燃料乙醇是以玉米、小麥、薯類、甘蔗、甜菜等為原料，經發酵、蒸餾制得乙醇，脫水后再添加變性劑變性而成，其研究和應用在許多國家受到很大關注。燃料乙醇生產作為經濟—自然—社會復合系統,其內部各亞系統間、與外部經濟、自然環境之間都存在錯綜復雜的能量流、物質流、貨幣流和信息流。然而,如何全面分析和評價系統，目前仍是生物燃料乙醇評價亟待解決的問題。目前國內對生物燃料乙醇的研究作了一些有益的探索，張治山、李勝等對我國燃料乙醇的能量收益進行了評價;周祖鵬、陳迅等，從經濟可行性出發對燃料乙醇生產進行了評估;胡志遠對木薯乙醇汽油生命周期的環境排放進行了評價;張治山以凈碳排放作為可持續性指標對玉米燃料乙醇進行評價。這些方法在燃料乙醇評價中往往把各種效益割裂開來,故不能完整反映系統的結構、功能的內部機理和動態過程。

　　摘要：能值分析和能量分析一樣弱化了生命周期過程系統對環境造成的影響，有待進一步深入研究。

　　關鍵詞：生命周期評價,燃料乙醇,能值,農科核心期刊論文發表

　　能值分析能夠將生態系統或生態經濟系統中不同種類、不可比較的能量轉換成同一標準的能值來衡量和分析，從中評價其在系統中的作用和地位;綜合分析系統中各種生態流(能物流、貨幣流、人口流和信息流)，得出一系列能值綜合指標(EmergyIndices)，定量分析系統的結構功能特征與生態經濟效益[7]。該理論把社會、經濟、自然3個亞系統有機統一起來,從生命周期全程定量分析自然和人類社會經濟的真實價值,由此從根本上克服了單純著眼于生態或經濟分析面臨的難題。 1研究方法 1.1生命周期框架生物燃料乙醇的生命周期是由“原料種植”“運輸階段”和“燃料乙醇生產”3個過程組成，見圖1(虛線部分)。在生物燃料乙醇生命周期過程中,“原料種植”過程中吸收太陽能、雨水勢能、雨水化學能、風能等可再生能源，同時消耗化學品、柴油等化石能源，并且包含材料、機械、勞務等投入，種植后的產品作為乙醇生產原料通過“運輸階段”到達燃料乙醇生產廠。在“燃料乙醇生產”過程中,消耗電、煤或天然氣、化學品等能源，同時投入機械、勞務等資源，把生物原料轉化成乙醇,經脫水、添加變性劑生產出燃料乙醇，從而完成整過乙醇燃料生產到分配的全過程。變性和使用階段乙醇幾乎不消耗能量，因此，選取的系統邊界到燃料轉化為止。1.2能值分析能值(Emergy,英文拼寫帶一個字母“M”)是一個新的科學概念和度量標準,由美國著名生態學家HTOdum創立。他將能值定義為：一種流動或貯存的能量中所包含的另一種類別能量的數量，稱為該能量的能值[8~9]。能值實質就是包含能量(Embodiedenergy)[10~11]。能值分析是以能值為基準，通過能值轉化率把生態系統或生態經濟系統中不同種類、不可比較的物質流、能量流、價值流以及生態系統服務功能轉換成同一標準的能值來衡量和分析，有效地將自然資本的價值納入了社會經濟系統，并將自然、社會和經濟等亞系統有機的統一起來。按照能值分析基本方法，繪制系統能流圖(見圖1)，R為輸入系統的本地可再生資源，N為輸入系統的本地不可再生資源，F為不可更新的工業輔助能(如場地、設備、原料等)以使生產活動得以進行;T為投入的可更新有機能如勞務。1.3生命周期能值分析(EmLCA)方法生命周期能值分析方法有別于傳統能值分析方法，它是以產品生產全過程為研究對象，以能值為量綱，把任何資源、產品或勞務的價值用其在形成過程中所需直接和間接消耗的太陽能之量來衡量。生命周期能值分析的提出實現了以同一的度量標準來宏觀評價自然環境生產與人類經濟活動。從而實現了對所關注系統的結構功能與效益的定量分析。基本燃料乙醇生產系統的分析主要使用以下幾個能值指標。生命周期能值產出率(LC-EYR)是各階段產出能值之和除以全程經濟反饋投入能值;LCEYR=Σ(Ni+Ri+Fi+Ti)/Σ(Fi+Ti)(1)LC-EYR可更好地了解某一種資源是否具有競爭力和經濟效益的大小。其值越小，說明該種資源的競爭力較弱，開發時產生的回報效益越低;反之，競爭力則強，開發效益較高。生命周期環境負載率(LC-ELR)等于不可更新能源投入能值除以可更新環境資源投入能值：LCELR=Σ(Ni+Fi+Ti)/ΣRi(2)LC-ELR是經濟系統的一個預警指標，表示整個系統對環境造成壓力的大小。一個較高的LC-ELR值表明在經濟系統中存在高強度的能值利用，同時對環境系統保持著較大壓力，為了避免過程對環境造成太大的影響從而產生不可逆轉的功能退化或喪失，系統不能長期處于較高的環境負載率狀態下。生命周期能值投資率(LC-EIR)等于來自經濟的反饋能值除以來自環境的無償能值輸入。LCEIR=Σ(Fi+Ti)/Σ(Ri+Ni)(3)LC-EIR是衡量開發單位本地區資源而需要的能值投入。