能源作物
提供化學製品和能源的作物
種植專門用作能源的作物是一項受到人們密切注意的工作。其主要驅動力之一是能源危機。在能源危機中，大多數工業化國家的農業部門才意識到自己的作用。在這些國家，如果沒有對農業的支持和保護，將會導致越來多的土地被荒廢。因此把部分農業用地轉為生產能源和工業品可能是比較現實的。然而，要想使農業用地生產能源和工業品這項工作取得成功，不僅要符合環境保護要求，而且經濟上還必須合理。現代化農業越來越依靠外部投入，特別是能源、肥料和農藥等高能商品的外部投入。
理想的生物燃料作物應具有高效光合能力。從當前情況看，芒屬作物可算是一種理想的生物燃料作物。“芒”。原產於中國華北和日本，這種植物具有許多優點：
1．生長迅速：它季就能長3米高，所以當地人稱它為“象草”。
2．生長潑辣：這種作物從亞熱帶到溫帶的廣闊地區到處都能生長，它在強日照和高溫條件下生長茂盛，對肥水利用率高。在生長期間，可不施化肥和農藥，憑它根狀莖上的強大根系能有效地吸取養料。
3．燃燒完全：“芒”在收割時比“較乾燥，植株體內只會有20%－30%的水分。這種作物在生長過程中從大氣中吸收多少二氧化碳，燃燒時就釋放多少二氧化碳，不增加大氣中二氧化碳的含量。
5．產量高：據試驗，這種生物燃料作物，每公頃產量高達44噸。如果1公頃平均年“收穫”12噸石油，比其它現有任何能源植物都高，而且可連續收穫多年。
綠色植物將向人們提供越來越多樣的化學製品和能源。從能源作物提煉出來的生物柴油可以取代石油，減少人類對石油的過度依賴。因而能源作物的開發與種植，不僅使能源可再生和綜合利用，減少環境污染，也為農業經濟的復甦創造了契機。能源作物將成為人類開發再生能源的又一新途徑。
能源作物是再生能源，取之不盡，用之不竭。德國奧爾登堡大學經講學博士林奇聰在《能源季刊》發表的研究結果指出，每1公頃油菜可生產1200升植物油和1060升的氧氣（40個人1年所需的氧氣量），植物油不僅可供食用，同時只要經過簡單的化學反應，就可變成生物柴油；氧氣對凈化空氣很有益處。
生物質能資源種類繁多，利用技術多樣。生物質能包括農作物秸稈、林業剩餘物、油料植物、能源作物、生活垃圾和其它有機廢棄物。
目前，每年可作為能源使用的農作物秸稈資源量約為1．5億噸標準煤，林業剩餘物資源量約2億噸標準煤，小桐子(麻瘋樹)、油菜籽、蓖麻、漆樹、黃連木和甜高梁等油料植物和能源作物潛在種植面積可滿足年產5000萬噸生物液體燃料的原料需求。工業有機廢水和禽畜養殖場廢水資源量，理論上可以生產沼氣近800億立方米，相當於5700萬噸標準煤。根據目前我國生物質能利用技術狀況，生物質能利用重點將是沼氣、生物質發電、生物質液體燃料等。
我國的沼氣利用技術基本成熟，尤其是戶用沼氣，已經有幾十年的發展歷史。自2003年，農村戶用沼氣建設被列入國債項目，中央財政資金年投入規模超過25億元，在政府政策的大力推動下，戶用沼氣已經形成了規模市場和產業；自2000年，畜禽場、食品加工、酒廠、城市污水處理廠等的大中型沼氣工程也開始發展，到2008年底，全國已經建設農村戶用沼氣池約3000萬口，生活污水凈化沼氣池14萬處，畜禽養殖場和工業廢水沼氣工程達到2700多處，年產沼氣約100億立方米，為近8000萬農村人口提供了優質的生活燃料。同時，隨著沼氣技術不斷進步和完善，我國的戶用沼氣系統和零部件基本實現了標準化生產和專業化施工，大部分地區建立了沼氣技術服務機構，具備了較強的技術服務能力。大中型沼氣工程工藝技術成熟，已形成了專業化的設計和施工隊伍，服務體系基本完備，具備了大規模發展的條件。
2007年7月，農業部頒布了《農業生物質能發展規劃》，提出了到2010年，建成一批農業生物質能示範基地，部分領域關鍵技術達到國際先進水平，產業化程度明顯提升，農業廢棄物利用範圍和規模明顯擴大，農村生活用能結構明顯優化，農民從農業生物質能產業中獲得的收益不斷提高.
