.中國甘蔗栽培學(xué)[M].北京:農(nóng)業(yè)[4]韓錦峰,曹成舟.農(nóng)作物體內(nèi)的化學(xué)[M出版社.1985,62-63.鄭州:河南人民出版社出版,1981,57[13]譚顯平.能源甘蔗—生產(chǎn)燃料酒精的5]尹秀波,韓非,蘇玉國.甘薯優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)最佳原料[].甘蔗,2004(2)30-32栽培技術(shù)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2005,6[14]蘇廣達,葉振邦,吳伯全,等.甘蔗栽6]董一忱.甜菜農(nóng)業(yè)生物學(xué)].北京:北培生物學(xué)[M].北京:輕工業(yè)出版社,1983,京出版社.1984,8-16.171-216.[]董一忱.甜菜栽培[M.北京:農(nóng)業(yè)出版[1】]鄧紹同.現(xiàn)代甘蔗生產(chǎn)與科技M].廣社,1982,15-20州:廣東科技科技出版社,1991,71-7Cane is the First-Choice Crop for Raw Material to ProduceAutomobile alcoholTAN Xian-ping(Research Institute of Sugar Crops in Sichuan Province, Sichuan 641200)ZHANG Rang-qin(Economic Crops Office of the Agriculture Department in Sichuan Province, Sichuan 610041)Abstract This paper analyzed the fermentable compositions, economic yield, automobile alcohol output per unitarea,cost and effect etc. for cane with other energy crops. The fermentable compositions of canes can be easilytransformed into alcohol, and the economic yield is 3-8 times of other energy crops, the automobile alcohol outputper unit area is 3-7 times of other energy crops. The land use is one-fifteen to one third of other energy crops forequal quantity Automobile alcohol. The cost of material is 50% lower than other energy crops, the economiceffect is 20%-90% higher than other energy crops for per tonnage automobile alcohol, economic effect per hectareis 10-175 times of other energy crops. According to this paper, cane is the first choice for materials to produceautomobile alcoholKeywords Cane; Automobile alcohol; Economic yield; Cost; Economic effect(本篇責(zé)任編校:李金玉)23