釀酒科技2007 年第11期(總第161期).LIQUOR-MAKING SCIENCE & TECHNOLOGY 2007 No.11(ToL161)利用馬鈴薯生產(chǎn)燃料乙醇的可行性分析李清明',譚興和1,熊興耀2,周紅麗',張喻', 胡亞平1(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院,湖南長(zhǎng)沙 410128;2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝園林學(xué)院 ,湖南長(zhǎng)沙410128)摘要:探討馬鈴薯生產(chǎn)燃料乙醇對(duì)解決我國(guó)面臨的能源危機(jī)、三農(nóng)問(wèn)題、糧食安全和環(huán)境問(wèn)題上的作用,以及其在可持續(xù)發(fā)展和循環(huán)經(jīng)濟(jì)中的地位，認(rèn)為利用馬鈴薯生產(chǎn)燃料乙醇能兼顧糧食安全和能源安全,具有重要戰(zhàn)略意義,生產(chǎn)過(guò)程對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響在現(xiàn)有的環(huán)保技術(shù)條件下可以得到克服。關(guān)鍵詞:燃料乙醇; 能源安全; 糧食安全; 馬鈴薯中圖分類號(hào):TS262.2;TS261.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào): 1001- -9286(2007)11-0125-03Feasibility Analysis of Fuel Ethanol Production from PotatoLI Qing- ming' ,TAN Xing-he', XI0NG Xing-yao', ZHOU Hongli, ZHANG Yu' and HU Ya-ping'(1College ofFood Science and Technology,Changsha, Hu'nan 410128;2.Horticulture and LandscapeCollege,Hu'nan Agriculture University, Changsha, Hu'nan 410128,China)Abstract: The roles of fuel ethanol production from potato in China in solving the problems of energy crisis, issues con-cerming agriculture and countryside and farmers, food security and environmental pollution, and its status in sustainable so-cial development and cyclic economy were introduced in this paper. China could use such technique to secure both food se-curity and energy security and it is of important strategic signifcance. Besides, the negative impact on environment in fuelethanol production from potato could be overcome by the use of present environmental protection techniques.Key words:energy security; food security; fuel ethanol; potato隨著化石能源的日益枯竭和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重,冬閑田種植馬鈴薯,以馬鈴薯為原料發(fā)展燃料乙醇有著利用能源作物生產(chǎn)生物液體燃料受到了世界各國(guó)的高獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),既不沖擊我國(guó)的糧食市場(chǎng),也不占用糧食度重視。美國(guó)，巴西、歐盟等國(guó)家和國(guó)際組織的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)耕地,必要時(shí)還可作為糧食,同時(shí)可大幅度增加農(nóng)民收表明,以玉米、甘蔗薯類、甜高粱等為原料生產(chǎn)燃料乙人，調(diào)動(dòng)農(nóng)民的生產(chǎn)積極性,是我國(guó)南方地區(qū)最有發(fā)展醇,對(duì)于建立持續(xù)發(fā)展的能源系統(tǒng),促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)前景的能源作物。展和生態(tài)環(huán)境的改善都具有重大意義。巴西燃料乙醇原1馬鈴薯燃料乙醇技術(shù)可行性分析料是甘蔗,美國(guó)燃料乙醇原料是玉米,歐洲用得比較多的是馬鈴薯"。