约束条件下燃料项目发展的模型及分析框架

预期液态化石能源存在减排压力,发展以燃料乙醇为代表的液态生物质能源能够促进中国的减排进程与缓解粮食安全危机。该文建立一个以燃料乙醇为例的理论模型及分析框架,分别在短期动态均衡、长期动态均衡情况下分析生物质能源的发展对中国减排路径和粮食安全的可能影响。研究结果表明,要实现减排目标,中国政府应主动承担能源结构调整的成本,通过对非粮能源作物原料种植、燃料乙醇生产和乙醇汽油消费等三大环节进行有力补贴来支撑燃料乙醇产业的持续发展,从而达到缓解减排阻力和粮食安全威胁的目的。     

木薯燃料乙醇生产的技术提升及全生命周期能耗分析

发展燃料乙醇是中国替代能源战略大框架下的成熟模式,木薯燃料乙醇因为不耗用粮食原料也日益提上发展日程.该文引入生命周期理论,对木薯燃料乙醇系统的三个阶段进行了能耗分析,重点讨论了燃料生产阶段采用新旧工艺对周期能耗的影响.能耗计算发现,采用新工艺可以较大地增加系统周期的净能量产出,提高系统的能效;加强副产品的开发,使用农家肥替代化肥也可产生同样的效果.     

中国生物质能产业发展现状及趋势分析

该文在综合评价中国生物质能资源、产业发展和政策环境的基础上，分析未来生物质能产业发展趋势。中国具有丰富的生物质资源，生物质能产业初具规模：沼气产业基本形成，燃料乙醇年生产能力已达到102万t，开发了甜高粱茎秆等非粮作物生产燃料乙醇的技术，秸秆直燃发电示范工程正式并网运行；促进生物质能产业发展的宏观政策环境逐渐形成。因此得出结论：未来中国生物质能产业发展的重点是沼气及沼气发电、液体燃料、生物质固体成型燃料以及生物质发电；促进生物质能产业发展的政策环境将进一步完善；技术水平进一步提高；将有更多的大型企业参与；生物质能产业必将成为中国国民经济新的增长点。     

甜高粱乙醇全生命周期温室气体排放

甜高粱是中国发展非粮乙醇的重要原料之一。为研究中国不同地区发展甜高粱乙醇的温室气体(greenhouse gas,GHG)排放表现并识别出影响温室气体排放量的主要环节,选取黑龙江东部、新疆中部、山东北部和海南4个典型地区的甜高粱液态发酵制乙醇生产系统为研究对象,设计3种不同的副产物利用情景,以生命周期分析方法计算并比较了乙醇在全生命周期内的温室气体排放量。研究结果表明:1)在不考虑副产物利用的基准情景下,甜高粱乙醇全生命周期GHG排放量为同等热值汽油的66%～77%;2)原料种植阶段是影响甜高粱乙醇全生命周期GHG排放量的主要阶段,柴油、灌溉用电和农用氮肥是种植阶段GHG的主要排放环节;3)对茎秆废渣实施再利用可降低甜高粱乙醇全生命周期GHG排放量,废渣燃烧为乙醇生产供能或以废渣为原料生产饲料可使甜高粱乙醇全生命周期GHG排放量降低50%～64%。该文为甜高粱乙醇规模化生产相关政策的制定提供参考。     

中国玉米燃料乙醇项目经济性评估

该文从微观角度分析评估中国玉米燃料乙醇生产项目的经济及投资风险。通过考察玉米燃料乙醇试点生产厂及当地玉米产区，根据相关文献修正不具备地区一般性的数据，基于Excel建立东北地区玉米燃料乙醇项目基础案例，同时用蒙特卡洛(Monte Carlo)模拟法模拟项目运营的现金流和净现值，并对模拟结果进行敏感性分析。最终得出结论，中国玉米燃料乙醇项目若无外部补贴则不可接受；同时依据敏感性分析结果论述了玉米燃料乙醇项目的经济性在将来得到改善的条件及可能性。     

