生物能源范文

导语：如何才能写好一篇生物能源，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

生物质能源是太阳能以化学能储存在生物中的一种能量形式，它以生物质为载体，具有资源丰富、可再生、环保等优点。通过对生物质材料的开发和加工获得燃气、燃料、电能等各种形式的能源，与风能、太阳能、核能成为新的能源替代路径。随着基础能源的日渐枯竭和环境的日益恶化，开发可再生的生物质新能源成为世界各国的重要战略选择。中国作为一个生物资源丰富的国家，发展生物质新能源的战略意义尤为突出，生物质能源的发展受到国家的高度重视，并已列入国民经济发展的的重要日程中。《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》中明确提出大力发展可再生能源，扩大生物质液体、燃料生产能力，将生物质液体燃料作为“十一五”国家能源战略的重要组成部分。但是，在看到生物质新能源将给人类带来的新机遇的时候，也要清醒的意识到，生物质能源的开发和利用因其本身的特点也会带来一系列的负面效应，如果不能很好的面对这些挑战，长期来看，生物质能源不能处在一个健康和可持续的发展轨道上。所以，认真思考生物质新能源领域中的产生的新的伦理问题也是亟待关注的一个方面。

1生物质新能源开发利用中的伦理关涉问题

1.1生物能源发展与粮食安全问题

生物质能源的主要载体为生物，主要是能源植物。生物质新能源的开发直接或间接的影响到粮食的安全问题。

1.1.1生物新能源所需粮食性原料对粮食安全的威胁

目前各国使用的目前各国发展的第一代生物质能源使用的原料主要是玉米、甘蔗、油料作物。其中美国主要是玉米和大豆油；欧盟则是玉米、小麦、大麦、菜籽油、甜菜和大豆油；巴西为甘蔗和大豆油；加拿大为玉米和小麦；中国和印度为玉米；马来西亚、印度尼西亚为棕榈。而第二代、第三代生物质能源的开发需要对非粮食性生物质能的深度加工利用，这将提高研发的技术难度和开发成本，所以目前的趋势为生物质能源主要以第一代也就是粮食性作物作为生物质能源的来源。这直接对人类的粮食性需要产生影响，特别是对粮食供给的影响。以巴西为例，在水资源丰富和土地资源丰富的地方，还不能凸显这种矛盾，但是一旦这些资源受到很大限制时，人的口粮与新能源的激烈大战就会打响。这里涉及到一个人权的问题，人类的自身生存都不能保证，还谈何能源的利用呢？这个问题在我国的情况可能比较突出，玉米被作为燃料乙醇的最主要来源，需求量持续大幅度增加，加剧了供需缺口。例如2003年我国燃料乙醇年产仅有7万t，近几年一路飙升，至2006年已达到年产100万t。市场上玉米价格猛涨，燃料乙醇生产遇到了与民争食的问题。为了解决13亿人口的吃饭问题，国内可耕土地已经筋疲力尽，玉米被作为燃料乙醇的最主要来源，需求量持续大幅度增加，加剧了供需缺口，如果考虑单纯的玉米的来源，那么我们就只能饿着肚皮开车了。

1.1.2能源种植所需要的土地对粮食安全的威胁

非粮食性能源作物的需要也直接挤压着粮食性作物的耕地使用，非粮食作物的高收益率和能源开发的迫切需要的双重挤压导致了非粮食作物的种植对有限的粮食耕地的使用，这将直接导致粮食供给的短缺。

1.1.3生物新能源开发对粮食安全的间接威胁

生物质能源的开发利用也间接的影响到粮食安全，生物质能源的开发利用将会诱导使用在原有粮食生产领域的资源到新能源的开发过程中来从而对传统的农业功能发生重大转变，使农业的发展不在以传统意义的农产品为主，那么新的农业的发展应该如何适应这种转变？农业之当展的伦理定位何在？与农产品粮食相关联的市场也将会受到生物能源开发的影响，生物质能源开发利用对传统农产品的资源、以及与之关联的农产品的价格的上涨也严重威胁着人类对食用粮食产品的利用。

1.2生物安全性

1.2.1能源作物的生物改良的安全风险

在生物能源的发展过程中，生物质能源的来源除了天然的生物外，还会需要对一些生物种质进行基因改良，以便提高生物能源的利用率，满足规模化生产的需要。现代生物技术在生物质能源的发展中扮演了非常关键的一环，这种生物技术的应用必然影响着生物的遗传特性，从而也会影响其所处的特定生物环境。所以生物能源作物的培育种植对环境的安全也是一个非常值得重视的方面。生物能源的生产来源主要是一些能源作物，而天然的能源作物又存在着产能低、占地广、生长条件苛刻的一些原因，所以要想找到一种天然的品质优良的作物是很困难的，有必要将天然的能源作物使用现代生物技术改良，而这些转基因改良后的作物的安全性评估又是一个值的考虑的因素。这也是所有转基因生物对环境安全都要面临的一个风险。所以考虑发展生物能源过程中对环境的影响都是需要权衡利弊的一个重要方面。

1.2.2生物质能源的开发利用对生态环境的破坏

在种植生物质能源作物过程殊的肥料、农药、除草剂可能会产生对周围生态的间接影响。比如对水质的影响，在美国的密西西比河岸有一个巨大的玉米能源种植区，这些地区是美国最理想的能源作物种植环境，但同时在种植过程中大量的化学肥料、农药的使用导致水源的质量逐年不断下降，同业也严重影响了当地渔恶民的渔业生产，所以在总体上因其带来的损失也抵消它的经济效益和环境可持续的代价。

1.2.3生物质能源开发对生物多样性的损害

生物能源开发过程中必然涉及对生态系统生物多样性的影响，生物质能源的开发的能源作物的种植长期来看必然导致新的生态环境生物多样性的干扰，数据报告显示截至到2020年为止，美国的谷物和大豆的生物种类将会下降到60%，相比于没有覆盖能源作物的地区，亚洲油棕榈能源作物也将下降到85%，Fletcher等人的研究也发现，对脊椎动物来说，替代能源作物区域的生物多样性和丰富性要远远低于同样条件下的未种植地区的种类。所以在考虑生物质新能源的能源作物种植时，与当地的生态安全和生物种类的影响是需要考虑的伦理问题。

1.3环境可持续性

生物质能源虽然相比其他的新能源有着清洁、低污染的优势，但是受生物新能源发展本身的多因素影响，使得生物质能源的发展并不是沿着一个低耗能的环境可持续性的发展方向前进。

1.3.1能源需要的紧迫性导致对环境可持续的忽视

生物质能源受形式所迫，即能源危机的迫切需要，导致在环境和生活需要之间的失衡。能源危机问题日益严重，同时环境危机的解决也亟不可待，在面临能源危机和环境危机的双重压力下，短期内很难得到两全其美的解决，人们往往注重短期的生活需要，而忽视长期的环境可持续的需要，甚至以非必须的生活需要满足为由开发生物新能源以换取环境可持续的要求。

1.3.2生物质能源的生产过程复杂性导致中间环节对环境影响的忽视

生物质能源可能在其结果终产物看来是非常理想的低污染能源，但是由于其生产过程的复杂性，导致附属产品和生产环节对环境可持续的破坏容易受到忽视，而且有时候从总体看来，相对于环境的可持续的价值，生物能源的开发可能具有非常大的负价值。大面积种植单一作物将会改变生物多样性环境，水土流失严重，以东南亚的婆罗洲岛为例，该岛先前是一个环境非常好的热带雨林，随着可再生能源-生物柴油的开发热潮，为了生产更多的棕榈油，这里的人们开荒辟地，扩种棕榈树。导致这里的生物种类急剧单一，而且也造成了当地气候的急剧变化。产能低、占地广和需要传统化肥的作物对后续环境的不可利用性。因为较低的产能，所以需要的种植面积是非常大的，同时对水源的需求也急剧上升,而水资源问题在未来也将是一个非常严峻的问题。

1.3.3生物质新能源生产过程中的能源消耗中环境可持续的忽视

生物质新能源的生产需要对生物质初材料进行加工和处理才能获得可以直接使用新的能源。在将生物能源物料加工成生物柴油终产品的过程中，这个过程还要需要多个过程农用设备及乙醇转化装置还需要大量的传统能源维持生产，以及其加工过程的副产物的环境污染，这也将影响到新能源的环境可持续方面。这个过程中需要直接和间接的使用到基础能源，那么就不能不评估生物质能源的产出和投入之间的比较。传统的乐观派只是看到生物能源能解决当下的能源危机难题，或者其对经济发展带来的拉动作用。但是忽视了对生物能源的产出和所投入能源的之间的净收益比较。如果不考虑对基础能源的投入，那么发展和开发利用生物质新能源就不是缓解传统的能源压力，而是加重了能源危机，因而是一种不道德的能源战略。美国康奈尔大学DavidPimentel跟踪了多种农作物生产乙醇和生物柴油的成本，包括种植、生长、收获过程中所需的能源，肥料、杀虫剂的使用以及运输所需能源，种植需要和生产过程中的需要的能源损耗比其产出的能源还要多。这样看来生物质能源的开发的过程也可能产生投入大于产出的可能，所以这种开发可能对于环境的可持续性来说具有消极的影响。

1.4生物新能源与新殖民主义

生物能源对于原料产地的要求和本身的可能产生的负效应，使得生物能源的发展在国与国家之间的利益也成为新的伦理焦点。越来的越多的发达国家将生物能源的生产放在较为不发达的国家中来，将生物能源的负效应转嫁到不发达国家身上，SeifMadoffe认为这将导致“气候殖民主义”，“大规模抢占非洲土地”，欧洲企业，其中一些有外国援助资金支持，正快速地在热带国家建立广大的碳栽培牧场（CarbonMonocultureFields）。关于坦桑尼亚的Saadani国家公园，Madoffe质疑富裕的发达国家在这些地区种植“可再生”碳是否道德，因为这些对当地贫民有严重的负面影响，而且要砍伐热带雨林来给“碳牧场”栽培腾地方。是否真的有大面积不使用的土地？不，这是不可能的。源地释放的碳能够被另一个地方的植物固定吸收吗，或者说碳可以从一个国家“出口”到另一个国家吗？这就会引发诸如不平等权力关系和不公平商业交易等方面的问题。富裕国家在这些地区种植“可再生”碳，但却会给当地贫民带来严重的负面影响，而且要砍伐热带雨林来给“碳牧场”栽培腾地方，这样合理吗？此外，为了缓解气候变化，在贫穷国家占用大规模耕地，消耗大量的水资源，污染土地、河流和海岸生态系统，这样做对吗？看看那些欧洲和美国公司拥有的大型种植项目，这些项目还受到“发展援助”的资助。所以在生物能源发展的过程中相同于其他能源的发展，生物能源的发展的在新的利益驱使下，有可能打着发展贫穷国家的经济的幌子来转嫁生物能源风险的目的。