在加拿大,燃料乙醇原料是玉米、小麥、大在我國(guó),80 %的乙醇是利用淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)的。發(fā)麥,部分地區(qū)使用馬鈴薯作為原料四。酵方法制乙醇在我國(guó)有悠久的歷史,發(fā)酵技術(shù)已經(jīng)很成馬鈴薯是重要的糧菜兼用作物和工業(yè)原料。我國(guó)熟。我國(guó)乙醇行業(yè)的出酒率已接近世界水平,淀粉利用2005年馬鈴薯種植面積488.09萬(wàn)公頃，約占世界面積率達(dá)到85 %~92 %;淀粉出酒率為53 %~55 %。隨著的25 %,產(chǎn)量7086.5萬(wàn)噸凹,約占全世界總產(chǎn)量的19 %生物酶技術(shù)的發(fā)展,糖化酶、淀粉酶技術(shù)和高效酵母菌和亞洲的70%,居世界首位。目前,我國(guó)馬鈴薯的工業(yè)使淀粉出酒率和原料利用率有很大提高。化加工轉(zhuǎn)化率不到5 %,如果利用馬鈴薯作為燃料乙醇鮮馬鈴薯含水量為68%~85%，淀粉含量為9%原料,能極大地帶動(dòng)我國(guó)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。發(fā)展馬鈴~25 %,粗蛋白0.7%~3.67 %,灰分0.5%~1.87 %。馬薯產(chǎn)業(yè)正成為我國(guó)農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整、增加農(nóng)民收入的鈴薯淀粉顆粒大小范圍為15~100 μm,平均約65 μm,戰(zhàn)略選擇之一。為常中國(guó)煤化工制化溫度59~64 C,在我國(guó)能源供需缺口不斷擴(kuò)大的情況下,利用南方直鏈fY片CN M H C為一種優(yōu)良的淀粉質(zhì)基金項(xiàng)目:湖南省科技計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目“利用馬鈴薯生產(chǎn)燃料酒精的關(guān)鍵技術(shù)研究"資助。收稿日期:2007-07-16作者簡(jiǎn)介:李清明(1973- ) ,男,湖南漣源人，講師,在讀博士生,從事食品工程與機(jī)械方面的教學(xué)與研究。125釀酒科技2007 年第11期(總第161期)-LIQUOR MAKING SCIENCE & TECHNOLOGY 2007 No.1(ol.1)原料,利用其生產(chǎn)燃料乙醇技術(shù)是成熟的。收獲時(shí)間正好是全國(guó)馬鈴薯供應(yīng)的淡季,是中國(guó)馬鈴薯如在湖南可以種植春、秋和冬三季馬鈴薯,另外,在生產(chǎn)的重要補(bǔ)充。在我國(guó)南方利用冬閑田發(fā)展馬鈴薯生湖南西部有大量的山區(qū),每年有近200萬(wàn)畝的紅薯種植產(chǎn)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)前景廣闊,潛力巨大,有較好的面積,上市時(shí)間在10月份,可以保證4個(gè)月的紅薯原料經(jīng)濟(jì)效益,對(duì)促進(jìn)我國(guó)冬季農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,增加農(nóng)供應(yīng),因此利用馬鈴薯為主要原料,以紅薯等為補(bǔ)充原民收人,發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)具有十分重要的意義。利用南方料生產(chǎn)燃料乙醇,能較好的保證原料的供應(yīng)。馬鈴薯和.冬 閑田種植馬鈴薯,發(fā)展燃料乙醇,在保證糧食安全、能紅薯在收獲后,由各種植戶就地曬干,工廠以收購(gòu)薯干源安全和促進(jìn)新農(nóng)村建設(shè)等方面具有重要戰(zhàn)略意義。為主,這樣有利于原料的貯藏,降低原料運(yùn)輸成本。2.2 利用馬鈴薯生產(chǎn)燃料乙醇與我國(guó)新農(nóng)村建設(shè)我國(guó)南方可利用的冬閑田就有3億畝，以推廣2利用馬鈴薯 生產(chǎn)燃料乙醇的意義1000萬(wàn)畝計(jì)，每年至少可以為農(nóng)民增加50億元收人。2.1利用馬鈴薯生產(chǎn)燃料乙醇與我國(guó)糧食安全利用馬鈴薯等可再生性淀粉質(zhì)資源作為原料生產(chǎn)根據(jù)<中國(guó)環(huán)境狀況公告》和<中國(guó)土地資源公告》燃料乙醇,還對(duì)增加農(nóng)民收人、拓寬農(nóng)業(yè)渠道,具有重要披露的資料, 1995 ~2003年我國(guó)耕地面積由19.51 億畝的現(xiàn)實(shí)意義,可解決鄉(xiāng)、鎮(zhèn)大批剩余勞動(dòng)力就業(yè)。這樣的減少為18.51億畝,8年共減少1億畝，年均減少1250農(nóng)副產(chǎn)品轉(zhuǎn)化是一種高科技和高附加值的轉(zhuǎn)化,有利于萬(wàn)畝。