農業生物質能在國家能源消費中的比例和地位不斷上升。到2015年，建成一批農業生物質能基地，技術創新和產業發展體系基本建成，開發利用成本大幅度降低，初步實現農業生物質能產業的市場化。生物質能產業成為農業發展的重要領域，對促進農民增收、改善農村生活條件，建設社會主義新農村作用日趨明顯，成為保障國家能源安全、保護生態環境的重要力量。到201O年，全國農村戶用沼氣總數達到4000萬戶(新建1800萬戶)，占適宜農戶的30%左右，年生產沼氣155億立方米；到2015年，農村戶用沼氣總數達到6000萬戶左右，年生產沼氣233億立方米左右，並逐步推進沼氣產業化發展。年，新建規模化養殖場、養殖小區沼氣工程4000處，年新增沼氣3．36億立方米；到2015年，建成規模化養殖場、養殖小區沼氣工程8000處，年產沼氣6．7億立方米。
除沼氣外，我國其它生物質能技術的應用仍處於產業化發展初期。在生物質發電方面，已經基本掌握了農林生物質發電、城市垃圾發電、生物質緻密成型燃料等技術，但目前的開發利用規模還有待擴大。到2006年，全國生物質發電裝機容量超過220萬千瓦，其中蔗渣發電170萬kW，碾米廠稻殼發電5萬kW，城市垃圾焚燒發電40萬kW，此外還有一些規模不大的生物質氣化發電的示範項目。截止2008年底，共投產150多萬千瓦。生物質氣化以及垃圾填埋氣發電方面，2007年投產10多萬千瓦，在建20萬千瓦。目前全國已有10多個生物質直燃發電項目在建，裝機規模超過20萬千瓦。混燃項目裝機約50萬千瓦。但是，對於達到2010年和2020年生物質發電裝機500萬千瓦和3000萬千瓦的發展目標，仍需解決資源分散、原料收集成本高、原料供應的連續性和保證度等問題。
在生物液體燃料方面，為了緩解石油供需矛盾，國家積極推進生物液體燃料技術的研發和試點示範工作。“十五”期間國家批准建設了4個以陳化糧為原料的生物燃料乙醇生產試點項目，形成年生產能力102萬噸，自2004年，先後在黑龍江、吉林、遼寧、河南、安徽5個省及河北、山東、江蘇、湖北4個省的27個地市開展車用乙醇汽油試點工作，2006年產量達到了165萬噸。2007年以來，國家開始限制以糧食為原料的燃料乙醇的生產，燃料乙醇的發展勢頭變緩。近期內我國生物液體燃料的重點技術研發方向是利用非糧食原料(主要為甜高梁、木薯以及木質纖維素等)生產燃料乙醇技術，以及以小桐子等油料作物為原料製取生物柴油技術，並建設規模化原料供應基地，建立生物質液體燃料加工企業。目前，以甜高梁、木薯為原料的燃料乙醇和以小桐子為原料製取生物柴油已開展了小規模試驗，為我國大規模開發利用生物液體燃料積累了經驗。預計到2010年，燃料乙醇的年生產能力將達到約200萬噸，生物柴油的年生產能力可達到20萬噸，總計年替代200萬噸成品油。與此同時，我國的部分企業正在研究開發以秸稈、木材等非糧食為原料的生物液體燃料技術，並取得了一定的突破，可望在2010年前後形成規模化生產能力。但是總起來看，不論是生物質發電還是生物液體燃料的發展，達到可再生能源中長期發展規劃的目標，局勢撲朔迷離、困難重重。
事實上，即使美國大量應用轉基因技術生產用於加工乙醇燃料的玉米，但在目前耕地供給偏緊和乾旱等災害多發的情況下，玉米產量大幅提高的前景仍不樂觀。即使未來20年美國玉米產量增加，但加工乙醇燃料的玉米需求量可能比玉米產量增長得更快。因此，未來世界玉米市場的供求關係仍將十分緊張。
可以預見的是，未來玉米價格將保持長期高位運行。這對於自身糧食生產和供給能力不足的發展中國家是十分可怕的事情。由此可能引發玉米價格狂漲，並帶動所有的糧食品種價格上漲，進而傳導到畜牧業生產領域，肉類食品價格也將隨之上升，世界通貨膨脹的景象彷彿就在眼前。
