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必须慎重看待“能源草” 精选

已有 7139 次阅读 2008-9-5 11:32 |个人分类:自然与社会|系统分类:科研笔记

必须慎重看待“能源草”
 
蒋高明
 
能源危机对人类社会经济可持续发展带来严重威胁,过度燃烧化石能源造成的温室效应,更引起了世界各国科学家、政府的高度关注,加强替代化石能源开发研究意义重大。生物质能是人类最早利用的能源之一,人们期待借助这一古老的能源形式破解能源危机。
 
生物质能其实是植物通过光合作用固定的太阳能,这部分能量以碳水化合物的形式最初由绿色植物固定。能量转化发生在光合作用的光反应阶段,在这一阶段产生ATP(三磷酸腺苷)和NADPH(烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸)两类含能化合物; 在暗反应阶段,植物利用它们固定二氧化碳,并进一步合成糖、淀粉、纤维素、木质素、蛋白质、脂肪、丹宁等大分子化合物。动物和微生物不能进行光合作用,其需要的能源来自植物,但是,由于它们体内也含有碳水化合物,同样能够燃烧。所以,广义的生物质能应包括植物、动物、微生物体内含有的生物化学能。从这个角度来看,煤炭、石油、天然气就是地质历史时期的生物质能。然而,我们今天理解的生物质能,指植物最近一两年固定的碳水化合物,即可以直接燃烧的生化产物或动植物残体,如油料、秸秆、木屑、树皮、枝条、藻类、人和动物粪便等。如果不特殊界定,生物质能是以植物材料为主的。
 
只要阳光照耀大地,绿色植物就能够进行光合作用,固定太阳能,这就是人们希冀的生物质能,地球上约50多万种植物都具备这个基本功能。然而,从利用的角度来看,只有那些光合速率快、叶面积指数高、生物量足够大,且容易收集运输的植物才是理想的能源植物。“能源草”可能就是这个概念的最初来源。
 
植物进行光合作用的途径有C3、C4和CAM 三种,其中以C4植物光合效率为高,包括甘蔗、玉米、高粱等。就生物量而言,在自然生物群落中,最高的是热带雨林,达35吨/公顷/年,即每年每亩产生2.33吨干物质。但在人工条件下(大肥、大水、高密度),植物生产力还可提高。山东农业大学创造的最高记录为,玉米和小麦地上部年生物量4.4吨(或66吨/公顷)。可见,即使有“能源草”这样的植物,必须具备这样几个基本条件:高光效的C4途径,栽培过程中使用大化肥、大水分,并保持相当高的种植密度和强度。
 
让我们用上面的标准来衡量一下“能源草”。有媒体报道,福建农林大学培育了的“能源草”,属用来培育菌类的禾科(应为禾本科)植物,为菌草的一种,称作“巨菌草”。每亩“能源草”产量约7吨,发电量相当于3~4吨标煤。
 
在植物分类系统中,根本不存在叫“菌草”的植物。从报道的材料看,“能源草”疑似为一种高光效的C4植物接种了某种真菌,促进了根系对养分的吸收。自然界中,生物与生物之间存在各种关系,其中以竞争和共生关系比较普遍。豆科植物的根瘤菌就是固氮菌与豆科植物共生的典型例子。禾本科植物与其它菌类在自然状态下共生的例子较少,但可通过人工接种实现两者的共生。接种菌根后,植物增强的是对养分的吸收,但不能改变光合作用途径。根据目前最高的生物量(4.4吨/亩)记录,“能源草”每亩能够产生7吨的生物量是值得怀疑的。也许在热带环境下,连续种植三季,且保证大量的化肥和机械投入,勉强能够达到。但是,要实现上述目标,投入的化学能必须足够大,并耗费大量的人力,这就背离了以“能源草”替代煤炭的初衷。
 
有人介绍,相对于农作物,“能源草”的优势是其可再生性,且生长周期短,可反复收割,更重要的是它可以在荒地上生长,不会挤占耕地。实际上,“能源草”面临的问题和作物秸秆一样,具有分散,密度小,收获成本高的弱点。如果没有路、电、水、肥、机械等基本条件,在“荒地”上搞“能源草”,上面宣传的7吨产量则难以实现。其实,所谓“荒地”是那些能够生长自然植被的地方,是生物多样性分布的重要场所。目前,我国自然生态系统面临全面退化危险,我们不能为眼前的经济利益而牺牲更多的生态环境。
 
相对于上面的“能源草”夸大宣传而言,中国农业大学专家提供的“能源草”清单则相对科学一些。他们心目中的“能源草”,为一两年生或多年生草本或半灌木,包括甜高粱、柳枝稷、芒属植物等高大植物,具有耐旱、耐盐碱、耐瘠薄、适应性强的特点,可在干旱、半干旱地区、低洼易涝和盐碱地区、土壤贫瘠山区和半山区种植。在他们的“鼓动”下,北京市已着手在京郊大兴、昌平等区县废弃沙荒地上种植,用来生产乙醇等生物质燃料。尽管如此,正如上面分析的那样,“荒地”其实不荒,在干旱、半干旱区种植受环境条件限制,实际效果可能不似专家期望的那样理想。
 
尽管“能源草”可在一定程度上缓解能源危机,但其存在的缺陷也应引起高度关注。企业大规模生产能源草,仍可能挤占耕地,开荒则破坏生物多样性,造成自然生态系统退化。另外,相比种植经济效益低下的农作物,如果种“能源草”有利可图,农民就不可避免地争相种植,从而发生能源植物与粮争地的局面,对国家的粮食安全造成影响。
 
既然“能源草”能利用,为何不直接去利用国家约7亿吨的作物秸秆呢?这些秸秆在田间地头被农民直接焚烧,造成极大的能源浪费和环境污染。舍弃现成的秸秆不用,再去搞种草,显然是“逐本求末”。另外,认为“荒地”就可以随心所欲地开垦更是误区。至于那些不切实际的宣传更应当制止。为此,我们呼吁,在“能源草”问题上,国家有关部门一定要慎重,避免夸大其词的宣传,以科学的态度对待“能源草”。
 


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2 张星元 高建国

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