隨著城鎮(zhèn)發(fā)展道路與廠礦建設(shè)、災(zāi)毀耕地以及生國(guó)家,也有利于農(nóng)民,有利于我國(guó)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的振興。態(tài)建設(shè)的退耕等多方面原因,我國(guó)耕地減少局面還將持如果同時(shí)提供科學(xué)的種植方式和順暢的銷售渠道,續(xù)。根據(jù)糧食單產(chǎn)提高的幅度耕地資源和糧食占總播則能提高農(nóng)戶種植馬鈴薯的積極性,達(dá)到增產(chǎn)增收的目比例等多因素分析和預(yù)測(cè),到2010年糧食缺口達(dá)3500的。萬(wàn)問(wèn)。作為一個(gè)人口巨大的國(guó)家,保證糧食安全是第一再者,發(fā)展燃料乙醇需要大量的原料,這樣必將為位的。國(guó)家發(fā)改委、農(nóng)業(yè)部、稅務(wù)總局、林業(yè)局近期印發(fā)的我國(guó)長(zhǎng)期發(fā)展落后的農(nóng)業(yè)發(fā)展注人新的活力。研究表明,與石油、煤炭、天然氣、核能等傳統(tǒng)能源產(chǎn)業(yè)相比,生《關(guān)于發(fā)展生物質(zhì)能源和生物化工財(cái)政扶持政策>中,將物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)能創(chuàng)造更多的就業(yè)機(jī)會(huì)。在工業(yè)化國(guó)家中,“堅(jiān)持不與糧爭(zhēng)地,促進(jìn)能源與糧食‘雙贏'”放在三原則陸上石油業(yè)(包括開(kāi)采、冶煉和銷售)生產(chǎn)每百萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)的首位。同時(shí)，國(guó)家發(fā)改委12月18日下發(fā)的《關(guān)于加強(qiáng)油的能源需要的工作崗位為959個(gè),煤炭業(yè)為925個(gè),玉米加工項(xiàng)目建設(shè)管理的緊急通知>明確提出,我國(guó)將天然氣業(yè)為430個(gè)，而生物質(zhì)固體燃料業(yè)為3000~“堅(jiān)持非糧為主，積極穩(wěn)妥推動(dòng)生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)5000個(gè),生物乙醇業(yè)為18000~28000個(gè)問(wèn)。發(fā)展燃料乙展”。這些均表明，國(guó)家對(duì)新上糧食燃料乙醇項(xiàng)目不再鼓醇能極大地緩解當(dāng)今的就業(yè)壓力。勵(lì),并進(jìn)行嚴(yán)格控制。.2.3 利用馬鈴薯生產(chǎn)燃料乙醇經(jīng)濟(jì)性分析我國(guó)南方可利用的冬閑田就有3億畝左右,僅湖南利用馬鈴薯生產(chǎn)燃料乙醇,其加工與流通成本與玉省有4000萬(wàn)畝冬閑田,通過(guò)發(fā)展冬種馬鈴薯,改變了過(guò)米、小麥基本相同,因此原料成本是最大的成本因素,通去純水稻的單- -生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，變雙季稻為“稻-稻-薯"或過(guò)培育高產(chǎn)和高淀粉含量的專用馬鈴薯,就可大幅度降“稻(菜)-菜(稻)-薯"的生產(chǎn)結(jié)構(gòu),以在南方推廣5000低原料成本。另外,由于利用冬閑田種植馬鈴薯,不占用萬(wàn)畝計(jì)算,每年馬鈴薯產(chǎn)量可增加1億t以上,可以生耕地,不影響糧食生產(chǎn),發(fā)展?jié)摿薮?。產(chǎn)出燃料乙醇1000萬(wàn)t左右，足以滿足我國(guó)燃料乙醇南方如若大力發(fā)展利用馬鈴薯生產(chǎn)燃料乙醇項(xiàng)目,的需求。利用冬閑田種植馬鈴薯,既提高了土地利用率,應(yīng)當(dāng)努力降低生產(chǎn)成本,尤其是生產(chǎn)原料的成本。據(jù)聯(lián)同時(shí)也形成了水稻與馬鈴薯良好的水旱輪作體系,既減合國(guó)糧農(nóng)組織報(bào)告，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家平均單產(chǎn)2~3 t切,而輕了農(nóng)作物病蟲害的發(fā)生,改善了土壤結(jié)構(gòu),而且馬鈴我國(guó)馬鈴薯平均畝產(chǎn)不到1t,其種植品種老化和栽培薯收獲后的莖葉又可作為下一季綠肥回田,有利于提高技術(shù)落后，馬鈴薯綜合利用率較低。湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)的一土壤肥力,對(duì)后季水稻及馬鈴薯具有明顯的增產(chǎn)效果,項(xiàng)研究成果表明，南方冬閑田馬鈴薯產(chǎn)量可達(dá)到2t既提高了經(jīng)濟(jì)效益,又符合農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,具有畝。目前,南方冬種馬鈴薯成本在每畝300元左右,若每顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。