柳枝稷是美國本土的一種多年生植物。它在平原上生長迅速、易于存活，可分為低地型和高地型兩種生態型。柳枝稷生命力極其頑強，在某些地方甚至被認為是有害的野草。分布於美國德克薩斯州草原地區至加拿大。可用於提煉乙醇燃料。
基本信息
名稱: 柳枝稷
英文名: Versatile switch grass
學名: Panicum virgatum
科屬: 禾本科稷屬
類別: 多年生草本
主要性狀: 多年生叢生型禾草，根莖和種子繁殖，根深，株高l~2米。
分布地區: 美國大平原及東部大部分地區的土生種。
習性特點: 耐旱，耐排水不良的土壤。
繁殖方法: 種子
用途
柳枝稷能從中提煉出酒精，又有“能源草”的稱謂。“能源草”多指兩年或多年生草本或半灌木，包括甜高粱、柳枝稷、芒屬作物等高大草本都是理想的能源草。能源草多為耐旱、耐鹽堿、耐瘠薄、適應性強的草種，種植和管理簡單，在干旱、半干旱地區、低洼易澇和鹽堿地區、土壤貧瘠的山區和半山區均可種植。
中國農業大學資源與環境學院教授胡林等專家完成的一份研究報告顯示，目前未被利用的荒草地是中國最重要的保留土地資源之一，如果把其中能適合種植的361萬公頃荒草地種植生物乙醇能源植物，每年潛在的生物乙醇產量達1100萬噸，可替代當今中國汽油消費的23%。 據測算，1畝柳枝稷草所產出的酒精能量可以抵3、4噸電煤的能量。
2010年7月，柳枝稷的全基因組圖譜測序完成，一篇學術論文低調地刊登《遺傳學》（Genetics）雜志上。雖然沒有像水稻基因組那樣過多的報道和關注，但這項工作，卻可能是改變人類能量獲取方式的浩大工程的一個開端。 柳枝稷就是這樣的能源工程植物。之所以選這種禾本科植物（雖然跟玉米、水稻是一家但是沒有可以做面包的籽粒），首要的一點就是它們對生活環境不挑不撿，不管是貧瘠、鹽堿、干旱都不會影響它們的生活，甚至可以在礫石遍布的荒灘上扎根。并且這些家伙的生長期很長，大有野草“割”不盡，春風吹又生的架勢。一般來說，一次種植，可以連續收獲10年，其間也不需要可以的打理，只要掌握好收割時間就好了。
不僅如此，柳枝稷還是C4植物。簡單來說，就是有個二氧化碳“濃縮器”。作為植物光合作用的重要原料的二氧化碳的濃度是制約能源生產的一個關鍵因素，可惜正常大氣中的二氧化碳濃度是極低的（僅有0.03%），而C4植物收集空氣中的二氧化碳，然后再將其濃縮后傳輸到維管束鞘附近，維持光合作用的高效運轉。
除了收集能量的效率高，柳枝稷還有著能量容易被處理的優點，通常的木質素含量僅為6%-9%，遠低于玉米秸稈和甘蔗。相對的，其纖維素豐富。這樣就使得在生產中提取純凈纖維素的麻煩事。不排除將來以轉基因手段，來降低木質素和半纖維素含量。而柳枝稷全基因組測序完成，無疑給這項工作打下了堅實基礎。
1公斤干能源草的熱值大多高于14.5MJ，相當于同等重量的煤炭的70%-80%（1公斤原煤的熱值平均為20.9 MJ）。目前，能源草的能量利用方式主要還是直接燃燒，這種方式對生物能的利用率比較低。據報道，在火力發電中，1畝地一年產出的能源草相當于4噸煤。乍一看，這些草還是不錯的燃料。但是稍微計算一下，我們就會發現其中的問題。目前，一個熱電廠每天最少要消耗2000噸煤，一年就是72萬噸。那么，要填飽一個中小型電廠的肚子，一年至要種18萬畝能源草，這個面積幾乎相當于一個中等規模縣的耕地總面積的10%-30%。如果將影響能源草產量的因素（干旱、鹽堿化）考慮在內，需要的種植面積可能會更大。大規模的生產能源草，很可能會擠占耕地。如果能從基因組中解讀出關于生長的特殊信息，使產量得以保證，將是一個一勞永逸的方法。
就在十多年前，柳枝稷還是生長在北美荒原上的野草，而今天，它已經成為生物能源開發的樣板植物。我們有理由相信，人類會像馴化水稻、玉米這些糧食作物一樣，馴化像柳枝稷這樣的能源植物，綠色的清潔能源就生長在今天被我們認為是不毛之地的地方。
柳枝稷還有很強的抗旱能力，對肥料的需求也較低。這意味著柳枝稷生產中消耗的礦物燃料更少。拖拉機施肥、水泵灌溉都需要礦物燃料。灌溉和施肥的工作量少了，能源的投入也相應減少，因此成本更低、排放的溫室氣體也更少。
