徽農(nóng)業(yè)科學(xué), Joumal of Anhui Agri.Sci.2010,38(7):3668-3670貴任編轎金爽任校對傳真治基于生態(tài)足跡的甘薯燃料乙醇循環(huán)產(chǎn)業(yè)分析賈春蓉!,夏訓(xùn)峰2,席北斗2,張軍(西華師范大學(xué)國土資源學(xué)院四川南充。67m:2.中國環(huán)境科學(xué)研究院,北京1002擴(kuò)要采用生態(tài)足跡方法對甘薯燃料乙醇循環(huán)產(chǎn)業(yè)各子系統(tǒng)(農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、乙醇生產(chǎn)、循環(huán)生產(chǎn)和廢物處理4個(gè)子系魷)的生態(tài)占用、資源循環(huán)利用和污染排放等情況進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,甘薯燃料乙醇循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈的延長伴隨著生態(tài)足跡的增長,其中農(nóng)業(yè)生產(chǎn)子系統(tǒng)生態(tài)足跡占用面積最大;生態(tài)足跡的經(jīng)濟(jì)效益隨產(chǎn)業(yè)鏈的延長而增加,說明延長產(chǎn)業(yè)鰱可以提高資源利用效率;循環(huán)生產(chǎn)和廢物處理子系統(tǒng)解決了乙醇生產(chǎn)過程中的環(huán)境污染問題;系統(tǒng)的能源生態(tài)足跡和水生態(tài)足跡較大,應(yīng)重點(diǎn)降低能耗和水耗關(guān)鍵詞燃料乙醇;循環(huán)產(chǎn)業(yè);生態(tài)足跡;甘著中圖分類號S26文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611(2010)07-0668-03Analysis of the Circulation Industry of Pachyrhizus Fuel Ethanol Based on the Ecological Footprint MethodJIA Chun-rong et al( College of Land and reChina West Normal University, Nanchong, Sichuan 637002)Abstract The ecological footprint(EF)method was applied to analyze the EF, resources recycling and environmental pollution among variosubsystems in the circulation system of pachyrhizus fuel ethanol, this system was made up of four subsystems which were the systems of agricul-ture, ethanol production, circulation production and waste treatment. The results indicated that the prolonging of production chain followed thecrease of EF, in which the eF of agriculture occupied the biggest area. It was found that the increase of economic benefit followed the prlonging of industry chain, meaning that the prolonging of production chain was of importance to improve resources utilization efficiency. Thetwo subsystems of circulation production and waste treatment solved the environmental pollution during the ethanol production process. Theof energy and water had high proportions in the system, which suggested that consumption of energy and water should be reduced.Key words Fuel ethanol; Circulation industry; Ecological footprint; Pachyrhizus生物燃料乙醇作為一種“綠色能源”得到了快速發(fā)展生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的“廢物”為原料進(jìn)行生產(chǎn)活動,可稱之為傳統(tǒng)的乙醇生產(chǎn)過程會產(chǎn)生大量廢物,從而成為了“污染大“次級消費(fèi)者”;廢物處理子系統(tǒng)對燃料乙醇產(chǎn)業(yè)共生體中各戶”,在此背景下,燃料乙醇循環(huán)產(chǎn)業(yè)逐漸興起。