开发 利用林果资源 发展 新能源

广东省发展和改革委员会课题

开发 利用林果资源

发展 新能源 生物产业研究

（ 终稿）

广东省产业发展研究院 课题组

2016 年 12 月 28 日

课题组构成

课题总负责人：刘文彬

课题执行组长：冯 杰

课题组成员：苏植权 张拴虎 刘东波 吴欣欣 郑晓虹

周文华 刘思宇 张泽华

总指导： 赵建华（广东省发展改革委副巡视员）

蔡德敏（原广东省发展改革研究所副所长）

技术专家：刘泽寰（暨南大学分子生物研究中心主任/教授）

束文圣（中山大学生命科学院院长/教授）

李远志（广东瑞华集团果酒实验室研究员）

目 录

前 言.............................................................................................................. 1

上 篇.............................................................................................................. 3

利用林果资源发展生物能源产业研究........................................................3

一、面临问题..........................................................................................4

二、发展环境..........................................................................................5

三、可行性分析....................................................................................12

四、发展意义........................................................................................20

下 篇............................................................................................................ 24

利用林果资源发展综合生物产品产业研究..............................................24

一、发展方向........................................................................................24

二、技术开发........................................................................................27

三、经济效益........................................................................................31

四、重要意义........................................................................................33

五、对策建议........................................................................................35

参考文献................................................................................................38

附件 1：领导批示及报刊报道.............................................................40

附件 2：生物技术实验研究报告.........................................................44

附件 3：规模化种植能源果林对环境影响........................................ 54

附件 4：对降低碳排放影响的分析.....................................................77

附件 5：实地调查报告.........................................................................81