1.5利益相关者的分配

在生物能源的发展过程中涉及到多方的利益问题，主要涉及到能源使用者、能源开发者、能源间接的利益相关者的利害关系问题，能源使用者、能源开发者的常常由于直接的与新能源的利益相关，所以往往侧重于它们之间的利益，而间接的能源相关者也因为与新能源之间的联系的潜在性和隐蔽性而常常受到忽视。①富人和穷人间因新能源产生的经济不公平，由于生物新能源的开发往往附带着巨大的投入，所以这种新能源的使用代价也相比传统的能源使用成本要高，而这也将导致新的使用阶层和不能使用阶层之间隐性不公；②如前所述，新能源的开发可能会给直接的能源需求者带来丰厚的经济利益，为能源使用者带来实际的能源便利，但是这对于那些对基本生活的粮食需要者，处在饥饿状态的穷人来说，将会加剧这种利益之间的冲突。除了粮食的危机，因能源开发所导致的农业资源紧缺、农产品价格上扬、环境损失、都以不同的形式与潜在的利益相关者相连，在这其中经济利益和实用效果可能往往会受到极大的关注，而潜在利益相关者的利益可能会受到忽视，比如，在生物能源的开发的过程中可能面临着产业升级换代的过程，新的生物能源研究开发面临着一个转换的过程中旧的能源领域的从业人员可能会被要求掌握新的技术，而且新的生物能源生产所需要的新的伦理规范来规范和引导生物新能源生产，所以对旧能源领域转型人员以及生物新能源开发利用所涉及到的相关从业人员的“善”待以及对他们的伦理规导都是需要关注的伦理问题。综上所述，生物质新能源的发展在为当代的人类生活带来极大的便利时也产生了一些单靠技术所不能解决的伦理问题，这些问题是因为生物能源发展本身所受的多方面因素所导致的。包括经济利益的驱使、能源危机的解决迫切需要、生物质因素的特点决定、环境可持续的需要、贸易公平的需要、利益相关者的分配等几种伦理关涉，在生物能源的发展的过程中必须考虑到这几方面所带来的伦理问题的思考，因此，笔者在这里提出几条潜在的生物新能源发展的伦理原则以使的生物能源的开发利用处在一个健康和可持续的发展轨道上，使得生物能源能真正的为人类的生活带来便利。

2生物质新能源开发利用中的伦理原则

2.1保证生物质新能源开发利用对人类不伤害性

生物能源的发展必须以满足能源的需要为界限，不能危及到人们必须的、基本的生命需要。依照康德义务论伦理，人是发展的目的，所以必须正视生物能源所涉及到的人的其他利益需求，生命的需要是摆在首要位置的。不能用牺牲食用粮食的代价，特别是贫困人口的饥饿甚至死亡换取部分人的非必须的能源需要。其次要注意生物能源开发过程中的不伤害性，要采用对人无害的生物质能源利用技术、工艺。考虑生产诸环节可能存在的潜在危险。最后要注意到生物质能源利用对人类其他必要的生活领域的潜在影响，尤其要注意使用者和生物能源开发相关利益者的联系，保证生物能源的开发不会威胁到这类人群的基本的生命权利。

2.2生物能源的开发利用要注重效率

目前来看，大部分的生物质新能源开发利用的回报率不高。整个新能源开发利用过程中必须从整体上对投入和产出之间的能源做总体分析，使得产出的能源利用率大于投入能源消耗率。更不能将新能源的直接经济利益作为开发利用生物能源的充分理由，必须考虑对基础能源的使用成本。在投入资源到生物新能源的开发研究时，必须强调能源效率的净收益。首先，这种效率除了要考虑能源本身的投入和产出效率外，必须要考虑整个能源开发过程中的综合效率的提高，生物能源开发利用过程中要涉及到对经济、环境、人类生活、气候、以及其他各种潜在的影响，这种新的生物质能源的开发利用的成本是不是太大？这些成本不仅包括经济成本，还要包括对环境、人、以及其他相关利益损失的机会成本，必须保证开发的净利益要大于所有成本的总和。再次，注重对开发生物质新能源的开发利用在目前存在条件下不确定性的风险评估，生物能源的开发所使用技术是技术创新的结果，不可避免的会产生一些不确定的风险，包括对生命、社会的影响，所以在考虑总体的收益的时候要考虑这些不确定因素的风险，同时采取适当的解决措施尽可能减少这些风险。

2.3生物能源的开发要注意环境的可持续性原则

生物质能源开发对环境的依赖性也要求生物质新能源的开发利用也需要考虑环境的可持续性。首先，必须保证最低限度的对环境的污染，生物质能源的开发利用过程中必然产生对环境的负面影响，所以生物新能源的开发利用必须确保它比化石类能源的对环境的可持续性方面要效果更好，需要制定必要的环境可持续性标准。再次，生物能源的开发利用要适度，不能超过环境的可再生限度，杜绝粗放的使用生物质能源的开发方式，同时要兼顾代级之间对环境的需要。当下的生物质能源的开发不能影响到后代的生态系统的安全。要求在开发生物质新能源的过程中考虑到持续性的对土地、水源和其他自然资源的利用的综合因素，也不会破坏生态平衡和生存的气候环境。最后，生物质能源的开发必须保证生物质来源的安全性，考虑到生物技术改良的生物资源对环境安全和可持续性的影响。保证不危及环境的可持续利用。

2.4生物新能源开发利用要保证经济公平

生物能源的开发过程中必定会产生潜在的风险，这些风险往往被能源投资者以扶贫和经济利益的形式诱使贫穷国家接收这种风险，这在短期可能会改变贫穷者的经济状况，但是长期来看生态资源的过度开发，以及潜在的利益损失会拉大贫穷和富人之间的差距。同时在新能源相关的市场中，也可能加大这种差距，可能会把新能源开发的风险分摊到未使用者的身上。所以生物能源的开发必须考虑周全它所涉及到的相关利益者的利益，保证穷人的利益至少不会受到伤害，最大程度的协调好各利益相关者的利益。对涉及到的新能源更新换代的产业升级过程中保持对所涉及到的弱势群体的关注，给予“善”的关怀。

篇2

能源是人类赖以生存发展的基础。目前，世界能源体系在很大程度上依赖石油燃料，然而石油作为不可再生能源，储量不断减少。研究表明，全球石油储量仅可用54a。同时，利用石油燃料带来的其他一系列急需解决的全球问题，诸如温室效应、全球变暖和气候变化等。因此，更多的目光聚焦在能够可再生的能源-生物能源上。生物能源（Bioenergy）主要指利用生物的活动，将生物质、水、CO2、畜禽粪便等其他废弃物生产的能源，具有补偿目前石油燃料需求的潜力。同时，在生物燃料的生产、使用以及生物质的合成过程中存在碳、氮循环，因此，使用生物能源会减少大气中温室气体的排放。此外，发展生物能源的优势还在于保障国家能源安全、外汇储蓄以及解决直接与农村发展相关的经济问题和社会问题。

1国外生物能源的发展

目前，用来制造生物能源的原料主要有各种农林资源、生活和工业废水、城市固体废物和畜禽粪便等。据估计，地球每年存储的生物能源相当于世界主要燃料的10倍，然而目前生物能源的利用量不足其总量的1%，由此可以推测生物能源将是未来最重要的新能源之一。生物能源主要包括生物质制氢、废水生产沼气、生物质热解液化或固体成型、生物柴油、燃料乙醇、秸秆丁醇等技术。目前产量最大的生物能源是燃料乙醇、沼气和生物柴油。美国是世界最大的生物燃料乙醇生产国，主要以玉米为原料。2007年美国《新能源法案》规定：在2022年之前，燃料乙醇的产量将提高到360亿加仑（1加仑=3.79kg）。随着玉米燃料乙醇的产量增加，导致玉米价格上涨，导致粮食安全问题。因此，科学家们开发了纤维素乙醇。纤维素乙醇是利用秸秆、农作物壳皮茎秆、树叶、落叶、林业边角余料和城乡有机垃圾等纤维为原料生产燃料乙醇。沼气产业主要以农林废弃物和生活垃圾为原料，生产的沼气可以提供生活和生产所需能源，产生的沼渣和沼液还可用于农业施肥，可以同时达到产能和减少环境污染，实现种植、养殖的良性循环。因此，沼气产业将成为连接循环农业各个环节的纽带和中心，将在循环农业产业体系建设中发挥重要作用。美国现有30多家公司投入了上百万美元，主要以大豆为原料，生产生物柴油；而包括法国、德国、英国、波兰在内的欧盟国家则以油菜籽为原料，来生产生物柴油；巴西以蓖麻油为主要原料生产生物柴油；日本主要以煎炸油为原料生产生物柴油，1999年建成了259L/d生物柴油工业化实验装置，目前生产能力达40万t。

