柳枝稷是美國本土的一種多年生植物。它在平原上生長迅速、易于存活，可分為低地型和高地型兩種生態(tài)型。柳枝稷生命力極其頑強(qiáng)，在某些地方甚至被認(rèn)為是有害的野草。分布於美國德克薩斯州草原地區(qū)至加拿大。可用於提煉乙醇燃料。
基本信息
名稱: 柳枝稷
英文名: Versatile switch grass
學(xué)名: Panicum virgatum
科屬: 禾本科稷屬
類別: 多年生草本
主要性狀: 多年生叢生型禾草，根莖和種子繁殖，根深，株高l~2米。
分布地區(qū): 美國大平原及東部大部分地區(qū)的土生種。
習(xí)性特點(diǎn): 耐旱，耐排水不良的土壤。
繁殖方法: 種子
用途
柳枝稷能從中提煉出酒精，又有“能源草”的稱謂。“能源草”多指兩年或多年生草本或半灌木，包括甜高粱、柳枝稷、芒屬作物等高大草本都是理想的能源草。能源草多為耐旱、耐鹽堿、耐瘠薄、適應(yīng)性強(qiáng)的草種，種植和管理簡單，在干旱、半干旱地區(qū)、低洼易澇和鹽堿地區(qū)、土壤貧瘠的山區(qū)和半山區(qū)均可種植。
中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院教授胡林等專家完成的一份研究報告顯示，目前未被利用的荒草地是中國最重要的保留土地資源之一，如果把其中能適合種植的361萬公頃荒草地種植生物乙醇能源植物，每年潛在的生物乙醇產(chǎn)量達(dá)1100萬噸，可替代當(dāng)今中國汽油消費(fèi)的23%。 據(jù)測算，1畝柳枝稷草所產(chǎn)出的酒精能量可以抵3、4噸電煤的能量。
2010年7月，柳枝稷的全基因組圖譜測序完成，一篇學(xué)術(shù)論文低調(diào)地刊登《遺傳學(xué)》（Genetics）雜志上。雖然沒有像水稻基因組那樣過多的報道和關(guān)注，但這項(xiàng)工作，卻可能是改變?nèi)祟惸芰揩@取方式的浩大工程的一個開端。 柳枝稷就是這樣的能源工程植物。之所以選這種禾本科植物（雖然跟玉米、水稻是一家但是沒有可以做面包的籽粒），首要的一點(diǎn)就是它們對生活環(huán)境不挑不撿，不管是貧瘠、鹽堿、干旱都不會影響它們的生活，甚至可以在礫石遍布的荒灘上扎根。并且這些家伙的生長期很長，大有野草“割”不盡，春風(fēng)吹又生的架勢。一般來說，一次種植，可以連續(xù)收獲10年，其間也不需要可以的打理，只要掌握好收割時間就好了。
不僅如此，柳枝稷還是C4植物。簡單來說，就是有個二氧化碳“濃縮器”。作為植物光合作用的重要原料的二氧化碳的濃度是制約能源生產(chǎn)的一個關(guān)鍵因素，可惜正常大氣中的二氧化碳濃度是極低的（僅有0.03%），而C4植物收集空氣中的二氧化碳，然后再將其濃縮后傳輸?shù)骄S管束鞘附近，維持光合作用的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。
除了收集能量的效率高，柳枝稷還有著能量容易被處理的優(yōu)點(diǎn)，通常的木質(zhì)素含量僅為6%-9%，遠(yuǎn)低于玉米秸稈和甘蔗。相對的，其纖維素豐富。這樣就使得在生產(chǎn)中提取純凈纖維素的麻煩事。不排除將來以轉(zhuǎn)基因手段，來降低木質(zhì)素和半纖維素含量。而柳枝稷全基因組測序完成，無疑給這項(xiàng)工作打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