不同糖质原料和菌株固态发酵制取乙醇的特性比较

利用固态发酵技术直接将糖质原料转化为乙醇,过程简单且糖利用率高,已经成为近年来的一个研发热点。为寻求最适原料及菌种,该文对不同原料和菌株进行固态发酵产乙醇特性进行了比较研究:2种菌株为实验室自行筛选酵母菌株TSH和市场上常见的安琪酿酒酵母菌株AGL;3种糖料作物为甘蔗、甜菜和甜高粱。结果表明,无论对于TSH或者AGL,投入相同质量的原料,由于可发酵总糖初始含量的不同,最终乙醇产量最高为甜菜,甜高粱次之,甘蔗最低。为消除原料初始糖含量不同造成的影响,该文比较了消耗单位质量糖分所生成的乙醇质量,发现对于2种菌株甜高粱都具有最高的乙醇/糖转化率,说明甜高粱茎秆中糖分用于生成乙醇的比率较多,而用于维持酵母菌自身生长繁殖及副产物生成的糖分较少。比较2菌株的发酵能力,对于甜高粱TSH表现出较为明显的发酵优势:发酵周期比AGL缩短了近6h,且乙醇/糖转化率略高于AGL;而对于甘蔗和甜菜原料,TSH的乙醇产率与AGL相差不大;说明自行筛选的TSH菌种对多种糖料发酵底物具有广泛适用性,具有良好的工业应用前景。该文对利用糖质原料固态发酵生产燃料乙醇工艺的工业化实现及改进具有一定的借鉴意义。     

农作物乙醇燃料的综合效益分析

乙醇作为化石燃料的替代品,对于能源需求日趋紧张的中国来说具有非常重要的意义.然而,农作物乙醇作为燃料其生命周期、经济效益及环境效益如何将直接影响其推广使用.文章就农作物乙醇作为燃料的综合效益进行了全面分析,得出了除甜高梁外多数农作物作为燃料乙醇原料具有较低的能效转换率之结论.而且在目前情况下,由于生产成本较高,所产生的经济效益也较差.但其对于解缓能源紧张问题、提高农民收入、促进人员就业具有良好的社会效益,同时对机动车辆的废气污染排放有所改善.     

广西木薯燃料乙醇项目能效评估

广西具有丰富的木薯资源,以木薯为原料生产的燃料乙醇是一种可再生的燃料。采用净能量和净可再生能量两个指标评估木薯燃料乙醇系统的能量和可再生能量生产的效率,并对木薯乙醇在生命周期内与外界环境的能量交换进行了统计,把能量消耗按照燃料和其副产品进行了分配;以及按照是否再生进行了分别统计。计算结果表明,使用木薯生产燃料乙醇在能量生产和再生能量生产上是可行的,木薯乙醇的净能量为2．417MJ／L,净可再生能量是2．458MJ／L;广西的木薯资源每年能净产出相当于3．508万t汽油的可再生燃料。木薯单产和化肥用量是提高能源利用和再生能源的关键因素;加强副产品的开发有利于提高系统的能效,使用可再生的有机肥代替化肥,能有效的提高系统的可再生性。     

木质纤维素乙醇发酵研究进展

以木质纤维素为原料生产燃料乙醇,首先要对原料进行预处理得到可发酵糖,在稀酸水解木质纤维素得到的糖液中,除含有葡萄糖、木糖等六碳糖和五碳糖外,根据水解温度、酸浓度和时间的不同,还含有不同浓度的发酵抑制剂。因此,在研究木质纤维素稀酸水解糖液的乙醇发酵中,对代谢木糖成乙醇的菌种的研究、对代谢发酵抑制剂微生物的研究、对稀酸水解糖液的脱毒方法的研究以及对稀酸水解糖液不同发酵方式的乙醇发酵研究等非常重要。本文重点介绍了以上几个方面近几年研究的进展。     

