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基于物质流分析的中国生物燃料乙醇的磷代谢研究

张容宁  
【摘要】:磷是我国重要的战略性资源之一。而需求量的不断增加与不可持续的经济社会代谢方式造成了磷资源需求与供给的矛盾。生物燃料乙醇作为重点发展的液体能源,其整个生命周期过程如原材料种植、运输、生产、消费、遗弃等环节的磷资源代谢是否会对环境造成影响,磷资源的流动是否能封闭,是否会影响中国磷资源和生物燃料乙醇的发展战略。如何在发展生物燃料乙醇的同时降低资源和环境的负担,需要进行研究。 本文利用物质流分析的方法描述我国玉米和木薯燃料乙醇整个生命周期中的磷代谢途径。研究时间为2008年,结果图用e!Sankey软件绘制。其中,玉米燃料乙醇以黑龙江华润酒精有限公司、吉林燃料乙醇有限公司、安徽丰源生化燃料乙醇有限公司为代表企业,木薯燃料乙醇以广西中粮生物能源有限公司为代表企业。首先,建立生物燃料乙醇整个生命周期的磷代谢模型,包括磷矿开采、磷产品生产,原料种植,乙醇制取几个阶段和各阶段的废物处置。依据物质流分析方法对模型中的每一过程进行详细的核算,在引入各阶段产品与副产品经济分配比率的基础上,得到玉米和木薯燃料乙醇静态磷物质流分析模型。 对磷流动和存储的评价结果表明,我国生物燃料乙醇产业磷代谢的结构表现出资源输入强度大,利用效率和循环效率低,水体排放和土壤积累率高的特点。其中,磷矿开采和工厂加工废水占水体总负荷的比例较大。发展生物燃料乙醇对我国磷矿资源的消耗年限影响较大,如果在全国范围内推广E85生物燃料乙醇,按照现有的资源消耗速率,将使我国的磷矿资源每年减少约8-9年。 从磷资源消耗角度比较,发展玉米燃料乙醇优于木薯燃料乙醇。就全国平均值而言,发展木薯燃料乙醇比玉米燃料乙醇对磷资源消耗年限的影响大。与玉米种植相比,木薯种植过程中需要投入的磷资源多,且资源利用率低,土壤积累率高。玉米种植各省差异较大,安徽省的磷资源投入量远高于另外两个省份,资源利用率仅26.08%,土壤积累率高达72.37%。与其他两个省份相比,吉林省的磷循环途径较好。从水污染角度比较,发展木薯燃料乙醇优于玉米燃料乙醇。生产1t燃料乙醇,玉米和木薯燃料乙醇整个生命周期分别进入水体5.363kgP·t~(-1)和4.306kgP·t~(-1)。本文提出在生物燃料乙醇的产业链中,可通过优化产业结构,加强各阶段副产品利用等措施提高资源代谢效率,减少环境污染。


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