噸原料價(jià)格每降低1元，燃料乙醇生產(chǎn)成本便會(huì)降低馬鈴薯既能滿足糧食安全的需要,又是很好的能源10元,這無(wú)疑會(huì)大大提高其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。作物。同時(shí),還與糧食作物具有極強(qiáng)的互補(bǔ)性,與發(fā)達(dá)國(guó)中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)李十中教授指出,發(fā)展“能源農(nóng)業(yè)",家相比,我國(guó)馬鈴薯產(chǎn)量還有很大的增產(chǎn)潛力。如果糧首要中國(guó)煤化工去,提高能源作物的熱.食豐收,馬鈴薯可用于制作燃料乙醇和進(jìn)行深加工。如質(zhì)和fYHCNMH G大力采用生物技術(shù)。果糧食欠收，可將馬鈴薯轉(zhuǎn)為糧食作物。如,在培育糖類物質(zhì)時(shí),將細(xì)圖的ADP葡糖焦磷酸化酶中國(guó)北方馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)種植馬鈴薯季節(jié)基本-致,基因轉(zhuǎn)入馬鈴薯,可以使淀粉含量提高60%同。南方馬造成馬鈴薯供應(yīng)旺季和淡季+分明顯,南方冬種馬鈴薯126李清明,譚興和,熊興耀,周紅麗,張喻,胡亞平利用馬鈴薯生產(chǎn)燃料乙醇的可行性分析表1 產(chǎn)乙醇作物生產(chǎn)乙醇的成本比較"原料類型產(chǎn)量市場(chǎng)售價(jià)產(chǎn)值發(fā)酵成分含量乙醇產(chǎn)率原料乙醇產(chǎn)量 乙醇 需原料成本乙醇所需成本(t/畝)(元/t)(元/面)(%%)_(kg/t)(元/)甘蔗5. 00~8.00150~180750~1440蔗糖12~13 53. 8380~86.131742~22501996甜高粱莖桿2. 50~3.50 150~180375~630蔗糖 12~14 53. 8364. 80~75. 431989~27772383鮮木薯1. 50~2 50 300~400450~1000淀粉22~28. 56.82 125. 33~159.20 1884~31922538鮮紅薯1. 50~2. 50250~350375~875淀粉 15~26 56.82 85. 33~147.601965~41023034甜菜2. 00~3. 00200~300400~900蔗糖 14~16 53. 8375. 50~86.002326~39753151馬鈴薯1. 80~2. 50 250~350450~875淀粉 12~25 56. 8268. 33~142.001760~51213441玉米0. 30~0.35 1400~1500 420~525 淀粉 62~70 56.82 353. 33~397.14 3276~42453761大米0.50~0.55 1500~1700 750~935 淀粉 70~75 56. 82398.00~425. 453525~ - 42673896小麥0. 25~0.301500~1700 375~510 淀粉 65~70 56. 82368.00~396. 673780~4624202高粱籽粒0.25~0.35 1400~1600 350~560 淀粉 59~68 56.82 336. 00~385.71 3640~47684204鈴薯淀粉含量一般在15 %左右,如通過(guò)專用品種選育,表2馬鈴薯酒糟化學(xué)成分組成12(%)將淀粉含量提高到20 %左右，則每噸乙醇原料成本將項(xiàng)目指標(biāo)下降33 %,發(fā)展?jié)摿O大。轉(zhuǎn)基因技術(shù)應(yīng)用于能源作物水干物質(zhì)95.5五碳糖0. 45和能源微生物上，不像食物那樣要受基因標(biāo)識(shí)的限制,4.5半纖維素2.3可溶性干物質(zhì).1纖維素0.3因而可以廣泛推廣凹。還原糖0. 30氮0. 17每噸馬鈴薯可生產(chǎn)出110L燃料乙醇[0,利用馬鈴淀粉0.4灰分0.50薯生產(chǎn)燃料乙醇的成本低于玉米和小麥生產(chǎn)燃料乙醇的成本(見(jiàn)表1),馬鈴薯的生產(chǎn)成本主要是原料成本,間具有重要戰(zhàn)略意義，在環(huán)保設(shè)施得到落實(shí)的前提下，其余生產(chǎn)成本與其他淀粉類原料乙醇生產(chǎn)成本接近。如不會(huì)對(duì)環(huán)境造成威脅,并且還有利于CO2的減排。因此,果通過(guò)運(yùn)用科學(xué)技術(shù)降低馬鈴薯的種植成本、提高產(chǎn)量國(guó)家“車用乙醇汽油”計(jì)劃的下一步推廣應(yīng)該充分考慮和淀粉含量則能降低燃料乙醇的生產(chǎn)成本,從而極大地我國(guó)南方冬閑田的優(yōu)勢(shì),發(fā)展馬鈴薯燃料乙醇產(chǎn)業(yè),以提高利用馬鈴薯生產(chǎn)燃料乙醇的經(jīng)濟(jì)效益。促進(jìn)農(nóng)業(yè)和能源的可持續(xù)發(fā)展。3馬鈴薯生產(chǎn) 燃料乙醇的環(huán)境影響分析參考文獻(xiàn):馬鈴薯生產(chǎn)燃料乙醇的環(huán)境影響。