甜高粱茎秆固态发酵制取燃料乙醇中试项目能耗分析

对以甜高粱茎秆为原料燃料乙醇中试项目的工艺进行了描述,对乙醇及副产品生产进行了能耗分析。该项目采用固态发酵工艺,乙醇转化率达到理论值的95.8%,并对剩余的茎秆渣进行综合利用,实现了余热回收利用,具有低排放的环保特性。项目年产无水乙醇1000t/a、发酵秸秆蛋白饲料1500t/a和秸秆纤维纸浆5000t/a。能耗分析表明,在考虑余热回收情况下,系统全年生产总能耗为4.31×106kW·h/a,无水乙醇的单位生产能耗为2759.67kW·h/t,蛋白饲料的单位生产能耗为36.86kW·h/t,秸秆纤维纸浆的单位生产能耗为298.41kW·h/t。无水乙醇生产工艺中回收余热量8.9×105kW·h/a。该系统中乙醇生产能量回收率为62.9%,高于以玉米等粮食原料生产乙醇的能量回收率。     

废弃烟叶燃料酒精发酵工艺探索（简报）

以资源丰富、含糖量高的云南废弃烟叶为原料,通过正交试验,考察不同菌种、不同水平营养添加液和不同原料处理方法对能源酒精发酵的影响。试验结果表明：菌种和营养添加液水平对酒精发酵影响不明显,采用去除烟碱的预处理方法和半固态发酵方法,能显著提高燃料酒精产率;在此基础上,该文提出了较优的工艺流程,产物除燃料酒精外,还包括有重要用途的烟碱。     

顾及尺度效应的矿粮复合区耕地非粮化空间异质性及其关联因素

深入研究耕地非粮化空间异质性及其关联因素,有助于科学管控耕地非粮化和有效保障粮食安全。该研究以矿粮复合区德兴市为例,从尺度效应和空间近邻效应出发,综合采用莫兰指数、最小二乘法、空间自相关等方法,借助空间自相关模型探讨了耕地非粮化在不同尺度下关联因素的变化情况。结果表明：1）矿粮复合区的耕地非粮化存在3种形式,整体非粮化分布呈现强空间自相关性和强空间异质性,多数尺度下呈现显著的空间溢出效应;2）矿粮复合区耕地非粮化空间异质性存在明显的尺度效应,依据情况可以划分为4个区块尺度等级;3）耕地非粮化关联因素在不同尺度上呈现的显著性不一致,小尺度等级下耕地非粮化回归结果的显著率为90.2%,拟合度平均值为0.236,优于其他尺度等级,集水区尺度优于行政村尺度;4）耕地非粮化的关联因素强弱程度也具有明显的尺度效应,在小尺度下最显著,主要因素的回归系数平均值均大于0.250,显著率达到92%。研究结果可为耕地非粮化管控和农业高质量发展提供依据。     

基于多时相Sentinel-1A的丘陵山区耕地非粮化特征识别及驱动机制

为更加科学地识别丘陵山区耕地非粮化水平特征，探究耕地非粮化驱动机制，该研究采用多时相Sentinel-1A后向散色系数分析、监督分类、空间特征分析、地理探测器等方法，选取江西省典型丘陵山区修水县开展实证研究，探究了丘陵山区耕地非粮化的技术识别、空间特征及影响机制。结果表明：1）修水县耕地非粮化面积17899.59 hm²，耕地非粮化率为57.47%，并呈现东南及西北集聚的特征，且呈现空间正相关性，包括了“低-低”、“高-高”、“低-高”集聚等不同形式。2）在社会经济特征上，修水县耕地非粮化主要呈环工业中心镇分布的特征，分布密度西高东低，逐渐向东北倾斜，且经济作物主导的乡镇非粮化水平显著高于其他地区。3）修水县耕地非粮化受多个因子综合影响，包括到农村道路的距离、坡度、粮食生产功能区、高程、水土流失强度、到城镇中心的距离、到城市公路的距离、到水源的距离。各因子对耕地非粮化的影响呈非线性增强的相互作用关系，其中尤以到农村道路的距离、到城镇中心的距离、粮食功能主产区等3个因素与其他因子的相互作用特征明显。该研究成果可为新形势下推进耕地资源保护利用提供参考，为科学诊断区域耕地非粮化问题提供依据。     