燃料乙醇循個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)或生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢物進(jìn)行回收分解再利用,環(huán)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)通過資源化和物質(zhì)循環(huán)利用實(shí)現(xiàn)了能量梯級利可稱為“分解者”。另外,各子系統(tǒng)之間通過運(yùn)輸進(jìn)行物質(zhì)流動用降低了污染排放提高了環(huán)境經(jīng)濟(jì)、社會效益。日前,國和分配實(shí)際上運(yùn)輸業(yè)可看成是循環(huán)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)中的“分配者”。內(nèi)外學(xué)者常用生命周期評價(jià)和工業(yè)代謝評價(jià)方法對循環(huán)產(chǎn)2材料與方法業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行定量評價(jià)23。雖然這2種方法體現(xiàn)了研究的2.1數(shù)據(jù)來源重慶環(huán)球石化有限公司以甘薯為原料生產(chǎn)過程性系統(tǒng)性但因?yàn)樵u價(jià)單位不統(tǒng)一導(dǎo)致最終結(jié)果的可燃料乙醇企業(yè)位于重慶(長壽)化工園區(qū)內(nèi),占地50.6hm2比性差∽。20世紀(jì)90年代加拿大環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)家Wim和總規(guī)模60萬va,是西南地區(qū)規(guī)模最大的乙醇生產(chǎn)基地其Wackermagal提出了生態(tài)足跡概念。它是指生產(chǎn)相應(yīng)人口所中年產(chǎn)10萬t乙醇的一期工程項(xiàng)目已完成占地39.69hm2消費(fèi)的所有資源和消納所生產(chǎn)的廢棄物所需要的生產(chǎn)性土該研究所用數(shù)據(jù)主要來源于對該企業(yè)一期項(xiàng)目的實(shí)地調(diào)查,地面積(包括陸地和水域),是一種基于生物物理量評價(jià)可持部分?jǐn)?shù)據(jù)來源于國內(nèi)外公開出版的文獻(xiàn)資料。續(xù)發(fā)展程度的概念和方法。生態(tài)足跡分析法將不同資源2.2計(jì)算項(xiàng)目根據(jù)甘薯燃料乙醇循環(huán)產(chǎn)業(yè)對所在區(qū)城的和廢棄物通過折算轉(zhuǎn)換成生產(chǎn)該消費(fèi)所需的原始物質(zhì)與能環(huán)境響應(yīng)將其分成4種生態(tài)足跡類型量的生物生產(chǎn)性面積從而提供了統(tǒng)一的度量基礎(chǔ)其最大2.2.1能源足跡。化肥農(nóng)藥機(jī)械等根據(jù)能量投入轉(zhuǎn)換為優(yōu)點(diǎn)在于計(jì)算結(jié)果的可比性強(qiáng)。筆者以重慶環(huán)球石化有限能源用地(N、P203K2O和農(nóng)藥取值分別為905、13.9、公司甘薯燃料乙醇生產(chǎn)為例擬用生態(tài)足跡分析方法對甘薯9.20和102.00M/kg);柴油根據(jù)發(fā)熱值取值為4燃料乙醇循環(huán)產(chǎn)業(yè)各子系統(tǒng)生態(tài)占用、資源循環(huán)利用和污染MJ/kg;電力根據(jù)熱力當(dāng)量折算的熱量為3.6M(kWh),歸排放情況進(jìn)行研究。為能源用地蒸汽采用熱點(diǎn)聯(lián)產(chǎn),因此蒸汽是電能副產(chǎn)品,不1甘薯燃料乙醇循環(huán)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)重復(fù)計(jì)算;根據(jù)1m2土地生產(chǎn)8M的乙醇替代化石能甘警燃料乙醇循環(huán)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)由衣業(yè)生產(chǎn)子系統(tǒng)、乙醇生源的能地比轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的用地類型。產(chǎn)子系統(tǒng)、循環(huán)生產(chǎn)子系統(tǒng)以及廢物處理子系統(tǒng)組成。與自2.2.2水足跡。根據(jù)水資源需求量除以單位國土面積所覆然生態(tài)系統(tǒng)類似,該系統(tǒng)中同樣存在生產(chǎn)者消費(fèi)者、分解者以及外部環(huán)境。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)子系統(tǒng)主要為燃料乙醇生產(chǎn)提蓋水體(284萬m3/km2)折算成水域用地供基本原材料,是燃料乙醇循環(huán)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)的“生產(chǎn)者”;乙醇2.2.3輔助能足跡。