前 言

广东是我国的水果大省，全省水果产量占全国的 6%左右。

但大部分果农收入仍然较低。主要因为水果产出多了销不出

去，收购价也偏低，尤其是丰年，有大量的水果剩余，造成很

大浪费。2009 年，为了解决水果的出路问题，根据省发改委

领导布置的任务，我们开展了一项关于水果产业深加工综合利

用的研究。研究发现，水果不仅可以酿酒、榨汁、制饮料，还

是制备生物能源很好的原材料。2012 年，我们在省产业发展

研究院立题开展《利用林果资源发展生物新能源研究》，就水

果制备能源进一步研究。初步的研究显示，利用我省丰富的水

果资源，除了可生产出满足人们饮食需求的食品、饮料和果酒，

还可以形成支持生物能源产业发展的充足的原料。

但能源是规模化、低收益产品，以林果资源制备能源如何

才能解决生产成本和经济效益这个矛盾，需要进一步研究。在

以林果资源发展生物能源产业研究的基础上，2014 年，我们

在广东省发展改革委立项本课题，联合有关企业和研究机构，

开展关于利用林果资源，运用生物技术，综合发展高附加值系

列产品的研究，探讨通过资源的综合利用，获得高附加值副产

品，实现资源全产出，从而解决成本与效益的问题，使林果制

备能源能够实现商业化应用。课题研究涵盖产业经济、自然科

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学、环境保护以及公共政策等多个领域。

通过两年多的实验研究和实证分析，课题组论证了开发利

用我省广阔的山地资源，大量种植能源林果，并通过生物技术，

可以制备产出除食品饮料、能源之外的保健品和药品等高附加

值工业品原料。研究成果表明，通过资源的综合开发利用，既

可推动生物新能源产业发展，全面解决水果的出路，又能有效

提高资源产出的经济效益，从而走出一条促进山区奔康致富的

新路子。

根据研究的两个不同阶段，本研究报告分为 上篇——利用

林果资源发展生物能源产业研究； 下篇——利用林果资源发展

综合生物产品产业研究。

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上 篇

利用林果资源发展生物能源产业研究

广东是能源消耗大省，2015年全省消费能源2.5亿吨标煤，

约占全国能源消耗总量的 8%。根据有关预测，未来 15 年广东

能源需求将翻一番以上，到 2030 年将达到 5 亿吨标煤左右。

目前广东的一次能源几乎全都依赖省外调入，能源安全风险较

大。开发新的能源资源，对广东具有十分重要的战略意义。

现在广东已开发并商业化利用的新能源包括核能、风能、

太阳能以及生物质能，其中核能利用占较大的比重，风能、太

阳能利用近年来也得到较大的进展，生物质能的开发利用则较

为滞后。核能、风能和太阳能需要占用大量的环境和土地空间，

受资源所限，未来的发展将面临天花板问题。

广东土地“七山一水二分田”，现有林地 1.5 亿亩、园地

1900 多万亩，另有水果种植面积 1700 多万亩，约有 1000 多

万亩边际宜林宜果山坡地未被开发利用。林果资源实际上是太

阳能光合作用的产物，有资源可再生特性。利用林果资源，再

加上原有的林业农业生产剩余物和生物质废弃物，发展生物质

能源产业，既可提高果农的收益，又可缓解广东能源可持续供

给安全，还可大大改善生态环境，一举多得。因此，应当重视

开发利用广东这一独特的资源，努力推动其加快实现产业化。

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一、面临问题

（一） ） 化石能源的高强度消费， ， 带来了系列环境与资源的

问题。

我国是能源消费大国，能源消费结构中化石能源占了很大

比重。众所周知，能源燃烧中碳的排放，主要来源于化石能源，

因而我国又是世界碳排放大国。我国许多地方灰霾严重、PM

超标、异常性气候增加，无不与碳排放增加有关。作为世界两

大经济体，中国和美国达成共识，要为世界减少碳排放作出贡

献。中国规划在 2030 年前或更早达到碳排放峰值。未来十五

年内，将是我国改变能源供给消费结构、切实降低碳排放的关

键时期。而人类社会对不可再生的化石能源的高强度消费，也

加速了化石能源资源枯竭时点的到来。寻找新的替代能源或可

再生能源，成为人类发展共同的重大任务。

（二）作为水果大省的广东，果农的收入仍然较低。

广东是我国经济发达省份，但经济发达地区主要集中在珠

江三角洲区域，粤东西北山区经济仍然相对落后。现全省年产

各类水果 1500 多万吨，其产地主要集中在经济相对落后的粤

东西北山区。主要品种包括荔枝、柑桔橙、香蕉、菠萝等。由

于外观不佳或销路不畅等种种原因，每年有 20%左右的成品果

销不出去而烂在地里，果农损失不小，丰产年销不出去烂在地

里的就更多，农民增产不增收。粤东西北山区拥有丰富的土地

和林果资源，但未能得到相应的经济回报。

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二、发展环境

（一）面临形势

随着能源消耗的愈益增大，世界能源机构预测，根据目前

探明的储量，全球石油资源未来 50 年左右将消耗殆尽，煤炭

资源也将在未来 100 年左右枯竭，且不可再生。因此，开发利

用清洁、高效、安全、可再生的新能源，已成为当前世界性共

同的战略目标及紧迫行动。

目前，世界上进入商业化应用的新能源主要包括水能、风

能、太阳能以及核能。水能和风能利用技术已相当成熟，现在

关键是资源问题。根据国家能源局组织的调查，广东风力资源

相对不足（见图 1-1），且台风较多，风速强弱不匀，因此风电

上网技术难度较大，进行调峰投入的成本也相对较高。

图 图 1-1 ：中国风能资源分布图

资料来源：中国能源协会

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图中颜色较深的部分为风力资源较强的地区。从图可见，

广东风力资源并无太多的优势，因而国家能源战略部署在全国

风能发电的重点布局中，并未将广东纳入其中。

太阳能也是目前各国发展新能源的主要方向。但广东日照

时间相对较少（见表 1-1）。从表可见，广州的年平均日照率只

有 44%，明显低于我国西部和北方许多城市，广东其他城市日

照率也相对不高。这就意味着若要像我国西北地区那样形成规

模有效的太阳能应用，必须增加更大更多的装置，这就造成比