2生物能源与循环经济

循环经济（CircularEconomy）是一种全新的经济形态，以资源的节约利用和循环利用为特征。简单来说，循环经济是以“废物”资源循环再利用为核心，以“减量化（Reduce）、再使用（Reuse）、再循环（Recycle）”为经济活动的行为准则，实现资源与能源的高产出、循环利用和安全供给。传统的经济的增长是建立在资源和能源高速消费的基础上的，目前全球经济增长都面临着资源和能源匮乏的危机。循环经济考虑到资源和能源的有限性，因此从生产的开端实现资源和能源的“减量化”，减少资源的浪费；生产流程中实现资源的“再使用”，延长资源和能源使用的时间强度；同时在末端产生的垃圾和废品尽量实现资源的“再循环”，即所谓的废品回收利用和废物综合利用。因此其从长远来看是一种既节约资源，又节约成本的经济增长方式。环境经济学认为循环经济从生态环境保护实践中提出，以经济为核心，以资源利用为分析对象，核心在于促进经济发展的同时，兼顾保护环境。从技术层面来看，生物能源可以实现资源的循环利用、废弃物无害化处理和资源的能源转化，是实现循环经济的技术路径，成为连接循环经济各个环节的纽带和中心，将在循环经济产业体系建设中发挥重要作用。

3河北省生物能源产业发展现状

河北省是农业大省，发展生物能源具有得天独厚的有利条件，能够为生物能源提供可靠的原料保障。目前，河北省耕地面积约为5.988×1010m2，小麦、玉米和棉花每年的秸秆量达6180万t，作物秸杆约2/3被当作肥料或牲畜饲料，未开发利用的秸秆超过1780万t，占可收集资源量的37.73%，因此农作物秸秆资源可开发利用空间巨大。畜禽废弃物年产量约为1.7亿t，用作沼气或加工成新型饲料的不足1%；森林面积约为5.525×1010m2，林业“三剩物”年产量总计约为570万t，是全国该类剩余物的产量大省，可折合标煤约为370万t。另外，河北省境内尚有荒山、荒地、荒滩等土地资源约为5.26×1010m2，适于大面积栽种黄连木、文冠果等含油量较高的树木，发展能源林业。2012年，河北省油葵种植总面积达到了2.69×108m2，总产值约为5.34万t。河北省各级政府长期对生物能源产业给予大力支持。河北省新能源产业“十二五”发展规划的发展目标之一就是生物质能开发利用工程。2006年中粮集团与衡水老白干集团签署的燃料乙醇项目，总投资15亿元生产燃料乙醇。近年来，河北省进一步加大对生物燃料和相关生物化工产品的资金技术支持，2015年中粮集团燃料乙醇（秦皇岛经济技术开发区）列为河北省重点发展项目。由于政府有关部门的大力支持，几年来河北省形成了以燃料乙醇、沼气、生物柴油为主的生物能源技术措施、管理体系。河北省和国家林业局、中石油联合在邯郸市组织实施了林油一体化油料能源示范基地建设项目，完成黄连木新造林约为2.13×106m2，为今后发展油料能源林基地奠定了基础。河北省在能源林业和农业育种方面取得了显著进展。国家高粱改良中心河北分中心选育出能饲1号、能饲2号和冀甜3号甜高粱新品种3个。河北科技师范学院初步建立了非粮柴油能源植物引种园，引种非粮柴油能源植物150余种，对部分非粮柴油能源植物进行了种子生物学特性与配套栽培技术研究。沼气利用是河北省发展生物能源的重要成果。河北经贸大学通过对高效产酸菌系构建及产甲烷优势菌优化，建立了高固体浓度果蔬废弃物厌氧发酵过程控制技术。生物柴油方面，新奥集团在微藻基因改造、高通量筛选技术、立体养殖、高效低成本光生物反应器技术和工业废水回收技术等方面都有所突破，建有目前世界上最先进的微藻油生产设施，年生产微藻油可达10t以上，处于国内领先地位。河北省生物能源产业具有一定的基础和技术水平。据不完全统计，河北省省内建成并投产的生物质能源生产企业有64家。衡水老白干酿酒集团公司燃料乙醇、华药生物丁醇、石炼化公司、武安正和公司生物柴油、河北强民生物质成型燃料等项目正在积极推进中。生物沼气经过多年的开发和推广，截止2015年底，河北省累计建成350万户，建成大中沼气工程2500处，总池容积16.8万m3，沼气发电站10座，推广秸秆压块炊事采暖炉具30万户。2015年世界银行为河北省农村再生能源开发示范项目贷款7150万美元，将投资建设和运行6处沼气设施，把作物秸秆和畜禽粪便转化成沼气，为河北省96100户农村居民提供了稳定的清洁能源。

4河北省生物能源产业发展对策

4.1发展循环经济并坚持可持续发展

由于国内外学者认为第一代生物能源主要以糖料或淀粉作物为原料生产乙醇，会引起“与人争粮”、“与粮争地”等社会问题。循环经济的关键和核心是“废物”循环和再利用，因此国际生物能源研发的重点是利用农林废弃物发展生物能源，尤其是以玉米秸秆为主的作物秸秆更体现了很高的综合开发价值。目前河北省在全省推广秸秆联户沼气站和生物质发电项目。截至2013年底，发展秸秆联户沼气工程20处，投产秸秆生物质发电厂8座，年利用农作物秸秆216.6万t。因此，应进一步寻求对生物能源和化工产业在技术等方面实现突破，保证全省粮食安全和生物能源产业可持续发展。

4.2因地制宜开发多层次的非粮生物能源

根据河北省不同地区自然地理因素，统筹规划，开发多层次、多元化的非粮生物能源，确保生物能源产业的发展。在燕山和太行山的荒山荒地和宜林丘陵建设以黄连木、油桐、文冠果、橡栎、刺槐为主的能源林基地。在荒地、荒滩、盐碱地不适宜粮食作物种植的地方，可以种植甜高粱、甘薯、油葵等耐旱、耐瘠薄、耐盐碱的作物，发展能源农业。在平原粮食高产地区，重点开发纤维素乙醇、纤维素丁醇、秸秆发电、秸秆沼气技术。在临海地区开发微藻能源，在工业发达的中心城市，建设适度规模的生物柴油生产厂、城市污水沼气生产厂。

4.3创新机制加强生物能源技术研究

篇3

1996年10月,国务院新闻办公室的《中国的粮食问题》白皮书向世界宣示,中国粮食自给率至少维持95%(本文中的粮食概念是广义的,指供食用的谷物、豆类和薯类的统称),明确净进口量不超过国内消费量的5%。随着我国经济的不断增长和外汇盈余的加大,也有部分学者和政府官员认为中国应该利用世界资源和市场,降低粮食自给率,从国外进口粮食。但最近的一个新动向是一些西方经济发达国家(也是主要粮食供给国),采取生物能源战略,这将减少世界粮食市场供给,加大进口国的粮食安全风险。因此,中国必须严格保护现有耕地,提高其等级与生产能力,保证国家粮食安全(粮食安全是指保证任何人在任何时候都能买得起又能买得到为了生存和健康所需要的基本食品)。

我们需要的粮食越来越多

虽然我国自从1978年以来实行了计划生育政策,人口增长速度逐渐变缓,但是由于人口基数过于庞大,人口的增长还将持续一段时间。目前,中国人口已经超过13亿。各种方法都预测2020年人口总数将超过14.3亿。综合国家统计局和农业部等对粮食需求预测研究结果,到2010年、2020年,我国粮食总需求量分别为5.5亿吨、6.0亿吨。

经过长期不懈的努力,我国以占世界7%的耕地,养活了世界近1/4的人口。但我国人均粮食占有量即使是1996年414公斤的历史最高水平,也仅相当于发达国家平均水平的1/2,美国的1/3左右,尚处于基本解决粮食温饱的低保障能力水平。1999年以来,我国人均粮食占有量基本没有增加;2003年更是降低到1990年以来的最低水平,人均粮食占有量仅有334公斤。

根据国家统计局农村社会经济调查总队计算的我国粮食消费总量分析,我国粮食需求量逐年提高,从1995年的4.53亿吨提高到了2005年的5.02亿吨。从粮食消费构成上看,直接的口粮占粮食消费总量的比重在减少,而饲料用粮、工业用粮所占比重明显增长。1995年到2005年,虽然口粮总体上逐渐减少,已经从1995年的2.80亿吨减少到2005年的2.64亿吨;但同期,饲料用粮、工业用粮总体上却逐年增加,分别从1995年的1.17亿吨、0.38亿吨增加到2005年的1.65亿吨、0.58亿吨。口粮消费量及其所占比重逐年下降,饲料用粮、工业用粮及其所占比重明显增长,主要归因于我国人民生活水平提高所导致的居民饮食结构的变化。随着人民生活水平的提高,居民饮食结构变化必然是对农业初级产品――口粮的需求量减少,而对粮食转换产品――肉、蛋、奶等副食品以及酒类的需求量增大。所以,尽管口粮消费量在减少,但总的粮食消费量是不断提高的。并且,随着人口增长、经济发展和生活水平的提高,未来二、三十年内,我国粮食消费总量增长的趋势不会逆转。

人均耕地愈少,粮食安全风险愈大

我国的粮食总产量自1998年达到创纪录的5.12亿吨以后,连续五年下滑,到2003年,粮食总产量降至4.31亿吨,与1998年相比,降幅达15.93%。

粮食总产量的下降虽然主要是由于种粮比较效益下降或机会成本加大而引发的农业种植结构调整,复种指数下降等原因造成,但耕地减少造成的粮食播种面积减少不可忽视。

根据国土资源部土地利用变更调查资料,1996年～2004年的全国耕地面积呈逐年持续减少之势,从1996年的13003.92万公顷下降到2004年的12244.43万公顷,平均每年净减少近100万公顷,耕地流失形势严峻。

全国耕地数量减少的主要途径有四种,分别为生态退耕、农业结构调整、建设占用和灾害损毁。1996年～2004年间,因生态退耕减少耕地647.21万公顷,农业结构调整减少耕地174.40万公顷,建设占用耕地161.91万公顷,灾害损毁耕地60.41万公顷。生态退耕退掉的大多是不适宜耕种、对生态安全造成威胁的耕地。生态退耕虽然减少了耕地数量,但有益于土地休养生息,并未对耕地生产能力构成实质性威胁。农业结构调整虽然减少了一定数量的耕地,但农业结构内部的调整是双向的,也就是说,既可以将耕地转为其他农用地,也可以将其他农用地转为耕地,这种转变也不会减少粮食生产能力。因此,粮食生产能力可以不计生态退耕和农业结构调整所造成的减少。但与生态退耕和农业结构调整不同,建设占用耕地却是耕地生产能力的永久丧失。因为,耕地向建设用地流转是容易的,而将建设用地复垦为耕地却是非常困难的,这种流转可以说是单向的。更为严峻的是,建设占用的耕地大多是城市周围、道路两侧有灌溉设施、等级较高的耕地,其生产能力基本上是区域最高的。粗略计算,全国由于建设占用耕地,1996年～2004年间,耕地的粮食生产能力减少1822万吨。虽然在这期间通过土地整理、复垦和开发增加耕地245.64万公顷,但这些新增加的耕地质量不抵建设占用的耕地,因此,全国耕地的粮食生产能力是下降的。耕地减少将造成粮食安全风险进一步加大。