需要補充的是，美國除了生產乙醇燃料外，還是最早研發生物柴油和進行商業應用的國家之一。生物柴油在美國的商業應用可追溯到20世紀90年代初。為了促進本國生物柴油的應用，美國於1998年制訂了相應的生物柴油標準，嚴格規範生物柴油的生產和使用。截至2005年4月，包括籌建的企業在內，美國共有60多家生物柴油生產企業，年生產能力已接近100萬噸。按照美國的規劃，其生物柴油生產能力到2011年將達到115萬噸，到2016年將達到330萬噸。根據本國的自然資源稟賦，美國生物柴油生產主要以大豆為原料。大豆加工的油脂正是發展中國家主要的食用油品種。近年來大豆及油脂價格不斷攀升，這與美國生物柴油的開發和應用有著密切關係。
生物柴油是利用植物油脂或動物油脂等可再生資源，製造出來的可以替代石化柴油的所謂“清潔安全”的新型燃料。與傳統的石化燃料相比，生物柴油具有可再生、易於生物降解、燃燒污染排放物低等特點。因此，一些國家將生物柴油作為生物能源開發的重點方向。
目前，歐盟是世界開發和應用生物柴油的主要地區。據歐盟有關材料顯示，歐盟發展生物柴油既有保障能源安全方面的考慮，也有保護環境、減少溫室氣體排放的打算。歐盟在溫室氣體排放量中，約有90%的排放量來自交通運輸業。按照《京都議定書》規定，歐盟在2008～2012年間要減少8%的二氧化碳排放量。據測算，歐盟在此期間完成這一指標難度很大。
歐盟把生物質燃料作為主要替代能源。根據《歐盟生物燃料戰略》規劃，歐盟國家生物質燃料佔全部燃料的比重，將從2005年的2%提高到2010年的5?75%、2020年的10%。歐盟計劃到2030年，實現生物質燃料在交通運輸燃料中佔到25%的目標。歐盟開發的生物質燃料，主要是利用油菜籽開發生物柴油。2007年歐盟共生產了約800萬噸生物柴油，預計2010年生物柴油產能達到1350萬噸。這意味著歐盟國家必須擴大油菜籽的播種面積，增加油菜籽產量，以提供更多的生物柴油開發原料。目前，德國專門用來製造生物柴油的油菜籽，播種面積已達100多萬公頃。
總之，隨著人口的增加、人們膳食結構的改善，以及以糧食為原料的生物質能源的開發，對糧食的消費需求會不斷增加。根據聯合國糧農組織在2000年前所作的預測，預計到2030年，世界糧食需求年均增長率為1?3%，與糧食生產增長率相當；預計世界用於各種用途的糧食總需求將從1999年的186400萬噸，增加到2030年的283000萬噸，其中食用糧食需求將從1999年的100300萬噸增加到2030年的140600萬噸；預計發展中國家用於各種用途的糧食總需求將從1999年的112900萬噸，增加到2030年的191700萬噸，其中食用糧食需求預計將從1999年的79000萬噸，增加到2030年的118500萬噸；預計世界飼用糧食需求年均增長率1999～2015年間為19%，2015～2030年間為15%。但聯合國糧農組織的預測畢竟是有些遲滯，落後於糧食消費需求的實際增加情況，當時世界畢竟還沒有大規模用糧食開發生物質能源，因而預計到2030年世界糧食需求年均增長率為13%，略低於實際糧食消費需求增長率。僅美國到2020年左右，按生物質能源開發計劃就要消耗10000萬噸的玉米，實際消耗量還會更多。所以，未來世界糧食供求的緊張格局已初步形成，而此次世界糧食危機只是這一格局的一次“短暫而又集中”的體現。
高梁屬作物作為一種能源作物正受到人們的極大關注。它的氣候適應性強，種植方法簡單，有很好的遺傳可變性，而且全世界很多地方都掌握了種植高梁的經驗。高梁的耐乾旱性比玉米強，而且對水份的利用效率也遠高於玉米、乾旱時，它可以保持在“睡眠”狀態，一旦濕度增大就能很快恢復生機。它還有很強的土壤適應性，對營養的要求也較低。一些雜交品種的產量已達到10t/hm2穀物，外加100t/hm2含糖高的綠色秸桿物質。雖然美國開展蔗糖型高梁的研究已有一個多世紀的歷史，但它對糖漿型高梁的研究開展的就相對晚一些，這種研究的主要目的是為了生產食用糖漿。還可以用高梁生產乙醇，淡季時再用乙醇作為製糖的原料。