较成本的攀高。这也是目前太阳能在广东不如我国西北地区发

展那么普及的一个重要原因。

表 表 1-1 ：中国主要城市太阳能资源分布图

城市

日照时数/h 日照百分率/%

年 冬 夏 年 冬 夏

呼和浩特 2960.7 206.5 276.5 67 70.0 60.7

北京 2763.7 200.6 242.5 63 67.3 55.0

大连 2804.1 193.5 241.6 63 64.7 57.3

郑州 2451.2 173.1 238.0 55 56.3 56.0

济南 2776.3 188.0 260.5 63 61.7 60.3

太原 2756.0 202.5 250.3 62 67.0 58.3

南京 2182.4 141.9 227.5 49 45.7 54.0

西安 1966.4 130.0 212.2 44 42.3 49.7

银川 3028.6 236.0 295.0 68 72.0 67.3

兰州 2571.4 183.6 247.1 58 60.0 57.3

昆明 2521.9 257.5 158.9 57 73.0 39.6

乌鲁木齐 2802.7 158.1 306.6 63 55.0 68.0

武汉 1967.0 111.4 226.6 45 36.0 54.3

广州 1951.4 132.3 207.7 44 40.0 51.3

资料来源：中国气象台官方网站。

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目前广东核电发展已具相当的规模，在运行的核电装机总

容量 610 万千瓦，占全国在运核电的一半，占全省发电总装机

容量的 7%；另外在建的核电装机总容量 1000 万千瓦。“十二

五”期末，广东核电装机总容量达到 1600 万千瓦，占全国 4000

万千瓦的 40%。在当下核能的安全性还难以百分之百确保、一

旦出事后果又不堪设想的情况下，国家对于核电的发展也是在

谨慎推进中。日本福岛核事故对核电发展的安全性敲响了警

钟。德国在日本福岛核事故发生后已决定将国内的核电设施逐

步停产或淘汰。

液体燃料是十分重要的战略资源。现在广东的液体燃料百

分之百需要从外调入。以生物质能制备燃料乙醇，是替代部分

液体燃料可行性最高的方案。尽管生物质能源在新能源中规模

目前相对尚小，但新能源路线的多样化发展，仍是应当坚持的

战略选项。

最新研究表明，以水果为原料可以生产制备优质的能源—

燃料乙醇。广东盛产水果，且水果生长周期较短，一般果树种

植后两到三年左右便可挂果，之后每年至少可产出一造（菠萝

每年可产 2~3 造），因其本质实际上是通过太阳能光合作用形

成的产出物，故是名副其实的可再生资源。若以广东丰富的林

果资源为原料制备燃料乙醇，既能解决水果出路，增加农民收

入，促进粤东西北山区利用本地特色资源发展经济，还能为新

能源发展增加多一项选择，为能源安全增加多一份保障。

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（二）发展趋势

近年来世界生物质能源发展表现出强劲的势头。有关资料

显示，美国现年产生物燃料（燃料乙醇和生物柴油）4000 多

万吨，占石油消费总量的比例已达 4.5%。美国现在市场上出

售的汽油中大部分是含 10%乙醇的生物汽油（也称 E10 汽油）；

美国政府还规定，2007 年以后生产的轿车和轻型卡车都要能

使用 E15（含 15%的乙醇）乙醇生物汽油。巴西的生物能源也

已全面进入商业应用阶段，现年产燃料乙醇 1800 多万吨，使

用混合生物燃料（E20）的汽车达 1500 多万辆 1 。奔驰、宝马、

大众、日产等汽车厂商已着手启动生物质能源汽车量产计划。

德国规划到 2020 年生物沼气产量将超过目前从俄罗斯进口天

然气的总量。最近欧盟对飞经的航班征收碳排放税，其主要理

由就是基于现在的飞机应该且已可以使用更清洁的生物燃料。

在水果制备能源方面，发达国家也走出了重要的一步。据

报道，美国每年都有 20%—40%的西瓜、苹果、柑橘以及其他

水果，由于种种原因烂在地里，科学家已完成将西瓜转换为燃

料乙醇的实验，苹果和柑橘在美国也已被科学研究人员证明是

很好的制造燃料乙醇的原料；澳大利亚科学家已成功研制出以

香蕉为原料的生物质能源及其发电系统；日本研究人员已开发

出以苹果等水果为原料的燃料电池，日本政府正从国家战略安

全的高度考虑将其用于应对灾害发生或军事用途上。

1. 根据国家发改委能源研究所相关报告数据。

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近年来，我国也在大力发展生物能源。国家林业局在《林

业生物柴油原料林基地“十一五”建设方案》中提出，“十一

五”期间将建设能源示范林基地 1250 万亩，到 2020 年，形成

2 亿亩的能源林基地，以满足 600 万吨生物柴油生产的需要。

农业部在《农业生物质能产业发展规划（2007～2015 年）》中

提出重点发展农村沼气、农作物秸秆以及木薯等能源作物为原

料的生物质能源。2008 年，广西作为国内首个以非粮原料生

产燃料乙醇的省区，在境内开始全面推广使用燃料乙醇汽油。

黑龙江、吉林、辽宁、河南、安徽 5 省及湖北、河北、山东、

江苏的 27 个市已开始试点使用 1：9 的乙醇和汽油的混合燃料

（E10）。近日，我国以生物混合燃料的航空试飞成功，标志着

我国生物质能源将进入商业应用的新阶段。

（三）路线选择

——已有路线

我国生物质能源发展中有多条路线。以下是一些地区和企

业生物燃料生产的基本情况（见表 1-2、1-3）。

表 表 1-2 ：近年生物柴油中试生产及使用原料情况

地区或单位 原料 技术方法 规模

北京 亦庄 废油 酶催化法生物柴油 500 吨/年

上海 地沟油 化学法生物柴油 5000 吨/年

广东 茂名 种籽油 纳米技术生物柴油 批量生产

中国科技大学 木屑、秸秆 热解液化生物柴油 1000 公斤/小时

中国林科院 林木种籽等 化学酯化生物柴油 500 吨/年

中国农科院油料所 油菜籽 化学酯化生物柴油 2000 吨/年

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表 表 1-3 ：近年我国燃料乙醇生产企业情况（单位：万吨）