中国粮食安全必须立足于自给

1972年～1974年,世界处于战后最严重的粮食危机,粮食短缺、价格飞涨、购买力严重缺乏的国家被挤出国际粮食市场。根据当时进行的第四次世界粮食普查,受20世纪70年代初期粮食危机影响最严重的国家的儿童,有1/4～1/2处于营养不良状态,整个发展中国家婴儿死亡率是发达国家的5倍～8倍,幸存下来的儿童的寿命也只有发达国家的2/3。

对于一个国家或一个地区而言,宏观层次的粮食安全的基本内涵应当包括两个方面:一是物质保障能力,包括粮食生产自给能力、进口能力和储备能力等;二是消费能力,包括粮食的有效需求总量以及与经济发展水平和人们的收入水平相适应的消费结构和消费偏好等。而物质保障能力或粮食供给能力是粮食安全的根本。

上面已经说明,我国自1998年达到历史上的最大粮食产量以来,粮食总产量持续下降。虽然1983年～2004年进、出口相抵后的净进口额基本保持在较低的水平,但1997年以来,粮食进口量呈增加的趋势。2004年,我国粮食净进口数量突增,达到20年来的最高点―2484万吨。2004年粮食净进口数量的突增是因为1998年以后粮食生产持续下降,消费量不断增加,库存逐渐消耗到临界值的缘故。

近几年世界粮食年贸易总量2亿～3亿吨,不到我国年粮食消费总量的一半。全世界粮食库存大约4.5亿吨,不够我国一年的消费量。西方经济发达国家的生态保护政策将进一步减少耕地开发甚至退耕,也因环境保护将减少化肥投入,再加上不断增加的人口,必将减少世界粮食库存,影响世界粮食市场供给。

最近另一个值得注意的动向是,世界开始将目光聚焦到可再生能源,特别是生物能源上,特别是西方经济大国,也是粮食出口大国的生物能源战略将影响世界粮食市场的供给,对发展中国家和粮食进口国的粮食安全带来更大风险。

生物能源主要指以淀粉质生物,如粮食、薯类、作物秸秆等为原料生产的石油替代油料,被公认是最重要的一种替代能源,包括燃料酒精、生物柴油、沼气、生物发电、生物制氢等,具有清洁、高效、安全、可持续的特点。当前世界各国都在关注这种洁净生物能源的发展,许多国家都将发展生物能源作为国家能源战略的重点。

在目前,开发利用纤维素、半纤维素水解、醣化、发酵制燃料乙醇的技术尚不成熟,促进生物能源替代石油主要利用小麦、玉米等粮食作物,存在着与民争粮的问题。美国乙醇生产每年所消费的玉米目前约为254亿公斤,占美国玉米总产量的近10%;今后10年预计超过500亿公斤,这就意味着向世界粮食市场少供应250亿公斤粮食,正好相当于我国2004年的粮食净进口量。欧盟是世界上最大的生物柴油生产和消费地区,近年来欧盟生物柴油产量迅速增加,欧盟生产每吨生物柴油平均需消费2.7吨油菜子,生物柴油成为欧盟油菜子消费市场的主要组成部分之一。

虽然随着国力的增长,我们可能有足够的外汇进口粮食。但全世界每年的贸易粮仅2亿～3亿吨,还不到我国粮食需求量的一半,如果我们在世界上大量进购粮食,世界粮食价格肯定飘升;况且粮食是重要的战略物资,而且世界上还有相当多的发展中国家处在饥饿线上,中国大量进口粮食的经济代价和政治代价都太大。因此,中国的粮食安全不能建立在大量进口的基础上,要立足本国。

耕地数量和质量是粮食安全的关键

耕地资源不仅是粮食生产的基本要素,而且是当前条件下我国粮食生产能力的主要限制因素,因此,保证国家粮食安全,最根本的是维持一定数量、质量的耕地。

我国是世界上人均耕地最少的国家之一,人均耕地只有1.4亩。由于庞大的人口对食物需求的压力,已经开垦了许多生态脆弱区宜耕性差的土地和经济上的边际土地,后备耕地资源非常有限,而且质量差,因此,再增加耕地非常困难。中国现有的18.3亿亩是现有土地资源中可以用于粮食生产的精华,必须严加保护。

无疑,增加投入可以提高耕地的生产能力。诺贝尔奖获得者Norman E. Borlaug指出,本世纪全世界作物产量增加的一半是来自化肥的施用。联合国食物与农业组织的调查结果也表明,施肥可以提高粮食单位面积产量55%～57%。但是,随着化肥施用水平的提高,施用化肥的增产效率在下降。1977年～2005年,我国化肥施用量由596万吨提高到4766万吨,增加了700%;而同期粮食总产量由28273万吨增加到48401万吨,仅增加71%。我国用世界30%的化肥,生产了世界20%的粮食。粮食单产是世界平均单产的1.5倍;高产田的产量是世界平均单产的2倍～3倍。报酬递减规律表明,在高产基础上再增加投入进一步提高产量难度更大。同时,再增加投入经济效益会明显下降,农民也不愿意再增加投入,近几年全国氮肥施用量的减少就是佐证。而且大量施用化肥引起的环境污染的问题也迫使我们不能为了单纯的粮食增产而不顾环境污染的风险。由于大量施用化肥,黄淮海平原、长江中下游平原、珠江三角洲平原的地下水硝酸盐污染严重,京、津、唐地区的地下水的硝酸盐含量超标率达 55.1%;化肥造成江河湖泊的富营养化问题极为广泛、严重,使我国成为世界上蓝藻水华最严重、水华蓝藻种类最多、分布最广泛的国家之一。

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这项研究的最终报告发表在去年底的《环境科学与技术杂志》上，而此时适逢全球对生物量的兴趣与日俱增。据国际能源机构预测，生物质能源在全球能源供应中的比例到2050年将增加两倍，占到30％。今年三月，设在英国的国际环境与发展学会(IIED)呼吁各国政府采取“更加成熟的”方式来获取能源，将其置于能源战略的核心部分，逐渐加大对新技术和研究项目的投入。

伊利诺伊大学的这个项目采用了尖端的土地利用数据收集方法，以期估算出第二代生物燃料和多年生草本植物的潜力，这些植物不会与粮食作物发生竞争。需要的肥料和农药也比常规生物燃料要少。它们被视为玉米乙醇(即所谓“第一代”生物燃料)的替代品，后者之所以遭到诟病，是因为其生产和收获中大量的能源消耗、巨大的灌溉用水需求以及目前生产生物燃料所用的玉米要占美国玉米总产量的40％。

这项研究中的一个关键概念就是它的考察对象只包括边角土地，即所谓的废地、退化或者不适于耕种的劣质土地。研究小组负责人、伊利诺伊大学的环境工程学教授蔡锡铭接受了采访。

研究小组主要考虑了三种生物燃料作物的培育：柳枝稷、芒草和一系列被认为具有低影响、高多样性(简称LIHD)属性的多年生草本植物。

研究者们还设想了可利用土地的多元方案。第一个方案只包括生产力低下的闲置土地；第二个包括了退化或者贫瘠的耕地，用来种植柳枝稷和芒草；第三个又增加了在边角草原上种植的LIHD草类；第四个则涵盖了除去目前在用的耕地和牧场的所有土地。

但上述任何一个方案都没有把林地计算在内。在所有方案中，研究者们都认为生物燃料作物的生长只靠自然降水就足够了。他们还对各项自然指标进行了评估，包括土壤性质、土壤质量、土地坡度和区域气候等。

研究小组把研究的重点放在了第四种方案上。按此计算，他们发现全球可资利用的土地多达110。万平方公里。其中单是非洲可提供的土地就占到三分之一，而南美洲和非洲加起来要占到一半以上。按照这种方案，如此广袤的土地能够满足当前世界液体燃料需求的26％～55％。蔡锡铭说，变化区间之所以这么大，是因为反映了生物燃料作物生产力、天气以及劳动力和机械等其他要素的变量。

根据他提供的数字，美国能够为种植这些作物提供的土地达到120万平方公里，中国为150万平方公里，欧洲为110万平方公里，印度为150万平方公里。他还指出，即使只实现最低影响的方案，美国的生产能力也能满足联邦指令中关于到2022年为交通部门提供360亿加仑(约1360亿升)生物燃料的要求。而目前美国的边角土地中只有一半左右仍然用于农业生产。

蔡锡铭说，中国的情况截然不同，因为大多数的边角土地目前都被用来耕种。他说：“我们发现中国1.52亿公顷(边角)土地中有88％都被用于农业生产。也就是说，如果我们想要在中国进行生物燃料的生产，农民们就必须用生物燃料作物换掉常规作物，这就面临着一种取舍。生物燃料作物的利润可能会比较高，但它会影响到中国的粮食生产。”

研究小组还对六个国家或地区的净能量增益进行了计算，发现在第四种方案(即除去现有耕地和牧场的所有土地)下的净能量积蓄将达到每公顷490亿～1050亿焦耳，相当于每公顷产出约294～630桶石油。

研究人员们也指出了研究中面临的几，卜问题。一个是生物燃料的生产有可能加剧某些地区的水源压力，这是因为提炼中需要大量的水。总的来说，第二代生物燃料比玉米乙醇需要更多的加工。另一个问题是现有可利用土地的分布。如果能够按照研究中所设想的方案进行生物燃料的生产，一半以上产品将由非洲和南美提供，但与此同时最大的燃料需求地却在美国、欧洲、印度和中国。蔡锡铭说：“这就意味着生物燃料的海运将成为一个重要问题。如果我们按照上述发展路径前进，就要把大量的能源从非洲和南美运往其他地区，也就是说需要在基础设施发展上进行巨大的投入。”