中国沼气产业化途径与关键技术

对中国目前沼气发展状况和存在问题进行了分析,对中国沼气产业化的途径进行了探讨。指出沼气产业化要结合社会主义新农村建设发展集中供气,发展车用替代燃料和替代石油、天然气生产化工原料和产品。需要开发的关键技术有秸秆生物气化技术、沼气净化提纯技术和催化合成技术等。     

综合适宜性与迫切性的非粮化耕地整治分区方法

非粮化耕地治理是实现田块复耕复种的重要措施。科学确定非粮化耕地整治的优先次序及分区对提高非粮化耕地复耕复种治理工程空间布局的合理性具有重要意义。该研究以行政村为评价单元,从立地、耕作和利用状态3个维度建立了非粮化耕地整治适宜性评价模型,以功能管制区内非粮化比率建立了非粮化耕地整治迫切性评价模型,利用四象限分区法,构建了综合整治适宜性和迫切性的非粮化耕地整治分区方法体系,并以陵水县为案例区开展了非粮化耕地整治分区划定和整治策略研究。结果表明：1）恢复耕地用于粮食作物耕作,提高稳定利用耕地规模和质量,满足区域耕地保护任务和保障粮食供给是非粮化耕地整治的核心。2）通过整治适宜性评价筛选出优质耕作地块,利用整治迫切性评价明确整治的优先次序,两者的综合能有效明确复耕复种的工作指向;3）陵水县非粮化耕地整治可分了4个区,即优先整治区、重点整治区、后备整治区和限制整治区,建议基于耕作状态、自然地貌和利用条件的组合差异,制定差别化的非粮化耕地整治策略。研究结果可为编制耕地保护专项规划及引导耕地“进出平衡”空间布局提供科学依据。     

基于遥感时序物候特征的耕地非粮化多模式监测方法

耕地非粮化对粮食生产和农业可持续发展构成潜在威胁,精准监测不同的耕地非粮化类型对制定针对性的农业管理政策至关重要。该研究以河北省石家庄市藁城区为研究区,首先采用最大类间方差算法（OTSU）提取果园和耕地范围,然后利用Google Earth Engine（GEE）云计算平台构建了基于Sentinel-2遥感数据的特征集,包括光谱特征、物候特征和NDVI（normalized difference vegetation index）时序特征。结合面向对象分割和随机森林（radom forest, RF）、时间加权的动态时间规整（time-weighted dynamic time warping, TW-DTW）算法,构建了4种不同的分类模式用于提取粮食作物和露天蔬菜、大棚种植等非粮食作物。通过选择最优模式,提取了研究区2019-2022年间不同非粮化类型的空间分布信息,并探讨了不同模式的优点和局限性。结果表明：1） 采用面向对象的机器学习模式进行耕地内作物分类的精度最佳,两个生长季内总体精度分别达到93.23%和90.10%,Kappa系数分别达到0.91和0.88;2） 基于时间序列匹配的模式在区分粮食作物和其他地类方面表现出较高的准确性,冬小麦、玉米和大豆的用户精度分别高于95.60%、74.70%、82.70%,制图精度分别高于97.70%、86.40%、93.10%;3） 利用面向对象的机器学习模式进行耕地非粮化信息提取,在两个作物生长季的总体精度为87.00%和81.00%。分析耕地非粮化结果发现,藁城区2019-2022年的年际性非粮化面积为2753.09 hm2,其中果园占比最高;而季节性非粮化结果显示,秋粮非粮化面积（3174.86 hm2）明显高于夏粮非粮化面积（1060.27 hm2）。该研究利用Sentinel-2时序遥感数据,为一年两熟区耕地非粮化监测提供一种新的思路,可以为制定差异化农业管理政策提供依据。