生产企业 原料 供应区域 年生产能力

吉林燃料乙醇

有限公司

玉米、秸秆 吉林、辽宁 60

黑龙江华润酒精

有限公司

玉米 黑龙江 10

河南天冠集团 以小麦为主

河南、湖北等 13 个

城市

30

安徽丰原生物化学

有限公司

玉米

安徽、山东等 14 个

城市

44

香港（宁夏）和宝

国际公司

甜菜 — 40

广西中粮生物质能

有限公司

木薯 广西 20

广东中能酒精有限

公司

木薯 — 30

资料来源：根据相关材料整理

上述情况归纳为几条路线：

一是以 秸秆 或木屑等农林业废弃物、 、 有机废弃物 （ 包括地

沟油、 、 餐厨垃圾等） ） 为原料路线。 。这一路线可以大大降低成本，

但由于原料来源的分散性和不确定性，以及理化性能的不稳定

性，无法实行连续化、规模化、标准化、基地化管理，难以形

成相对稳定的规模的产出量，最终难以满足规模化、稳定化生

产要求。

二是以种植小麦、 、 玉米、 、 木薯等粮食或经济作物为原料路

线 。这一路线可实现标准化、基地化生产，在美国、巴西是主

要路线，其分别以玉米、甘蔗为原料制备燃料乙醇，目前已形

成产业规模，替代了 10%-25%左右的化石燃油，取得了良好

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的效果。但由于我国人口多、耕地少，玉米、甘蔗占用大量耕

地，会产生“与人争粮、与粮争地”问题，长此以往，还会受

到粮食价格波动的影响，难以可持续发展。

三是以桐油果等油含量较高的能源林果类 为原料路线。 。这

个路线技术上也已较为成熟，但因其单位占地面积产量不高，

需要占用大量的土地资源，且产出成份单一，综合经济效益目

前尚难以评估。

——尚在开发路线

以富含糖份和纤维素 、 产出能源 （ 燃料乙醇 ） 较高的浆果

为原料路线。以水果为原料制备生物质能源，国外已在密锣紧

鼓进行研发和应用实验。如上所述，美国、澳大利亚、日本的

研究人员已开发出以苹果等水果为原料的燃料乙醇及其供电

系统，并着手进入商业化应用领域，我国一些部门对此也正在

开始进行探索与研究。

广东水果基本以浆果型（如柑桔橙、菠萝、香蕉和荔枝等）

为主，由于采果期短、不易保鲜、卖相受损等种种原因，水果

剩余积压烂掉等问题比较突出。以水果为原料制备能源，第一

步可先充分利用现有的剩余水果，生产燃料乙醇，满足部分需

求；然后进一步开发未利用的宜林宜果山地，拓展边际土地资

源，形成能源果林，做到“不与人争粮、不与粮争地”并形成

规模化生产。如果融合上述已有路线，即加上废弃物和其他生

物质原料，则还可获得更多的产出，同时还能解决环境污染占

12

用问题。若达到 100 多万吨/年燃料乙醇的产量，则可满足全

省 1000 万吨的燃料油消耗总量配比（E10）的原料需要。

三、可行性分析

（一）原料来源

稳定的规模的原料来源，是工业化生产的前提。能够商品

化的工业生产原料，必须满足以下几个条件： 一是要理化性质

稳定； 二是能够有规模化产出量； 三是可以连续化供应； 四是

可以标准化产出。即所谓“四化”（ 稳定化 、 规模化 、 连续化 、

标准化）。

我们通过以下几种路线进行比较研究（见表 1-4）。

表 1-4 ：生物质能源 不同路线 原料来源比较

原料 玉米 木薯 甘蔗 秸秆 餐厨垃圾 水果

原料成份特

性

淀 粉 含 量

64%，

淀 粉 含 量

71%，

含糖 18% 富含纤维素 成份复杂 含 糖 16% 左

右，皮渣含丰

富纤维素

单位土地产

量

0.8 吨/亩 2 吨/亩 3 吨/亩 4 吨/亩 不确定 1 吨/亩以上

理化性质 稳定 稳定 稳定 复杂 不稳定 稳定

规模化产量 作 为 粮 食

而 受 规 模

量的限制

受 种 植 面

积 所 限 而

供应有限

受种植面

积所限而

供应有限

难以收集形

成规模供应

量

不明确 可利用山地大

面积种植，形

成规模化产量

连续化供应 产出单一，

可储存，一

年 四 季 可

连续供应

产出单一，

可储存，一

年四季可

连续供应

产出单一

集中，难储

存，有淡旺

季分

产出单一，

储 存 成 本

高，有淡旺

季分

不确定 由于多个品种

可用，收获时

间分布较宽，

一年四季可连

续供应

标准化制备 可标准化 可标准化 可标准化 难以标准化 无法标准化 可标准化

注：数据参考国家能源局相关报告，结合相关调研得出。