他还说，在边角土地上发展生物燃料和种植多年生草本植物也会给土地本身带来显著的环境益处。除了对水、肥料和农药的需求非常低之外，这些多年生草本植物的根系还可以防止土壤流失和水系的淤积。

近年来，柳枝稷在美国已经得到了逐渐的推广。位于美国东南部亚拉巴马州奥本大学的试验田已经获得了最高达每英亩(约4000平方米)15吨生物质的产量，五年中的平均产量为11.5吨，相当于每年每英亩生产出4400升的乙醇，这种草可以长到3米多高，其根系也能钻入土壤差不多的深度，这让它成了一种遏制土壤流失的利器。人们还发现它能为熟土保持重要的养分。柳枝稷每年能收割一到两次，每十年左右重种一次即可。

芒草是一种高大的多年生草本植物，人们发现它在种植和燃料生产方面的效率比柳枝稷更高。伊利诺伊大学在芒草的研究方面在美国处于领先地位。同时，美国能源部橡树岭国家实验室的一个研究小组也在大力探索柳枝稷以及其他生物燃料的潜力。

比起柳枝稷和芒草，尽管LIHD作物的乙醇产量要低一些，但它们的环境影响最小，和草原的自然植被非常相近。据研究人员估计，LIHD生物质的净能量增益为每公顷178亿焦耳(相当于2.9桶石油)。根据他们给出的定义，所谓的净能量就是“收获的生物制产生的能量减去原料生产和乙醇加工中消耗的能量”。

柳枝稷和芒草的净能量增益平均为每公顷600～1400亿焦耳(相当于9.8～23桶石油)，具体依土壤、气候和农业投入情况而定。围绕玉米乙醇的净能量增益有很大的争议，原因在于包括化肥和农药生产消耗的能量等玉米种植过程中所需燃料的计算。一些研究者说它的净能量增益徽乎其微，在碳减排上甚至是负值。蔡锡铭估计玉米的净能量增益为每公顷16～23桶石油。2011年，美国的乙醇总产量有望达到约135亿加仑(511亿升)，相当于3.21亿桶石油。

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生物能源既是可再生能源又是绿色能源，生物质能产业的发展与能源植物的开发利用紧密相关[2-3]。我国人口众多、总耕地面积仅1.2亿hm2的现状，使得生物质能源不可能依靠占用耕地生产来解决原料问题。中国工程院院士王涛指出：我国生物质液体燃料的前途在林业，如何充分利用森林能源，是解决我国生物质能源产业发展瓶颈的关键问题[4-5]。林业生物质能源作为国家替代能源发展战略的重要组成部分，资源潜力大，不与人争粮，不与粮争地，在实现产业与生态共赢的同时，可有效增加农民收入，减少温室气体排放。我国有逾4 000万hm2的宜林荒山、荒地可用于培育能源林，有近1亿hm2的盐碱地、沙地以及矿山、油田复垦地等可用于发展能源林。随着国际社会对温室气体减排联合行动《京都议定书》的实施，大力开发生物质资源，对于改善我国能源结构、提高可再生清洁能源在能源消费总量的比例具有十分重要的意义。

1河南省发展生物质能源林的优势

1.1符合国家的政策导向

林业作为我国生物能源发展战略中的重要行业，又将迎来新的发展机遇。按照国家林业局编制的《全国能源林建设规划》，“十一五”期间，我国要建设能源林示范基地逾66.67万hm2；到2020年，能源林面积达到1 333.33万hm2，可以提供逾600万t生物柴油，满足逾1 100万kW装机容量发电厂的燃料需求。近期，国家林业局又部署开展《全国林业生物质能源发展规划（2011—2020年）》的编制工作，以充分发挥林业在调整能源消费结构、保护生态环境、推行节能减排中的积极作用。河南省把能源林的发展作为“十二五”林业工作的重要内容，完全符合国家的政策导向。

1.2林业生物质能源树种资源丰富

木质能源是燃性最强的固体燃料之一，其热值比其他生物质能高，据中国科学院能源研究所测定，木材热值为18 418 kJ/kg，秸秆热值为15 488 kJ/kg，牛粪热值为15 070 kJ/kg[6]。按木质能源林生产要求，理想的木质能源树种应具有生存能力强、生长快、生物量高、萌芽更新能力强、可短轮伐作业、单位体积热值高、燃烧时无味无毒、易干燥、易燃烧等特性[7-8]。据报道，我国有70多种热值较高的木质能源树种。河南省主要木质能源树种有柳树、杨树、刺槐、栎类、桤木、竹类、马尾松、紫穗槐等乔木或灌木树种，这些树种大部分栽培技术比较成熟，大多是河南省主要造林树种，有一定的种植规模。河南省主要的油料能源树种有油茶、油桐、乌桕、黄连木、核桃等，重点分布于豫西伏牛山区及豫南大别山区，资源比较丰富。

1.3林业生物质能源林发展空间广阔

河南省生物质能源林的发展主要方向：一是对现有林进行科学培育；二是利用无林地或疏林地重新造林。通过对现有林的培育，可为能源林的发展提供广阔空间。河南省现有林地中，用材林面积87.73万hm2，经济林面积70.80万hm2，竹林面积1.78万hm2，薪炭林面积5.97万hm2。其中竹林和薪炭林都是很好的能源林，只需开展技术性培育就能达到很好的效果；经济林在改造过程中可以兼顾发展油料能源林；用材林间伐过程中可兼顾发展木质能源林。河南省大面积的无林地和疏林地为能源林发展提供了可能。根据河南省林业厅2005年的森林资源现状信息，当时全省无林地面积78.54万hm2，占林业用地面积的17.21%，其中宜林荒山荒地面积72.25万hm2、采伐迹地面积3.55万hm2、火烧迹地面积0.32万hm2、宜林沙荒地面积2.42万hm2；疏林地面积9.03万hm2，占林业用地面积1.98%。近年来，通过造林绿化和实施林业生态工程，无林地和疏林地面积虽有所减少，但还有很大的可利用空间。

1.4林业生物质能源林培育基础较好

河南省生物质能源林发展不仅有较好的人工培育基础，而且有较厚实的科研基础。油料能源林方面，科研部门开展油茶、油桐、核桃的丰产栽培技术研究较早，成果较多，人工栽培历史较长。据初步调查，河南省现有油茶面积约1.7万hm2，纯林比重较小，集约化程度较高；混交林比重较大，多为粗放经营。油桐在大别山区多与茶叶混交栽培，集约化程度较高。核桃是豫西山区的主要油料干果树种，林业部门开展研究早，山区生产基础好。乌桕在20世纪80—90年代开展过资源清查和丰产栽培技术研究，人工林较多，但因加工等环节没有跟上，现在纯林较少，丘陵山区散生分布较多。黄连木主要为散生状态，也有小片集中分布，品种有待查清。木质能源林方面，柳树、杨树、刺槐、栎类（如麻栎、板栗、栓皮栎、青冈等）、桤木、竹类（毛竹、桂竹、淡竹、刚竹、哺鸡竹等）、紫穗槐、马尾松等重点树种在河南省都有研究和栽培基础。特别是杨树、刺槐、竹子均有大面积栽培，紫穗槐广泛用于水土保持灌木林建设，栎类是河南省丘陵山区重点造林树种。此外，20世纪80年代，全省林业部门还开展了大规模的树木引种工作，还参加了全国薪炭林科技攻关项目，在丘陵山区建立了多个薪炭林试验点，在优良树种选育、栽培技术、综合效益、开发利用等方面取得了一些成果，为进一步开展能源林研究奠定了良好基础。

2存在的问题

虽然发展生物质能源林前景好，河南省各地发展的热情也很高，但制约能源林发展的一些问题也不容忽视，归纳起来主要有以下3个方面。

2.1资源不清，缺乏生物质能源林中长期发展规划

截至目前，河南省还没有开展专门的能源林资源清查工作，现有的数据主要来源于全省森林资源清查结果，在资源分类和调查方法上都不全面，不能准确反映能源林树种资源分布区域、现有面积或数量、现有林分或林分生长情况以及可用于培育能源林的荒山荒地面积等真实情况。

2.2优质能源树种的选育和高效培育工作滞后

目前，河南省生物能源树种不少，但优良品种不多。就油料能源林而言，在全国油茶产区中，唯独河南省没有自己的优良品种。乌桕、油桐虽开展过种质资源调查，但没有进行系统的良种选育，也没有通过审定或认定的良种。黄连木资源尚不清楚。就木质能源林来说，近年来，对杨树、刺槐的良种选育及丰产栽培研究成果较多；20世纪80年代开展过马尾松薪炭林研究。总之，河南省优质生物质能源树种选育和高效培育工作滞后，不能满足产业发展的需要。

2.3现有生物质能源林利用率低

油料能源林大多采用传统土法进行生产，加工剩余物基本废弃不用。木质能源林大多采用直接燃烧，热能利用率低。

3对策

3.1依据国家政策及河南省实际，制定生物质能源林中长期发展规划

把生物质能源林的发展纳入林业“十二五”规划及生态省建设规划。先要摸清家底，实事求是，做好基础工作，立足长远发展。制定目标要切实可行，不与别的省份攀比，不盲目跟风。各项目标要落实到田间地头、科研院所，不能以规划落实规划。

3.2以乡土生物质能源树种为基础，加强良种选育、丰产培育及加工利用技术研究

产业要发展，资源是基础，良种是关键。由于林木生物质能源是新兴行业，应持审慎发展的态度。在没有掌握培育技术的情况下，不宜大量无序发展。近年来，河南省林业部门相继开展了麻疯树、光皮树、文冠果等能源树种的引种试验研究，但效果均不理想。按照我国能源林发展区域规划，河南省重点发展的树种是黄连木。据调查，黄连木大部分是雌雄异株，由于雄花和雌花花期不一致，因此产量不稳定，病虫害也较严重。因此，加强黄连木良种选育及丰产培育技术研究是当前的首要工作。应积极与相关省份的研究部门开展合作，尽快解决区域性的技术问题，指导生产，提高效益。

3.3培植引进龙头企业，以需求带动投资，以投资促进生产

企业生产需要有稳定的原料基地作保障，从现行的林业企业发展模式看，许多企业在投产之前，都会在项目投资区建设一定规模的原料林，进而带动当地群众的造林积极性。因此，市场需求的引领往往比政府的政策引导更有效。

3.4大力培育生物质能源林，注意多林种统筹协调发展

河南省过去发展林地主要用作生态林、用材林、防护林，形成了配套的经营管理技术，单一的能源林较少，因此现在单纯地提倡能源林是行不通的。林地主要的任务还是保护生态，经营林地主要是为了发挥其多功能、多效益，这意味着能源林的栽培技术也不相同，而且能源林不能是纯林，必须是混交林。除保护生态外，能源林不仅能够提供人们所需要的生物质燃料原材料，还具有生产肥料等功能。要防止因发展能源林而出现生态不稳定的问题[2]。因此，营造生物质能源林时不要大面积营造，要尽量保持植林区域原有的生态系统，因地制宜，统筹发展。

4参考文献

[1] 何祯祥，王伟.中国能源林业研发现状与发展策略[J].林业科技开发，2006（4）：8-11.