包括可更新輔助能足跡和不可更新輔生產(chǎn)子系統(tǒng)以甘薯為初始原料生產(chǎn)燃料乙醇,是燃料乙醇循助能足跡2類~可甲即新軸助能足跡甘薯種子投人根據(jù)單產(chǎn)水平中國煤化工務(wù)投入根據(jù)最低工資環(huán)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)的初級消費(fèi)者”,而循環(huán)生產(chǎn)子系統(tǒng)以燃料乙醇(6CNMHO能0.75Mh折合成薔金項(xiàng)目中央蜒公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)專項(xiàng)項(xiàng)目(200十一五”國家科技支撐計(jì)劃重大項(xiàng)目(2009 BADC2BO4能源用地畜力按75M/h折算成能源用地。不可更新范大學(xué)科研啟動基金項(xiàng)目(05BO48)。0)輔助能足跡:將生產(chǎn)1t燃料乙醇占用的耕地面積歸為耕地作者筒介春(980-),女四川射洪人,項(xiàng)士講師從事區(qū)城經(jīng)類型建設(shè)用地按乙醇年產(chǎn)量單位用地面積歸為建成地;固收稿日期2009-1204定資產(chǎn)折舊按t鋼材5000元/鋼材耗能3483M/kg折合387期賈春蓉等基于生態(tài)足跡的甘薯燃料乙醇循環(huán)產(chǎn)業(yè)分析成能源用地。所需稀釋水量折算成水域面積。2.2.4染足跡。在污染足跡中只考慮直接產(chǎn)生的污染物被生態(tài)足跡由6類土地類型組成,各土地類型生產(chǎn)力不環(huán)境吸納所占用的土地類型。大氣污染足跡主要考慮CO2同需乘以一個(gè)等價(jià)因子將其轉(zhuǎn)換成具有等價(jià)生產(chǎn)力的土地的排放按吸收1tCO2需林地0.732hm2折算成林地。固面積。筆者采用WwF在2006年提出的等價(jià)因子(耕地廢污染足跡按單位國土面積堆積量換算成耕地面積(Ihm2221、森林1.34、草地0.49、水域0.36、建成地221、能源地土地可堆積固廢10.9萬t);水污染足跡以COD最為顯1.34)進(jìn)行計(jì)算。著根據(jù)《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB89781996)一級達(dá)標(biāo)排放甘薯燃料乙醇循環(huán)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)的能量投入產(chǎn)出情況見表1。衰1甘薯燃料乙醇循環(huán)產(chǎn)業(yè)投入產(chǎn)出Tablel Input-output table of the drculation industry of pachyrhizus fuel農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)醇生產(chǎn)系統(tǒng)循環(huán)生產(chǎn)系統(tǒng)廢物處理系統(tǒng)類別 Types數(shù)值val141044電力∥(kWh農(nóng)藥∥M265.20水∥6000勞務(wù)成本∥元230.00勞務(wù)成本∥元化肥∥M2983.87勞務(wù)成本∥元30.000折舊∥元140.00業(yè)機(jī)械∥M736.31折舊∥元53000建設(shè)用地∥m2078建設(shè)用地∥m2438.50建設(shè)用地∥m210395燃油∥M燃油∥MJ1326.82燃油∥MJ2165.600運(yùn)輸成本∥元運(yùn)輸成本∥元畜力∥MJ82547運(yùn)輸成本∥元551.250人力∥M371.24耕地∥/hm水∥m3CoD∥tCO2∥t固廢∥產(chǎn)出 Output鮮甘薯∥t7.50雜醇油∥/0004沼氣∥m31.20循環(huán)水∥m3醇∥t1.000有機(jī)肥∥0.30有機(jī)肥∥t0.060.300C0產(chǎn)品∥0.56注:甘薯到生產(chǎn)企業(yè)的平均運(yùn)輸距離為150km,運(yùn)輸工具為汽車用油為柴油油耗為35L00km,單車運(yùn)量為8t;公路貨運(yùn)勞動力成本按04元/(t·km)計(jì)算;按單位乙醇產(chǎn)量計(jì)算的汽車折舊費(fèi)忽略不Note: The average transport distance from sweet potato to the production enterprise is 150 km, the transportation is car, the oil is diesel oil, the oil consumptionis 35 L/100 km, transport volume of bike is 8 t: Highway freight labor cost is. 49 At/t. km; the automobile depreciation calculated by unit of ethanol3結(jié)果與分析-0.6882、-0.0001hm2。