1公斤干能源草的熱值大多高于14.5MJ，相當(dāng)于同等重量的煤炭的70%-80%（1公斤原煤的熱值平均為20.9 MJ）。目前，能源草的能量利用方式主要還是直接燃燒，這種方式對生物能的利用率比較低。據(jù)報道，在火力發(fā)電中，1畝地一年產(chǎn)出的能源草相當(dāng)于4噸煤。乍一看，這些草還是不錯的燃料。但是稍微計(jì)算一下，我們就會發(fā)現(xiàn)其中的問題。目前，一個熱電廠每天最少要消耗2000噸煤，一年就是72萬噸。那么，要填飽一個中小型電廠的肚子，一年至要種18萬畝能源草，這個面積幾乎相當(dāng)于一個中等規(guī)模縣的耕地總面積的10%-30%。如果將影響能源草產(chǎn)量的因素（干旱、鹽堿化）考慮在內(nèi)，需要的種植面積可能會更大。大規(guī)模的生產(chǎn)能源草，很可能會擠占耕地。如果能從基因組中解讀出關(guān)于生長的特殊信息，使產(chǎn)量得以保證，將是一個一勞永逸的方法。
就在十多年前，柳枝稷還是生長在北美荒原上的野草，而今天，它已經(jīng)成為生物能源開發(fā)的樣板植物。我們有理由相信，人類會像馴化水稻、玉米這些糧食作物一樣，馴化像柳枝稷這樣的能源植物，綠色的清潔能源就生長在今天被我們認(rèn)為是不毛之地的地方。
柳枝稷還有很強(qiáng)的抗旱能力，對肥料的需求也較低。這意味著柳枝稷生產(chǎn)中消耗的礦物燃料更少。拖拉機(jī)施肥、水泵灌溉都需要礦物燃料。灌溉和施肥的工作量少了，能源的投入也相應(yīng)減少，因此成本更低、排放的溫室氣體也更少。
柳枝稷給料（也就是用于生產(chǎn)蒸餾燃料的原材料）可以產(chǎn)出稱為纖維素乙醇的燃油。這種酒精類燃料是通過分解纖維素（植物細(xì)胞壁的成分）而產(chǎn)生的。纖維素被分解成基本成分后，再加入酵母，從而發(fā)酵成為酒精。經(jīng)過精煉，所制成的乙醇可作為燃料使用。
植物中用于提取乙醇的纖維素越多，其作為乙醇生產(chǎn)原料的價值就越大。柳枝稷就具有大量的纖維素。整個植株中有大約70％的成分都是由這種復(fù)雜的碳水化合物構(gòu)成[資料來源：BioCycle]。更妙的是，纖維素脫水時形成的副產(chǎn)品木質(zhì)素很有可能成為乙醇生產(chǎn)裝置的燃料。如果能夠有效利用木質(zhì)素，則生產(chǎn)乙醇的過程完全可以自給自足。
從從種植柳枝稷的肥料生產(chǎn)開始，到配送乙醇的運(yùn)輸環(huán)節(jié)為止，阿貢國家實(shí)驗(yàn)室（Argonne National Laboratory）研究員麥克爾·王對柳枝稷的能比進(jìn)行了全面計(jì)算。他發(fā)現(xiàn)在用柳枝稷纖維素提取乙醇的過程中，每單位能量的投入可創(chuàng)造出10倍的能量輸出。這遠(yuǎn)高于用玉米生產(chǎn)乙醇的效率。相比而言，汽油的能比在1到0.81之間，這意味著其生產(chǎn)的能耗高于產(chǎn)能。王先生同時還發(fā)現(xiàn)柳枝稷乙醇需要消耗的石油能源比汽油需要消耗的少70％，而且E85 乙醇——85％乙醇和15％汽油的混合物，釋放的溫室氣體（GHG）較汽油低86％。
柳枝稷利用的困難和研究
盡管針對柳枝稷的各項(xiàng)研究表明，這種植物未來將在緩解能源危機(jī)方面起到重要作用，但注意是“未來”。 當(dāng)前，從柳枝稷中提取纖維素的工藝復(fù)雜、成本較高。
根據(jù)植物材料的種類不通，從中提取的纖維素需要采用不同的酶處理。這類催化劑與糖類相似，作用于復(fù)合碳水化合物，釋放出纖維素以及廢料二氧化碳。然而，使用這種酶費(fèi)用較高，每提取一加侖的乙醇就要花費(fèi)20美分。此外，用酵母對纖維素進(jìn)行發(fā)酵的過程中，還需要不同的酶，這又進(jìn)一步提高了成本。2006年，植物遺傳學(xué)家阿伯特·考希（Albert Kausch）稱，以當(dāng)前的培育生產(chǎn)方法，每加侖纖維素酒精成本為2.70美元。這仍比汽油便宜，但考希認(rèn)為成本可以下降到1美元左右。大幅降低成本的方法之一是開發(fā)更便宜的酶，最好能找到尋找既可以分解纖維素，又可以發(fā)酵乙醇的酶。