[2] 袁振宏.生物质能源开发应用现状与前景[C]//中国林业生物质能源发展研讨会论文集.北京：国家林业局，2006.

[3] 程传智.木本油料植物种源研究及开发现状[C]//中国生物质能技术与可持续发展研究会论文集.淄博：山东理工大学，2005.

[4] 王涛，侯新村，于海燕.中国生物柴油木本能源植物的调查与研究[C]//中国林业生物质能源发展研讨会论文集.北京：国家林业局，2006．

[5] 周本智，傅懋毅，杨校生，等.我国能源竹类资源及其开发潜力[J].世界林业研究，2006（6）：49-52．

[6] 张建国.中国薪炭林培育技术[C]//中国林业生物质能源发展研讨会论文集.北京：国家林业局，2006．

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一、发展生物质能的四大好处

(一)再造绿色大庆，增加能源供给。我国有大量以淀粉、油脂、纤维素、半纤维素及木质素等为主要成分的生物资源。我国粮食年产量为4．5―5亿吨，同时产生秸杆7亿多吨；还有大量不易种农作物的土地，可以作为能源等专用植物种植的土地约有1亿公顷，再加上南方10亿亩山坡和3亿亩冬闲田的利用，每年可生产10―15亿吨生物质，可产酒精和生物柴油约1亿吨左右，至少相当于大庆油田的产量。

(二)减少二氧化碳排放，改善生态环境。目前，我国CO2的排放总量仅次于美国而居世界第二位。生物质能不但在使用过程中不会大量产生CO2，而且绿色植物在进行光合作用时还要吸收大量CO2，从而大幅度减少CO2的排放量。

当前，农业废弃物现象是我国最大的能源污染，每年有20―25亿吨畜禽粪便造成了严重的环境污染和疾病传播隐患。大量作物秸杆被遗弃在田间地头，就地焚烧，烟气污染十分严重。利用生物技术可使畜禽粪便、秸杆类木质纤维素转化为沼气、燃料乙醇或其它产品，既有利于根治“畜牧公害”和“秸杆问题”，又能缓解农村能源短缺的问题。

(三)创造就业岗位，增加农民收入。发展生物质能的最大意义是有利于解决“三农”问题，可以创造就业岗位，增加农民收入，保持农村社会的稳定。创造一个绿色大庆就相当于1500亿元人民币的石油进口费转让给了农民和生物能源企业，而且可以创造上千万个就业岗位。我国年产玉米1．2亿吨左右，占世界玉米年产量的20％，居世界第二位。其中2／3没有经过深加工作为饲料使用，直接损失淀粉3000万吨。若经过深加工，利用3000万吨淀粉可生产1300万吨的燃料乙醇，替代等量的汽油并按现行油价计算，仅此一项可以节约195亿元人民币。种植高粱等生产乙醇，组织规模化生产和加工也可增加农民收入。

(四)发展生物化工，推动化工革命。延长生物质能的产业链，利用生物乙醇生产乙烯、聚乙烯、环氧乙烷等生物化学材料，大幅度提高生物能源工业的附加值。据预测，到2010年我国乙烯需求量将达2500万吨，部分依靠进口。若发展生物乙烯替代进口，将用于进口的费用转让给国内的生物化工企业，这些企业向农民收购原料，还可增加农民收入上千亿元人民币。

二、发展生物质能要消除的四大误区

(一)消除与人争粮的误E。甜高梁、甘薯、木薯、秸杆、甘蔗都可以作为生产燃料乙醇的原料。各种废油、油菜籽都可以用来生产生物柴油。所以不能误解为生物质能就是把粮仓变油箱。相反，生物质能将起到一个粮食安全平衡器的作用。

(二)消除与粮争地的误区。生物质能的原料生产，可以利用不宜种植农作物的荒地、坡地、改良后的盐碱地，还可利用休闲的土地，完全可以做到不与生产粮食争地。

(三)消除生产成本高的误区。生物质能的技术进一步改进，有望成为成本最低的能源之一，而且比核能、煤炭安全得多。初步测算，三峡工程总投资约1800亿元人民币，2009年完成后，年发电860亿千瓦时，相当于一个大庆的能源当量，而同当量的发展生物质能只需不到50％的投资就能创造一个绿色大庆。

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关键词 生物工程 新型能源

中图分类号：F206 文献标识码：A

Application of Biological Engineering in New Energy

LV Ge

(Hubei University of Technology, Wuhan, Hubei 430068)

Abstract The main features of the new energy is clean and renewable. The new energy is an important direction for future development of energy industry. Bio-energy as a new technology, the development of the energy industry has a pivotal role. This article highlights the link between the bio-engineering and new energy, and study the role of biological engineering in promoting human energy exploration.

Key words biological engineering; new energy

1 什么是生物工程？什么是新型能源？

生物工程是上世纪70年代兴起的一门具综合型和应用型一体的学科，到了90年代才诞生了系统性的生物工程。现代生物技术主要是指对生物体进行基于个体、细胞甚至分子水平上通过技术手段根据我们的目的，进行设计和操作，从而达到设计期望的目的。这其中包括发酵工程、酶工程、细胞工程和基因工程。尤其是基因工程发展潜力加大。目前设计的生物工程技术将会为人类解决诸如环境、粮食等问题。

新型能源是指通过新技术进行开发的可以再生的能源。目前常见的包括太阳能、水能、潮汐能等，还有常见的甲醇、酒精等也是属于新型能源的范畴。随着石油、煤炭等不可再生常规能源的消耗和在使用过程中对环境的破坏，对新型能源的研究将得到各国的加倍重视。使用新型能源已经成为了新时代的能源总趋势。

2 为什么要开发新型能源？为什么要将生物工程应用到新型能源的开发？

石油、煤炭等能源都是不可再生资源，用一点就少一点，这就造成了燃料成本的不断提高，这样显然会影响到社会发展，而现代的社会对石油和煤炭能源的依赖又是有目共睹的；同时，石油煤炭等能源的使用过程中会对环境造成严重的破坏，这加剧了全齐变暖的趋势，种种迹象表明，研究出来一种可以代替石油、煤炭的能源迫在眉睫。

根据多年的实验室经验，从牧草、农业废物和其他非食品植物的纤维素物质中提取的液态燃料，是最有潜力用来代替石油的。

现在，主流的生物燃料是乙醇。但是仅仅是适用于汽油发动机，而无法满足航空用油和柴油机用油的需求。同时，大量使用乙醇也会对油罐、输油管道造成腐蚀，所以一种新型的高级燃料呼之欲出。

有研究表明对酵母菌和大肠杆菌的基因进行修改后，经过一系列的反映可以制造出没药烷。通过科学家们对没药烷的研究和性能测试，可以看出没药烷具有高级能源的潜能。

这是一个很具有标志性的通过生物工程研究新型能源的案例，这样一个案例也充分说明了生物工程将对新型能源的开发和利用起到关键的作用。

3 生物工程在新型能源中的发展前景

3.1 氢能

3.1.1 发展新型燃料电池

使用氢、甲烷等制造的燃料电池在使用过程中，直接和氧气发成反应，产生电能。特点是能源转化率高，污染低。这是使用比较普遍的一种能源利用方式。传统的氢气的采集方法主要有水电揭发制氢、太阳能制氢和天然气或者工业尾气分离制氢。新型的生物制氢目前正在一步步的走向成熟。最近的统计数据显示，90%的制氢工业是使用如天然气等天然碳氢化合物分离提取的方法；这样的制氢方法压迫消耗大量的矿物资源，这不能从根本上解决能源缺乏的问题。而利用秸秆等生物质进行制氢则是颇有前景的方法。目前为止，生物制氢一般会使用的微生物哟蓝绿藻、细菌、光合菌等。目前研究最多的就是蓝细菌，但是他本身有弊端，就是在放氢的同时，伴随氧的释放，氢酶易失活。光合细菌可利用光合作用将太阳能转化从氢能，这个从理论上是最理想的制氢途径。

3.1.2 开发军民两用的生物能源

现在，不论是民用汽车交通运输工具还是兵用机动装备，都是用柴油、汽油为燃料，这样的话如果是将氢能最为燃料那将是一个大大的进步。这样说是因为氢能作为燃料，有其自身的优势。首先，氢能的释放过程是纯净的，（下转第250页）（上接第198页）不会污染环境；其次氢能的热效率极高，甚至是汽油的三倍；最有生物制氢有极大的潜力。

3.1.3 充分利用有机垃圾或有机废水为原料生产氢能源

生活垃圾的处理困扰着人类，造成的环境问题也是不容忽视的。经过研发，用生活垃圾为原料制取氢气具有极大的开发潜力。这种方法产氢率很高。经过实验可得出结论，每一公斤生活垃圾可以获取49升的氢气，产氢后的残渣，是无臭味的糊状物体，依然有成为农田有机肥料的价值。这样一个工艺有下几个特点：①制氢系统运行稳定；②获取氢气的纯度较高；③可持续产氢；④未采用纯菌种。

