[发明专利]利用太阳热能加工甜高粱或甘蔗提取酒精或糖的新方法

说明书

本发明涉及一种利用太阳热能加工甜高梁或甘蔗提取酒精或糖的新方法。

技术领域：生物质能源

背景技术：中东战争，石油禁运，使1974年世界石油价格上涨4倍；1981年石油的价格从1978年的14美元涨到35美元；2008年7月11日，原油期货价格一度达到每桶147.25美元！1993年中国已成为石油净进口国，2004年中国石油净进口量为1.2亿吨，消费量为3.1亿吨，进口依存度达到了38.7％；国际能源署(IEA)预测中国到2010年、2020年石油进口依存度将达到61.0％和76.9％，这给中国石油安全带来了日益严重的影响。2011年2月24日，国际油价电子盘价格再度站上102美元大关，2011年中国石油及其制品总消费量将达4.6亿吨。用汽油做燃料，使人们付出了沉重的代价，近期大气中的CO₂的浓度已从工业革命前的280ppm上升到2000年的416ppm；专家指出，如果温室气体在大气中增长速度保持在目前态势，那么至2100年温度将上升1.5-4.5℃，全球海平面将可上升一米左右。世界上有些城市和岛屿，有可能遭受灭顶之灾。目前，全世界每年由于燃烧矿物燃料排放出来的碳达60亿吨，成为大气中CO₂的主要来源，导致温室效应与酸雨。

目前，已没有单一的技术能解决世界对能源的需求。因此，各国都在寻找新的能源。一些有识之士看准了绿色能源的开发和利用。在生物量能源系统中，甜高梁是第一位的竞争者。因为甜高粱为C₄植物：甜高粱光合作用的补偿点几乎等于零，CO₂的浓度达到产1ppm时就即可积累光合产物，而小麦等C₃作物必需60ppm时才能积累光合产物；甜高梁呼吸作用几乎测不出来，而C₃作物的大豆，总的光合产物的47-75％为其夜间的呼吸作用所消耗；当光和温度达到最大值时，甜高粱的光合作用仍未达到饱和状态。甜高梁之所以高产并不是多施肥、多浇水就能奏效，这就是我们开发甜高粱的理论基础。

那么在我国用什么原料生产酒精呢？最符合我国国情、适合我国气候条件、产量最高、最理想的能源作物要数甜高粱。甜高粱的酒精产量很高，因为它的种子和茎秆均可用以生产酒精。美国的实验结果表明，每公顷甜高粱可产酒精6106升，而被称为太阳能最有效的转化器的甘蔗，每公顷仅产酒精4680升，比甘蔗高30％。印度用甘蔗和甜高梁生产99.5％无水乙醇，甜高梁的单位面积产量为5700-6500升/公顷·年，比甘蔗的4000-4500升/公顷·年高30％左右。据美国农业部的资料，用甜高粱生产酒精的产量为500加仑/英亩(单季)，分别为玉米的234％、粒用高粱的400％、小麦的633％、黑麦的926％、燕麦877％、大麦的602％、水稻的286％、马铃薯的167％、甘薯的263％、甜菜的121％。甜高粱无愧于“高能作物”的光荣称号。甜高粱不仅有“高能作物”之称，而且也因它有抗旱、耐涝、耐盐碱的特性，它对水分的需要量仅为甘蔗的1/3，玉米的1/2。对肥料的需求只有甘蔗的35-40％，故有作物中的“骆驼”之谓。开发甜高粱燃料乙醇的另一个好处是降低了空气中CO₂的含量。种植一公顷甜高粱，每年可吸收10吨以上的CO₂。甜高粱原是一种热带作物，因它的种质资源十分丰富，品种繁多，生育期自3至7个月不等，因此在热带、亚热带、温带地区均可栽培；在我国南方可栽培再生甜高粱，种一次，收两茬。我国是一个盛产高粱的国家，我国甘蔗的单位面积的产量与世界持平，甜菜的单位面积产量只有世界平均产量的54％，而粒用高粱的单位面积产量却为世界平均单产的285％！甜高粱的生物学特性与粒用高粱类似，实践也表明，我国非常适合于甜高粱的栽培。第四届世界能源协会国际座谈会会议指出：甜高梁作为大规模的能源作物具备有利的特性，其前途很有希望。2006年，非洲用我们优良的甜高梁品种的试验表明，甜高梁生产酒精的成本为每升0.20美元，而当地的甘蔗为0.25-0.45美元，用甜高粱生产酒精的成本只有甘蔗的44％-80％！“乙醇燃料的最新价格，目前只有汽油的大约六成，即使考虑到每升行驶距离，价格也只有汽油的七成左右”。酒精有着广阔的市场前景，不仅可配制成燃料乙醇，它还是生产乙烯的理想原料，乙醇脱水就成乙烯，有了乙烯，合成树脂、合成橡胶、合成纤维等石油化工产品就有了保证。用乙醇作原料的效率比石油还高：280万吨95％的乙醇可产200万吨乙烯，而这些产品如果从原油中提取，则需要600万吨原油。乙醇生产乙烯的技术目前是成熟的，随着石油资源的日趋短缺和价格的上涨，乙醇将会逐步进入乙烯原料市场，很可能将最终取而代之，它将大幅度提高生物能源工业的附加值，据报道，到2010年我国乙烯需求量将达2500万吨，部分依靠进口。若发展生物乙烯替代进口，将用于进口的费用转让给国内的生物化工企业，这些企业向农民收购原料，还可使农民增加上千亿元的收入。