柳枝稷生產(chǎn)燃料乙醇的另一個問題是怎么把乙醇燃料從精煉廠運(yùn)送到燃油站。乙醇具有高度腐蝕性，不能像石油一樣通過管道或油桶運(yùn)輸。這就意味著只能通過卡車運(yùn)送，必然增加生產(chǎn)成本，降低能比，因?yàn)榇笮陀凸蘅ㄜ囆枰氖腿剂线\(yùn)送乙醇。
阿貢國家實(shí)驗(yàn)室（Argonne National Laboratory）的麥克爾·王告訴博聞網(wǎng)：通過鐵路系統(tǒng)長途運(yùn)送乙醇可以部分解決乙醇運(yùn)輸問題。他說，“如果你在中西部地區(qū)提煉乙醇，而將乙醇運(yùn)送到西部，運(yùn)輸就是個問題。你需要利用鐵路。但如果短距離運(yùn)送乙醇，就沒有什么不同了（對于凈能比而言）。”
使用柳枝稷提取乙醇燃料的另一個問題是要解決所需的大面積耕地。一份田納西大學(xué)的分析報告指出美國每年可以產(chǎn)出總共一億五千三百萬噸干柳枝稷和作物殘余（農(nóng)作物經(jīng)過收割、生產(chǎn)環(huán)節(jié)后的殘留物，如莖和種子等）作為乙醇生產(chǎn)的原材料。數(shù)據(jù)表明，這樣美國每年的汽油消耗量可降低5.3%。這一數(shù)值比預(yù)計(jì)的要低，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于喬治·W·布什總統(tǒng)在2006年國情咨文講話中提出的到2017年實(shí)現(xiàn)三千五百萬加侖可再生燃料的目標(biāo)。
同樣，我們也可以通過技術(shù)攻克這一難題。美國國家能源政策委員會（NCEP）的杰森·格魯梅特（Jason Grumet）稱，篩選柳枝稷的品種可以提高每英畝的產(chǎn)量、使生產(chǎn)乙醇的效率提高1/3，并使美國所有車輛的燃料效率提高一倍。
資金無疑是克服這些阻力的必要條件。許多能源公司和農(nóng)作物研究集團(tuán)都向纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)投入了大量資金。英國石油阿莫科上市公司（BP Amoco PLC）向加利福尼亞大學(xué)伯克利分校和伊利諾斯州大學(xué)香檳分校共計(jì)提供5億美元用于建立試驗(yàn)設(shè)施。雪佛龍公司（Chevron Corporation）向加利福尼亞大學(xué)戴維斯分校提供2500萬美元，向喬治亞理工學(xué)院提供1200萬美元。美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室（Oak Ridge National Laboratory）也獲得了美國能源局提供的一億二千五百萬美元的資金進(jìn)行纖維素乙醇的研究。很多公司還希望美國政府通過向纖維素乙醇技術(shù)的投資人提供投資保證及減稅政策，推動纖維素乙醇技術(shù)的研究和發(fā)展。
有了現(xiàn)有的纖維素乙醇項(xiàng)目研究資金，再加上日后的更多資金注入，以及對纖維素乙醇研究的熱情和公眾支持，不難想象在未來幾十年里利用柳枝稷生產(chǎn)的乙醇將會真正成為汽車燃料。但利用柳枝稷生產(chǎn)乙醇同樣遭到了質(zhì)疑。有些人不看好柳枝稷的前景，有些人擔(dān)心使用柳枝稷生產(chǎn)乙醇帶來的不利影響。閱讀下一頁，了解人們對生物燃料的質(zhì)疑。 |
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