當這一比值較高時，幾乎所有的投入都是有償的，這就使得價格上漲，系統的競爭力較低。這一指標的變化常受政治或社會經濟因素的影響。生命周期能值可持續指標(LC-ESI)等于為系統能值產出率與環境負載率之比。LCESI=LCEYR/LCELR(4)LC-ESI越高，意味著過程系統的能值產率越大，環境負荷率越小，該系統的可持續發展程度就越高，反之是不可持續的。但并不是LC-ESI值越高，可持續性就越高。當10>LC-EIS>1時表明經濟系統富有活力和發展潛力;LC-EIS>10則是經濟不發達的象征;當LC-EIS<1時，為消費型經濟系統[12]。 2應用實例 廣西壯族自治區作為我國最大的木薯生產基地，為木薯燃料乙醇的生產提供了充足的原料。在廣西木薯平均產量為35t/hm2，木薯原料轉換率:干木薯/乙醇=2.9,鮮木薯/乙醇=7。本文以廣西年產10萬t的木薯乙醇項目為研究對象，應用能值方法對木薯燃料乙醇全生命周期進行分析。2.1資料收集木薯燃料乙醇生命周期數據包括木薯種植階段的化肥、農藥等消耗的生產能耗數據，車輛運輸階段的柴油消耗量，燃料轉化階段的工藝選擇、流程耗電耗汽、流程所耗化學品等的相關能耗數據。數據一部分來自中國公開出版的文獻資料，一部分來自于廣西地區的實際調研，并考慮了數據對最終結果的影響大小和數據收集難易程度。2.2計算結果及分析在能值分析中，確定能值的分析范圍是至關重要的，本文嚴格按照圖1中N、R、F、T的定義確定分析范圍。在種植過程中進行能值分析時，所考察的范圍涵蓋了太陽光、雨水、土壤等自然環境作用的因素，但是在乙醇生產過程中進行能值分析時，太陽光、風等環境因素對于工業過程系統的貢獻幾乎是十萬分之一[13]，故忽略不計。從實際情況出發進行假定：①廣西木薯為干片收集，平均運輸距離為50km，柴油貨車的柴油消耗強度為0.06L/(t?km);②乙醇生產廠設備的使用壽命為12年;③回收的投入產品，不占總的生命周期能值，不重復計算。能值分析見表1，能值指標見表2。從燃料乙醇全生命周期研表1木薯燃料乙醇生命周期資源的能值投入量seJ/t資源種植階段能值運輸階段能值生產階段能值可更新環境資源(R)7.73E+14-7.75E+12不可更新環境資源(N)1.94E+14--不可更新工業輔助能(F)2.80E+163.74E+132.65E+15可更新有機能(T)5.47E+148.43E+133.92E+14合計2.95E+161.22E+143.05E+15表2木薯燃料乙醇生命周期能值指標值指標LC-Transformity(seJ/J)LC-EYRLC-ELRLC-EIRLC-ESI數值1.10E+061.0340.932.60.025究來看，木薯燃料乙醇的能值轉換率為1.10E+06seJ/J，比玉米乙醇能值轉換率1.70E+05seJ/J[14]高，原因是玉米乙醇能值分析只包括工廠生產過程，而本研究則包括整個生命周期。生命周期能值產出率為1.03，比工廠生產階段生物乙醇能值產出率(1.08[14])低，遠低于核電能值產出率4.5[7]，說明生命周期能值分析更全面、真實的反應了系統生產效率，在目前能值利用方式中并不像以往分析那樣具有很大的優勢。生命周期環境負載率值為40.9，低于巴西甘蔗燃料乙醇環境負載率45.23[15]，但大大高于僅對乙醇生產過程能值分析的環境負載率17.65[14]，其值較高是因為大量的化肥、除草劑等化學產品的使用。生命周期能值投資率為32.6，表明來自于經濟投入的能值是來自于自然環境投入的32.6倍，主要是整個生產過程中化石燃料、化學藥品和機械設備等投入能值過高。生命周期能值可持續指標為0.025，意味著木薯燃料乙醇生產全過程為消費型經濟系統，不可再生能值需求高于可再生能值需求，因此，必須提高可持續能力，減少諸如化學藥品、化石燃料等不可更新能的投入。

　　3結語 傳統意義的能值分析適用于生產過程的產品或服務，而不對全生命周期進行評估，本研究表明，產品生命周期分析能值分析包括從原料種植到產品是用的全部過程，更能全面的反映整個過程消耗的產品和服務。以木薯燃料乙醇生命周期分析為例，顯示燃料乙醇生命周期過程的能值轉換率較高，各評價指標值還較差，可持續性不強。改進生產工藝，增加可更新資源的投入，在種植過程和運輸過程增加替代能源的使用，降低化石能源的投入，是當前燃料乙醇生產中的重要任務。

　　參考文獻： [1]張治山,袁希鋼.玉米燃料乙醇生命周期凈能量分析[J].環境科學,2006,3(27):437~441.

　　[2]李勝,路明.中國小麥燃料乙醇的能量收益[J].生態學報,2007,9(27):3794~3800.

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