甘蔗是世界很多地方都可以生長的作物，傳統上都是用它作為生產糖和酒精的原料。除此之外，它還是潛在的纖維素原料。現在已培育出一些高產的“能源型甘蔗”雜交品種，其試驗產量已達到253t/hm2（約含 76t/hm2）。澳大利亞利用他們新培育的優良甘蔗，通過對甘蔗中的糖份進行發酵，每噸甘蔗可生產90L 乙醇。在巴西，已有12個效益最好的酒精廠，其種植的甘蔗產量已達到89t/hm2，每噸甘蔗的酒精產量為79L，這相當於每公頃土地每年的酒精產量超過7000L。耶路撒冷菜薊（artichoke）是一種塊莖狀植物，原生長在北美東部。它的生命力極強，能忍受惡劣條件，尤其是能在乾旱、寒冷和土質相對貧瘠的條件下生長，是一種適合於在條件不良地區種植的優良品種。塊莖內含有豐富的聚含物—菊粉，它們在酸或水解酶的作用下生成果糖，然後將果糖發酵便生成乙醇。根據法國和美國的試驗結果，每噸塊莖可以生產85L乙醇，若每公頃生產40t塊莖，就相當於每公頃生產出 300～ 400L乙醇。
另外，除了塊莖，每公頃還可以生產7～8t干葉蔓，由於它們能做燃料，因而可為乙醇加工過程提供部分能源。木薯作為生產乙醇的替代原料已引起世人們的注意，尤其是在巴西和澳大利亞。在巴西，為了推動乙醇生產，木薯被當作甘蔗的補充代用品，因為木薯可以在酸性和貧脊的土地里種植，而甘蔗則只能在比較適宜的環境下生長。
植物性油料作物 植物油本身（或與柴油混和）可作為內燃機燃料。現已對40種不同的植物油在內燃機上進行了短期評價試驗，它們當中包括豆油、花生油、棉籽油、葵花籽油、油菜於油、棕桐油和蓖麻子油。世界很多地方都有種植向日葵的經驗，因此許多試驗計劃都是利用葵花子油。
植物油燃料工業可以帶來許多重要的和具有吸引力的好處，例如：
1、對於大部分國有的和私營的植物油生產廠來說，一旦需要便 可迅速增加生產，常常只需要一 個生長季節的提前準備時間。
2、種植大部分油料作物只需要種植普通作物（如玉米）那樣的技 術。
3、1公頃好的油料作物所生產的燃料，足可以滿足種植8- 20hm2其他作物所需要的燃料。
4、由於榨油和浦油技術較簡單，因此可以直接在農場生產油料，也可以合作社規模或產業化規模 生產。
5、絕大多數油料作物都有非常強的適應性和忍寒性。
6、植物油貯存和使用都很安全。
7、榨油剩下的副產品經常可當作高蛋白動物飼料。製取碳氫化合物的植物 已有人提議直接利用植物生產汽油和其他碳氫化合物。例如，為了從Euphorbia Lathyris中提取分子量非常接近石油的碳氫化合物和產生副產品——糖，已在加利福尼亞開展了Euphorbia Lathyris的研究。在有灌溉的條件下，每公頃土地每年可以獲得2t油和5t糖。為了評價這種方法的經濟可行性，在世界其他地方至少已進行了5次嘗試，但不同的研究者所獲得的結果卻不同。
纖維素乙醇 纖維素乙醇比玉米乙醇更能減低碳排放。種植柳枝稷的成本比種植玉米便宜；但是目前生產纖維素乙醇的成本仍然比較高。直接燃燒 柳枝稷可以直接燃燒取得能源，目前已經有辦法克服空氣污染問題，柳枝稷可以取代（部分）煤炭使用。水土保持 柳枝稷的根很深，可以用作水土保持。種植柳枝稷也可以增加土壤的有機質含量。飼料 柳枝稷是優良的牛飼料，但是對馬、綿羊跟山羊有毒。
能源安全和糧食安全是人類面臨的兩大問題。但是中國的國情不同，中國人多地少，糧食安全的壓力長期存在，所以說中國不可能以犧牲糧食安全為代價來發展能源作物，這就要求我們走一條具有中國特色的生物質能源發展道路。始終要堅持“不與人爭糧，不與糧爭地”的基本原則。具體來說，應該把握好三個方面：
第一，要嚴格控制利用玉米、油料等作物來製作生物質原料。
第二，堅持充分利用秸稈、畜禽糞便廢棄物發展沼氣，秸稈氣化、固化，部分代替化石能源。
第三，在不與糧爭地的前提下，適度發展能源作物，生產生物質原料。
我國在利用農村廢棄物方面還是有很大潛力的。我國每年產生的農作物秸稈是7億噸，畜禽糞便近30億噸，農村垃圾3.6億噸，這些都是開發生物質能源的巨大潛力所在。目前，我們已經探索了一些成功的路子，比如這幾年來，我們一直在農村大力發展農村沼氣事業，把畜禽糞便甚至是生活垃圾處理，轉化成生產生活用的能源。到2007年底，農村沼氣用戶已經達到2650萬戶，年產沼氣102億立方米。102億立方米是什麼概念呢？相當於1600萬噸標準煤，相當於減排4400多萬噸二氧化碳。這個我們認為是最大最現實的生物質能源。