3.1.4 微型绿藻是索取氢能的最廉价途径

微型绿藻是一种低能植物，具有分布广、繁殖快的特点。它只要是在满足水、光照的条件下就可以制造氢气。经过试验可以发现，人工控制可以使绿藻按照要求生产出氢气。使用这种方法，要注意两点：首先，通过细胞固定化技术，存在提高微型绿藻产生氢气的持续能力；第二，通过基因工程技术，可以使微型绿藻生产氢气的能力有大幅度的提高。这是一种最廉价的制氢途径。

3.2 以CO2废气为原料开发新能源

CO2是造成温室效应等环境问题的主要原因。所谓温室效应，是指由于地球表面气温升高的现象。工业发展过程中燃烧太多的石油、煤炭和天然气，这过程中释放出来的大量CO2进入大气，而CO2又有吸热和隔热的功能，这就像是在大气中形成了一层玻璃罩，使得地球表面的热量不能回到外层空间，所以地球表面的温度就上升了。

从另外一个角度来讲，CO2又是一种化工原料。我们可以采用生物方法通过化学反映将其变成能源。现在较普遍的方式是这样的：利用藻类植物，特别是单细胞藻类（无论是真核或原核），在光照条件下它们可以进行光合作用将CO2吸收，同时将太阳能储存起来，这样藻类植物就成了一个巨大的能量库。

3.3 微生物发酵备制酒精

乙醇是又一种无污染的清洁能源，也是一种重要的再生能源。它有着无污染、效率高、燃烧完全的特点。现在可以用到的就是用乙醇稀释汽油，从而代替铅汽油，这样功效提高了15%左右，同时这样还较少了污染。现在常用的制取乙醇方法有两种，一是用废弃农业秸秆生产乙醇，二是用绿藻生产。在我国，有大量的废弃农作物秸秆，我们有能力也有技术将其转化成能源。同时这样的成本也低于使用粮食发酵乙醇。使用绿藻备制乙醇，也是很有潜力的。在光照条件下，它将CO2转化为淀粉贮藏，在无光活弱光条件下将淀粉转化为乙醇。这样既不会造成环境污染，又能够吸收造成温室效应的CO2。

4 结束语

随着石油、煤炭、天然气等不可再生资源的迅速减少，能源问题已经成了社会发展的一道坎。能否找到可以代替石油等常规能源的新型能源已经成为我们人类社会继续发展的关键。我们现在所知道的以可再生资源生产的生物柴油、氢气和燃料酒精等，具有清洁、高效的特点。我们可以抓住这样一个思路，沿着这样一条路走下去。随着生物技术的不断发展，木聚糖酶、纤维素酶等关键酶有了极大突破，这标志着我们通过纤维素发酵备制酒精的目标将要实现了。我国可以以丰富的动物油脂、植物油脂资源为依托，大力发展生物技术备制新能源。还有饭店产生的煎炸油，也是一种丰富的原料，还可以解决地沟油的问题。生物工程应用到新能源开发技术已经有了一个清晰的思路，但是如果要投入到工业化大规模生产，还是有一个关键性问题亟待解决。

参考文献

[1] 钱伯章,夏磊[J].现代化工,2002.22(9).

篇8

[关键词]生物质能源开发；存在的问题；商业模式创新

对策与建议

开发利用生物质能源是人类社会发展的必然，是缓解我国能源矛盾，改善和保护生态环境的战略举措，对维护我国能源安全，改善能源结构、发展循环经济必将发挥重要作用，发展生物质能源前景广阔，方兴未艾。然而，发展生物质能源的道路是不平坦的，存在着许多制约因素。就开发湘西州永顺县生物质能源，笔者认为，必须破解难题，创新生物质能源开发商业模式。

一、当前生物质能源开发存在的问题

生物质能具有产量大、可再生、可储存、碳中和等优点。理论上生物质是可行的替代能源，但实际应用并不尽如人意。

(一)原料成本之困――原料涨价

一是能量密度低，原始成本高。与其他非水能的可再生能源相类似，生物质的能量密度低，需要大量的土地。在倡导种植非粮作物和利用边际性土地的“非粮”、“非耕地”路线下，产量和能量密度都低于普通粮食，原料成本还是很高。不管是否与民争粮还是与粮争地，目前的生物燃料的原料成本都很难控制，无法摆脱对补贴的依赖。

二是物流不经济，中间成本高。此外，生物质物流也很不经济，需要耗费大量的人力、物力进行收集、储存、运输，在生产出洁净能源的同时也要消耗大量的能源，甚至污染环境，很难形成闭合的能量循环系统。

(二)技术瓶颈之困――第二代技术仍存在不确定性

生物质能源开发技术发展水平参差不齐，转化成本高、效率低。液体生物燃料存在关键转化技术不成熟、生产成本过高等问题，离产业化尚有一定差距；固体成型燃料加工设备的能耗较大，约在90-100千瓦小时／吨，原材料收购价格波动大，季节性因素导致收储难；生物质气化集中供气存在无成熟的生物质类洗焦废水净化技术，燃气热值低，气化机组运行连续性差，自动化水平低等问题；关键设备依赖进口，我国大中型沼气、固体成型燃料以及生物质直燃锅炉设备的核心技术与国外先进水平还有很大差距。现有项目多停留在中试阶段，且短期内很难有大的突破。

(三)政策支持乏力――政策反复裹足不前

生物质能源产业化发展受原料高成本的影响，大部分生产企业需要额外的补贴、税收优惠才能赢利或生存。但目前政策补贴不够完善。生物质能源扶持政策缺乏系统性和配套性，在多种能源产品和规模上未给予明确的支持和指引。有些政策补贴起点过高，如财政部《秸秆能源化利用补助资金管理暂行办法》(财建[2008]735号)仅支持注册资本金1000万元以上、年消耗秸秆量1万吨以上的大中型企业，导致多数企业无法得到补贴；有些政策设计不完整，补贴仅针对直接生产环节，对消费能源产品的终端用户则没有补贴。

(四)商业环境不成熟――销售不畅、融资困难

一是缺乏系统的产业链。生物质能的开发还需要高效率的商业生态链条。首先种植环节就是一个复杂的系统工程，之后还需在收购、调配、销售、技术服务等方面进一步整合。生物柴油的原料问题突出，废弃油脂的收集、运输等环节缺乏有效的组织，“地沟油”等废弃油资源的利用率仍然较低。培育高含油量和高生态适应性品种是生物柴油的关键。遗憾的是，中国的生物柴油产业在初期没有打好基础，各地盲目种植油料树木，品种单一，形成“南方只有麻风树、北方只有黄连木”的局面。而大面积单一树种增加了虫害等问题，造成产业环境恶劣；而且，按照现有的信贷标准，树木种植不能抵押，难以获得银行贷款。而木本植物种植周期长，投入大，若没有商业银行贷款支持，企业很难独立承担，造成融资困难。

二是商业模式难建立。生物质能源产业发展模式缺乏市场竞争力。目前，技术略为成熟的主要是糖淀粉制燃料乙醇、植物油或地沟油制生物柴油、农林废弃物制固体颗粒燃料、沼气利用等，但其中真正具备市场竞争力(成本优势)的并不多。

二、创新永顺县凯迪阳光生物质能源开发商业模式的建议

要解决生物质能源开发存在的问题，就湘西州永顺县而言，要在湘西州永顺县农业专业合作社发展的基础上有继承、有发展、有创新，巩固成效，解决问题，消除制约因素，创新生物质能源开发的商业模式，把生物质能源开发做大做强。

(一)以价值理念模式创新，实现企业、农民、政府多方共赢

一是要树立民生理念。湘西州永顺县凯迪阳光生物质能源建设项目用凯迪独有的“不与人争粮，不与粮争地，不与民争利”的发展理念，用“规划一个片区，培植一个产业，改善一片生态，致富一方民众，发展一地经济”的系统工程，用“两个农业项目支持三个工业项目”的完美组合，用循环经济的发展模式，创造“地方有税收，部门有作为，农民有收入，员工有回报，企业有发展”的多赢商业模式。增加农村就业机会，增加农民收入，促进农村社会的和谐稳定，加快新农村建设的步伐。

二是要树立共赢多赢理念。湘西州永顺县凯迪阳光生物质能源建设项目以市场经济为导向，以现代林业理论为指导，以林权制度改革为契机，以公司的高新技术、雄厚资本和当地资源条件为基础，以坚持有利于“增量、增收、增效”为原则，以实现互利双赢、共同发展为目的，在平等合作、资源共享、优势互补的基础上，建立以节能、降耗、减排为主的绿色能源环保型企业，实现生物质能源的综合利用，改善生态环境，促进农民增收，推动永顺经济社会和谐社会的全面发展。将凯迪阳光生物质能源项目建设为互利多赢、协调一致、可持续滚动发展的有机统一体。

三是要树立“两型”企业理念。湘西州永顺县凯迪阳光生物质能源建设项目以科学发展观和建设资源节约型、环境友好型企业为目标，以现有的薪炭林、农林废弃物等资源为切入点，以宜林荒山荒坡及现有灌木林、低效林等林地资源为发展平台，进行资源整合以及高效开发，以示范基地建设联动农民参与，以工业反哺农业实现初级产品利润回归农民，促进工业原料保障以及农民增收协调发展，实现生态、经济、社会持续发展，企业、农民、政府、国家多方共赢。

(二)以发展模式创新，解决商业环境之困

湘西州永顺县凯迪电力的“低碳及循环经济+创新的经营模式+高技术壁垒”发展模式，与传统试点生物质能电厂项目相比，凯迪生物质发电具有更强的盈利能力，因为公司拥有较强的技术壁垒，采用全球领先的、具有自主知识产权的“高超高压循环流化床锅炉燃烧技术”，而使用该技术达到超高压等级的企业全球仅有三家，因此凯迪电力是当之无愧的国内生物质发电的领跑者。