按生態(tài)足跡類型分能源足跡為甘薯燃料乙醇循環(huán)產(chǎn)業(yè)生態(tài)足跡計(jì)算結(jié)果見表2,每生0.1173hm2;水足跡為0.3603hm2;輔助能足跡為02706產(chǎn)1t燃料乙醇需要的生態(tài)足跡為1.1207hm2。按循環(huán)產(chǎn)業(yè)hm2;污染足跡為10717hm2被“循環(huán)生產(chǎn)-廢物處理”子結(jié)構(gòu)分農(nóng)業(yè)生產(chǎn)子系統(tǒng)、乙醇生產(chǎn)子系統(tǒng)循環(huán)生產(chǎn)子系系統(tǒng)削減06992hm2余下污染足跡0.3725hm2(圖1)。統(tǒng)、廢物處理子系統(tǒng)的生態(tài)足跡分別為0.9940、0.8150、3.1生態(tài)足跡經(jīng)濟(jì)效益按市場價(jià)格(甘薯、乙醇、雜醇油、饔2甘著燃料乙醇循環(huán)產(chǎn)業(yè)生態(tài)足跡計(jì)算結(jié)果Table 2 The ecological footprint calculation results of the circulation industry of pachyrhizus fuel ethanol生態(tài)足跡類型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)乙醇生產(chǎn)系統(tǒng)循環(huán)生產(chǎn)系統(tǒng)廢物處理系統(tǒng)Circulation production systeraste treatment systems土地類型土地類型生態(tài)足跡土地類型能源足跡0.00440.0105能源地0.0064能源地能源地Energy footprint能源地0.0017能源地0.0017能源地0.0003能源地能源地0.00730.0222能源地水足跡0.355700046水域輔助能足跡0.0138能源地0.0005能源地能源地0.0062能源地能源地中國煤化工∞3能源地02210建成地CNMHO0.00建成地0.0265耕地能源地污染物足跡森林水域水域0.0018林地Pollutant footprint0.7945林地0.的74林地安撒農(nóng)業(yè)科學(xué)2010年各子系統(tǒng)生態(tài)足肥料、農(nóng)藥耕地、柴油、電、蒸汽等項(xiàng)目,其中農(nóng)藥化肥和電力能源用地比例較大。從各子系統(tǒng)看,甘薯生產(chǎn)子系統(tǒng)能源The accumulated footprint after red足跡最大占到總能源足跡的82.00%;其次是乙醇生產(chǎn)子系統(tǒng),占10.39%;廢物處理子系統(tǒng)的能源足跡最少,僅占0.68%。這進(jìn)一步驗(yàn)證了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)子系統(tǒng)是資源消耗高生產(chǎn)效率較低的環(huán)節(jié)急需降低這一環(huán)節(jié)的能耗3.5水足跡水足跡占總生態(tài)足跡的32.%,主要是甘薯生產(chǎn)子系統(tǒng)中粗放的灌溉方式消耗了大量水資源,同時(shí)乙醇三目案生產(chǎn)過程又存在大量的工藝用水和稀釋用水,兩大因素導(dǎo)致水足跡比重過高。這說明水資源是燃料乙醇生產(chǎn)的主要原料之一,也是導(dǎo)致乙醇行業(yè)污染的重要因素,甘薯燃料乙醇循環(huán)產(chǎn)業(yè)應(yīng)降低水耗,防止因工藝需要引起的水環(huán)境問題結(jié)論圖1甘薯燃料乙醇循環(huán)產(chǎn)業(yè)生態(tài)足跡甘薯燃料乙醇循環(huán)產(chǎn)業(yè)通過延長產(chǎn)業(yè)鏈提高了資源利g1 The ecological footprint of the cyde industry of pachyrhi用效率單位生態(tài)足跡收益得到了增加同時(shí)通過“循環(huán)生產(chǎn)zus fuel ethanol廢物處理子系統(tǒng)”使系統(tǒng)廢物得到利用降低了污染物排有機(jī)肥價(jià)格分別為1003750,300040元,CO2副產(chǎn)品放量,說明循環(huán)產(chǎn)業(yè)是實(shí)現(xiàn)資源化減量化的有效模式。此均價(jià)按1200元1計(jì)算沼氣1元/m3,循環(huán)水按當(dāng)?shù)厮畠r(jià)計(jì)外,能源足跡和水足跡占用大,因此應(yīng)重點(diǎn)降低系統(tǒng)生產(chǎn)能算,為1.8元/m2)計(jì)算各子系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益發(fā)現(xiàn)如甘薯生產(chǎn)耗和水耗,其中以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)子系統(tǒng)最為迫切后作為最終產(chǎn)品直接消費(fèi),其單位生態(tài)足跡經(jīng)濟(jì)效益為生態(tài)足跡方法將不同度量單位歸為相同的6類用地提統(tǒng)中,其單位生態(tài)足跡經(jīng)濟(jì)效益增加了23.71%;在廢物處理魯考文著“可比性,是評價(jià)循環(huán)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)資源利用效率益為8681.6元,經(jīng)濟(jì)效益增加了10%;在循環(huán)生產(chǎn)子系的有效手段子系統(tǒng)中其單位生態(tài)足跡經(jīng)濟(jì)效益增加了0.25%。