芦苇生物能源利用的环境效应研究

Developing sustainable bioenergy is an effective way to solve energy shortage in China. Wetland plants growing in non-arable fields are perennial plants， which have high cellulose and hemicellulose contents.They are qualified feedstocks for bioenergy. Phragmites australis is one of them and widely distributed across Jiangsu Province.However, there is few study about P.australis' bioenergy application.. This proposed project focuses on P.australis growing on three types of wetland in Jiangsu Province, including near-sea tideland,near-lake wetland and wastewater-treatment wetland. Based on surveyes of local climate,soil condition,harvest method and annual P. australis yield,we are going to build a life cycle analysis model about P. australs' bioenergy application. Through this model, green house gases emission intensity and net energy efficiency will be analyzed.The effects of environment on ethanol yield will also be consided in this proposal.The results of this proposed project will provide detail environmental effects of P.australis' bioenergy applications, which can be further adapted to other wetland species, and the information of this proposal will be useful for policy decisioner and environment assessment.

生物能源作物芦苇纤维素含量高，可以用来生产酒精，但是目前缺乏对它的生物能源利用的生命周期循环分析研究。本项申请准备以在沿海滩涂、沿湖滩涂和人工湿地上生长的芦苇为对象，通过对其年生长量、成分分析和酒精转化率的研究以及收获、运输方式的调研，建立芦苇生物能源利用的生命周期循环模型，比较在不同环境下芦苇转化成酒精的产量、能源利用效率和温室气体的排放强度。本申请项目的研究结果将为发展江苏省的滩涂生物能源政策提供详细的评价标准。

环境污染、人口压力以及石油资源的短缺是中国发展生物能源的动力，合理有效的利用边际土壤生长能源作物是不仅有利于环境, 而且是一种改善当地人民生活的方法。江苏省湿地资源丰富，湿地作物芦苇生长量大，当地农民经常收割用来当燃料、修屋顶和晾晒用的帘子。芦苇是也一种合适作为生物能源材料的C3能源作物。在本项目的研究中，分别选取生长于江苏海门市、泗洪县和盐城市的湿地芦苇做研究，其中包括有沿湖湿地、沿海湿地、农田周围湿地和废水处理的湿地；分别分析了芦苇不同组分（花，叶和杆）中的糖分、酸不溶性木质素和灰分的含量；并且利用GaBi6.4软件和EcoInvent2.2构建了芦苇生物酒精生命周期循环分析评价模型(LCA)。.成分分析的结果显示，不同湿地生长的芦苇成分相近，气候环境条件对糖分含量没有显著的影响。这个结果说明废水处理湿地中生长的芦苇也可以用于生物酒精的生产。芦苇的不同组分中，杆的葡萄糖含量高于叶和花中的葡萄糖含量，同时叶中灰分和酸不溶性木质素含量高于杆和花中的含量。这个结果提示我们，叶子对发酵成生物酒精的贡献不大，因此在收获芦苇的时候不用考虑最大的叶子产量，也就说叶子凋落对生物酒精的产量影响不大。通过对环境因子的统计分析，本研究发现，土壤中N含量和pH的升高有利于芦苇生物质和生物酒精的产量。这个研究结果表明，农田周围湿地生长的芦苇生物量大（0.38 – 3.60 kg m-2），杆的比例大，很适合用作生物酒精的生产原料，在优化条件下产生物酒精率为16.5 % （g/g）。.在LCA模型分析中，生产芦苇生物酒精中产生的净能量和能效可以和生产于柳枝稷和稻秸的生物酒精相接近，温室气体排放强度和水体富营养化趋势（16 gCO2,eq MJ-1 和-1.1 gPO43-eq MJ-1）远小于第一代生物酒精。这个研究结果显示，芦苇生物能源是有利于帮助解决能源危机并有助于环境保护的。同时考虑到生态保护区中的芦苇地是濒危动物的栖息地，保护区内的芦苇是禁止收割利用的。.本项目的研究还通过构建LCA比较了生物质不同应用的环境效应（温室效应，可持续性指数、能量效率等），包括：生物酒精，瓦楞纸，发电和中密度板。通过比较发现，生物酒精的环境效应（可持续性指数为47.7%）要好于其他利用方式，中密度板的环境效应较好，但利润要高于其他三种利用方式。瓦楞纸和发电的的利用方式环境效应不好，可持续性指数不高。