首先是種植方[1] 徐芬芬,葉利民,王愛(ài)斌我國(guó)的淀粉、糖類和纖維植物資源及其用于乙醇發(fā)酵的探討[J中國(guó)林副特產(chǎn),2006, (3):63-65.面,我國(guó)在馬鈴薯種植的環(huán)境保護(hù)方面已有多年的成熟2] (S&T)2 Consultants and Meyers Norris Penny LLP (2004).經(jīng)驗(yàn);其次是工廠加工環(huán)節(jié),據(jù)監(jiān)測(cè)馬鈴薯加工的排出Economic.Financial, Social Analysis and Public Policies for物對(duì)環(huán)境影響不大,稍加治理便可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn),或者Fuel Ethanol - Phast1[EB0/hp/pwww.whgnios.cateports/實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。nrcanethanolphasel,3.1廢水3] 中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)部.中國(guó)農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒[M].北京:??? ,2006.馬鈴薯生產(chǎn)燃料乙醇的廢水,主要是蒸餾車間的二4] 姚汝華,趙繼倫.酒精發(fā)酵工藝學(xué)[M].廣州:華南理工大學(xué)出次蒸汽的冷凝水及壓榨機(jī)、氣輪機(jī)發(fā)電機(jī)等設(shè)備的冷卻版社,1999.水。這些廢水符合環(huán)保- -級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn),可直接排放。另5] 黃詩(shī)鏗.我國(guó)糧食供求態(tài)勢(shì)與燃料乙醇原料選擇[]中國(guó)食有部分精餾塔的低濃度廢水,COD、BOD等的含量均符物與營(yíng)養(yǎng),2006, (4):36-38.合環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn),對(duì)環(huán)境污染很小。6] 張希良,岳立,柴麒敏,等.國(guó)外生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)利用政策[].農(nóng)'3.2酒糟業(yè)工程學(xué)報(bào),2006,(10):4-7.薯類乙醇糟液具有污染物濃度高,尤其體現(xiàn)在懸浮7] 汲河.我國(guó)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)化存在的問(wèn)題與應(yīng)對(duì)策略[]沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版),2006, 8(2):202 -204.物和COD上凹。馬鈴薯糟液中含有大量的蛋白質(zhì)、糖類8] 吳強(qiáng)華.發(fā)展生物質(zhì)能應(yīng)兼顧,糧食與能源雙重安全[].中國(guó)物質(zhì)、纖維素、灰分和淀粉等,是一種很好的家畜飼料。高?？萍寂c產(chǎn)業(yè)化,2005,(10):46- 47.酒糟可以經(jīng)離心脫水后干燥生產(chǎn)DDG飼料,也可以進(jìn)9] 路明.開(kāi)發(fā)生物質(zhì)能,發(fā)展能源農(nóng)業(yè)[].求是,2005,(5):58 -60.行沼氣發(fā)酵。馬鈴薯酒糟化學(xué)成分組成見(jiàn)表2。[10] Linoj Kumar, Prabha Dhavala, Anandajit Goswami. LiquidBiofuels in South Asia Resources and Technologies[]. Asina4總結(jié)中國(guó)煤化工iew, 2006, 8(2):31- 49.綜合考慮利用馬鈴薯生產(chǎn)燃料乙醇的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和[1]CNMHG產(chǎn)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境環(huán)境可行性,可以初步得出結(jié)論:隨著技術(shù)的進(jìn)步,利用[12]王濤.薯類酒精槽液處理及綜合利用技術(shù)研究[]中國(guó)釀fH4):46-49.馬鈴薯生產(chǎn)燃料乙醇有著可預(yù)見(jiàn)的良好的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)前造2005,(9):34-37.景,對(duì)中國(guó)增加替代燃油供應(yīng)和開(kāi)拓農(nóng)業(yè)產(chǎn)品深加工空127