這說明(1]杜風(fēng)光馮文生燃料乙醇發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望],現(xiàn)代化工,x0626延長產(chǎn)業(yè)鏈可以使生物質(zhì)能量利用率得到提高,單位生態(tài)足跡的收益得到增長。因此,對初級產(chǎn)品進(jìn)行深加工是提高資[2]閆珍,成升魁閔慶文基于生態(tài)足跡方法的玉米-味精生態(tài)農(nóng)業(yè)及業(yè)系統(tǒng)分析[J農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)2002(9)48-52源效率增加收入的重要途徑。但同時(shí)可以看出,產(chǎn)業(yè)鏈延3]蔡九菊,建軍,張琦等鏃鐵企業(yè)物質(zhì)流能量洗及其對C2排放的影門.環(huán)境科學(xué)研究,08,21(1):196-200伸到廢物處理系統(tǒng)時(shí)經(jīng)濟(jì)效益幾乎停止增長這也很好地解[4]胡志遠(yuǎn)戴杜浦耿強(qiáng)等木薯燃料乙醇生命周期能源效率評價(jià)[刀釋了企業(yè)對于環(huán)保投入積極性不高的原因。上海交通大學(xué)學(xué)報(bào),2004,38(10):1715-1718.32農(nóng)業(yè)生產(chǎn)子系統(tǒng)生態(tài)足跡農(nóng)業(yè)生產(chǎn)子系統(tǒng)的生態(tài)足[5] AYRESR U. Industrial metabolism theory and policy[Cy/ALlENBY BR. RICHARDS D J. The跡占整個(gè)循環(huán)生產(chǎn)系統(tǒng)生態(tài)足跡的88.69%,其中耕地和水資源分別占該子系統(tǒng)的24.90%和35.78%。耕地和水資源[6] AYRES R U. Life cycle analysis: a critique[J].Resources, Conservation&Recycling,1995,14:199-223占用較高一方面說明了自然資源的投入在循環(huán)生產(chǎn)系統(tǒng)中[7] WACKERNAGEL M, REES W E Our ecological footprint; reducing humaimpact on the earth[ M]. Cabrela Island: New Society Publishers, 1996占據(jù)重要地位;另一方面表明農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門資源消耗高自[8]段寧孫啟宏傅強(qiáng)等我國制糖(甘蔗)生態(tài)工業(yè)模式及典型案例然資源生產(chǎn)效率低,要降低系統(tǒng)的生態(tài)足跡必須先從農(nóng)業(yè)部分析[]環(huán)境科學(xué)研究,x04,1(4):29-32門入手[9]沈亨理農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)M]北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,196[10]王蜻張旭黃志甲基于LCA的建材生產(chǎn)能耗及污染物排放清單分3.3污染足跡污染足跡為03725hm2,占總生態(tài)足跡的析J環(huán)竟科學(xué)研究200,x0(6):14-153.33.24%。通過循環(huán)利用、污染物處理等方式使污染足跡削[I]李勝路明杜鳳光中國小麥燃料乙醇的能量收益[].生態(tài)學(xué)報(bào),200,27(9):3794-380減了0.692hm2,去除率為65.24%。生態(tài)足跡在“乙醇生[12]陳敏張麗君,王如松,等.8-20年中國生態(tài)足跡動態(tài)分析門產(chǎn)階段增至最大到循環(huán)產(chǎn)業(yè)-污染處理系統(tǒng)階段出現(xiàn)(B0家上水y樓△M北京中圖國水和電中9了遞減現(xiàn)象。在整個(gè)循環(huán)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)中,“循環(huán)產(chǎn)業(yè)-污染處(14]白鈺曹輝魏建乓,等,基于環(huán)境污染賬戶核算的生態(tài)足跡模型優(yōu)理”子系統(tǒng)將酒精糟液、CO2和固廢變廢為寶減少了污染物化—以珠江三角洲城市群為例[應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)2008,19(8)Word rls3.4能源足跡能源足跡占總生態(tài)足跡的10.47%,它包括中國煤化工CNMHG