能否稳定成本，是生物发电的关键，也是市场对公司最大，忧虑。凯迪生物质电厂采用创新商业模式即“‘循环经济+低碳经济’的模式实现了‘能源植物和农林废弃物一电能和燃料一灰渣一有机肥一有机农林产品’的完整的闭环流动循环经济体，公司不但符合目前国际 国内低碳、环保、节能的趋势，而且生物电厂盈利能力较高，内部收益率达8％-12％。”“三级燃料保障体系”商业模式，能够对燃料供应量、价格有较好控制力”。

(三)以技术模式创新，解决技术瓶颈之困

湘西州永顺县觊迪公司在广泛消化吸收国内外先进结晶煤燃烧技术的基础上，进行了大量的循环流化床技术开发和研制工作，形成了一大批具有自主知识产权的核心专利技术和专有技术，其中以循环流化床燃烧技术和防止设备碱金属腐蚀技术为重点。技术的不断成熟、拥有自主知识产权的核心技术和设备制造、适合中国资源状况的技术经验积累，为生物质能源产业的发展提供了保证。

要加强与科研院所的合作。重点加强与中南林业科技大学、湖南省林科院的合作，加快生物能源良种及新技术的推广速度，配合开展高产、稳产、多抗优良新品种的选有，以及生产栽培技术的集成创新，大力推广优良品种和新技术，依托林业科技推广网络，推广生物能源优良品种，建立丰产栽培示范基地。加大科技支撑力度，突破关键技术装备和核心装备的制约，加强产学研组合，组织联合攻关。

(四)以经营机制模式创新，解决政策扶持之困

一是构建管理机制。要实行科学规划，稳步实施，采用核心基地和周边面上分散基地相结合，以万坪镇为中心，向周围乡镇辐射，以能源林基地为中心的“一体化”模式，坚持政府推动、企业主导、农户自愿、乡村牵头的原则；坚持规模化、基地化、集约化、高产化的原则；坚持统筹规划、相对集中、用途不变、依法有偿、互利双赢的原则，全面推进我湘西州永顺生物质能源产业发展，实现经济、生态和社会效益同步增长。

二是构建政策资金投入机制。政策投入机制方面，要进一步完善财政补贴政策，逐步从建设投资补贴为主转向原料补贴、产品补贴、消费补贴和投资补贴四管齐下。一要加大生物质资源开发补贴力度。二要完善生物质能源产品的市场准入、监督和价格补贴。三要制定生物质能源产业专项税收优惠政策。鼓励社会资本进入生物质能源行业，扶持生物质能源产业发展。

三是构建持续发展机制。坚持“不与农争地，不与民争粮”的原则，分阶段稳步推进生物质能源产业发展，探索适应湘西州永顺县县情的发展模式。前期，优先利用有机废弃物等生物质资源，推进生物质燃气、生物质发电技术的发展。中后期，合理开发边际土地资源，积极稳妥发展能源农业和能源林业，扩大生物质能资源基础；推进纤维素液体燃料产业发展，显著增加生物质能在清洁能源和交通燃料供应中的比例。选择适合湘西州永顺县县情的产业化道路。一要支持和鼓励企业努力创造出适合湘西永顺县县情的、符合市场规律的商业模式，使生物质能源企业能够不依靠政府补贴而依靠自身的赢利能力发展壮大起来。二要根据湘西州永顺县不同地理环境、资源禀赋、能源需求等特征，择优、择需、有重点地扶持和推广相应的产业化工程，形成合理的生物质能源发展布局。三要完善支持企业发展多层次金融体系，引导更多的金融资本投入生物质能源的科技创新与产业化发展，激励企业发挥创新积极性。四要全面推进集体林权制度改革。进一步明晰产权，引导林地使用权合理流转，在维护生态效益的前提下，充分发挥其经济效益。积极探索一条适合永顺实际的生物质能源林基地建设商业模式，即农户+合作社+公司。从而确保基地的稳定、健康、可持续发展。

篇9

农业遥感平台包括航天平台、航空平台、地面平台三种，地面平台有三角架、遥感塔、遥感车等，主要用于近距离测量地物波普，获得地物细节影像。遥感技术并不是完美的，受技术水平、天气、地理位置、地形等方面的制约，存在着几何位置和辐射能量上的误差等问题。

1 遥感技术与能源作物

遥感技术已经广泛运用到精准农业中，给农业管理带来了革命性的改变。能源作物作为一种可再生能源，污染少、可再生等特点越来越受到国际社会的关注。针对能源作物的遥感技术也不断的发展进步[1]。

1.1 农业遥感技术现状

当前农业管理的内容包括施肥、除虫、产量、除草、质量、作物生长状态监视等，都可以通过遥感技术进行监测。遥感技术基于光谱信息的采集，可以发现人眼观察不到的信息，比如虫病感染、营养缺失、农药残留等。随着卫星技术的发展，遥感技术被广泛运用于土壤调查、农作物估产、水资源调查等领域。当然遥感技术本身也存在着一些缺陷，如光谱范围受限制、周转时间过长、无法实时观测、空间分辨率低等。

1.2 能源作物应用现状

生物能源指任何非化石生物材料所产生的热能来源，可以来自海洋及陆地，包括从废渣提取的甲烷、从玉米或甘蔗中提取的乙醇和柴火等。能源作物有三大类：糖类和淀粉作物、油类作物和木质纤维作物。糖类和淀粉作物方面，小麦和玉米在我国主要用于生产乙醇，乙醇生产成本低，具有很强的市场竞争力；油类作物方面，油菜、蓖麻、向日葵和大豆是主要油脂作物。油料植物分为草本植物和木本植物两种，我国对于生物柴油的研发比较晚，但发展速度较快。目前草本植物方面主要种植大豆和油菜，木本植物方面种植麻风树、绿玉树、光皮树、山枫子；木质纤维作物方面，多数木质纤维素类作物人处于开发和筛选阶段，大规模种植技术和运输问题也需要解决。Miscanthus由于养分需求少、不侵蚀环境、水量需求低等特点，已成为我国最具潜力的可再生能源来源[2]。

2 地面农业遥感平台在能源作物生物量监测中的研究与应用

2.1 地面遥感技术监测能源作物应用现状

与其他农作物监测采用的方法一样，能源作物遥感监测的方法包括卫星、小型飞机、地面遥感装置三种，各有优劣。卫星拍摄范围大但是分辨率低、周转时间长；小型飞机工作环境灵活，时间灵活，但存在着地域局限性。

2.2 地面农业遥感平台在能源作物生物量监测中的研究与应用

地面平台包括三角架、遥感塔、遥感车、遥感船、建筑物顶部装置等，用于近距离捕捉地物细节影像和地物波普。目前地面遥感平台的遥感塔搭建用的是高光谱分辨率的传感器，放置在38m高的云台上，可进行水平360°垂直90°的转动，钢塔一般设置在能源作物的中间，以方便进行全方位的观测。相比于其他遥感方式的不足，一塔式的独立遥感系统具有空间分辨率高、时间周转快、光谱分辨率高的特点。

但地面遥感平台也存在图像几何失真，遥感图像辐射失真等缺陷。造成图像几何失真主要原因有以下几点：遥感平台的运行状态；地球本身对遥感图像的影响；传感器内部失真；平台高度变化，轨道偏移和姿态变化等。造成图像辐射失真的原因有：传感器灵敏度特性引起的失真、太阳高度和地形引起的失真、大气因素引起的失真等，可通过纠正辐射亮度来消除辐射误差。

为了加强遥感图像的精确性，必须消除这些误差。消除几何误差有两种方法：建立几何失真的数据模型，利用数学模型消除几何失真；收集实地地物的真实坐标值，确定真实值与失真后图像间的关系，以校正失真误差。在实际操作中，通常会把两者连起来用。首先建立一个几何失真的数学模型，建立失真图像与标准图像之间的关系，实现不同图像空间中象元位置变换；然后利用这种对应关系把失真图像中的象元转化到标准空间中，主要有直接转换法和重采样法两种手段。

篇10

好的科幻故事往往建立在现实世界的科技创新基础上，并由此展开合理的想象，无怪乎美国杜克大学的神经系统学家米格尔・尼古莱利斯感叹：“《阿凡达》影片中展现的内容与我们当前正在实施的实验有着惊人的相似之处。”

尼古莱利斯是一个有多国科学家参与的研究计划“重新行走项目”的首席科学家。目前，该项目正尝试将生物“湿件”融入机械硬件――外骨骼“神经假体”装置，当它披挂在瘫痪者身上时，可从大脑接收行动指令。

前不久，训练猴子利用脑波活动控制它们自己的“化身”已获得初步成功：在位于美国北卡罗来纳的实验室，研究人员训练一只猕猴在跑步机上直立行走。接着，他们从插在猕猴脑部的电极获取神经信号，通过互联网将其连同视频一起发给位于日本的一个实验室，而该实验室里的一个机器人接收信号后，可以随猕猴做出同样的动作。

可以想见，当大脑(神经)信号能够转变成电子信号时，通过大脑控制电子装置，进而控制肌肉就有可能实现。这类研究对于重度瘫痪者来说具有十分重要的现实意义。而且将人类的神经系统直接与机器连接起来，对于理解神经信号控制与移动的细节十分必要，对理解思想、情绪与神经活动的关系也有不可忽视的影响。假如有一天，一位外科医生能够将自己的手和机器人的手建立联系，那么他就能够在此基础上实施远程手术。

面向开放的未来，人类的电子化或许将会成为一种趋势。事实上，想象中的电子人已经进入科学研究的视野。电子人也叫半机械人，在英文中是控制论的生物体一词的简称。一个电子人的诞生，意味着将人的神经细胞、肌骨骼和其他系统与电子装置产生联系，使人体的各项功能得到提高或延展。

眼下欧美许多研究机构正在开发“大脑一计算机接口”，企望它们能够反映出大脑闪现的念头，并将其转化为计算机能够理解的信号。例如，德国科学家研制的一套计算机软件，可以识别大脑产生的与运动意念有关的神经生理信号，也有望学会把所测到的信号与某种特定的运动挂钩。