柳枝稷給料（也就是用于生產蒸餾燃料的原材料）可以產出稱為纖維素乙醇的燃油。這種酒精類燃料是通過分解纖維素（植物細胞壁的成分）而產生的。纖維素被分解成基本成分后，再加入酵母，從而發酵成為酒精。經過精煉，所制成的乙醇可作為燃料使用。
植物中用于提取乙醇的纖維素越多，其作為乙醇生產原料的價值就越大。柳枝稷就具有大量的纖維素。整個植株中有大約70％的成分都是由這種復雜的碳水化合物構成[資料來源：BioCycle]。更妙的是，纖維素脫水時形成的副產品木質素很有可能成為乙醇生產裝置的燃料。如果能夠有效利用木質素，則生產乙醇的過程完全可以自給自足。
從從種植柳枝稷的肥料生產開始，到配送乙醇的運輸環節為止，阿貢國家實驗室（Argonne National Laboratory）研究員麥克爾·王對柳枝稷的能比進行了全面計算。他發現在用柳枝稷纖維素提取乙醇的過程中，每單位能量的投入可創造出10倍的能量輸出。這遠高于用玉米生產乙醇的效率。相比而言，汽油的能比在1到0.81之間，這意味著其生產的能耗高于產能。王先生同時還發現柳枝稷乙醇需要消耗的石油能源比汽油需要消耗的少70％，而且E85 乙醇——85％乙醇和15％汽油的混合物，釋放的溫室氣體（GHG）較汽油低86％。
柳枝稷利用的困難和研究
盡管針對柳枝稷的各項研究表明，這種植物未來將在緩解能源危機方面起到重要作用，但注意是“未來”。 當前，從柳枝稷中提取纖維素的工藝復雜、成本較高。
根據植物材料的種類不通，從中提取的纖維素需要采用不同的酶處理。這類催化劑與糖類相似，作用于復合碳水化合物，釋放出纖維素以及廢料二氧化碳。然而，使用這種酶費用較高，每提取一加侖的乙醇就要花費20美分。此外，用酵母對纖維素進行發酵的過程中，還需要不同的酶，這又進一步提高了成本。2006年，植物遺傳學家阿伯特·考希（Albert Kausch）稱，以當前的培育生產方法，每加侖纖維素酒精成本為2.70美元。這仍比汽油便宜，但考希認為成本可以下降到1美元左右。大幅降低成本的方法之一是開發更便宜的酶，最好能找到尋找既可以分解纖維素，又可以發酵乙醇的酶。
柳枝稷生產燃料乙醇的另一個問題是怎么把乙醇燃料從精煉廠運送到燃油站。乙醇具有高度腐蝕性，不能像石油一樣通過管道或油桶運輸。這就意味著只能通過卡車運送，必然增加生產成本，降低能比，因為大型油罐卡車需要消耗石油燃料運送乙醇。
阿貢國家實驗室（Argonne National Laboratory）的麥克爾·王告訴博聞網：通過鐵路系統長途運送乙醇可以部分解決乙醇運輸問題。他說，“如果你在中西部地區提煉乙醇，而將乙醇運送到西部，運輸就是個問題。你需要利用鐵路。但如果短距離運送乙醇，就沒有什么不同了（對于凈能比而言）。”
使用柳枝稷提取乙醇燃料的另一個問題是要解決所需的大面積耕地。一份田納西大學的分析報告指出美國每年可以產出總共一億五千三百萬噸干柳枝稷和作物殘余（農作物經過收割、生產環節后的殘留物，如莖和種子等）作為乙醇生產的原材料。數據表明，這樣美國每年的汽油消耗量可降低5.3%。這一數值比預計的要低，也遠遠低于喬治·W·布什總統在2006年國情咨文講話中提出的到2017年實現三千五百萬加侖可再生燃料的目標。
同樣，我們也可以通過技術攻克這一難題。美國國家能源政策委員會（NCEP）的杰森·格魯梅特（Jason Grumet）稱，篩選柳枝稷的品種可以提高每英畝的產量、使生產乙醇的效率提高1/3，并使美國所有車輛的燃料效率提高一倍。
資金無疑是克服這些阻力的必要條件。許多能源公司和農作物研究集團都向纖維素乙醇產業投入了大量資金。英國石油阿莫科上市公司（BP Amoco PLC）向加利福尼亞大學伯克利分校和伊利諾斯州大學香檳分校共計提供5億美元用于建立試驗設施。雪佛龍公司（Chevron Corporation）向加利福尼亞大學戴維斯分校提供2500萬美元，向喬治亞理工學院提供1200萬美元。美國橡樹嶺國家實驗室（Oak Ridge National Laboratory）也獲得了美國能源局提供的一億二千五百萬美元的資金進行纖維素乙醇的研究。很多公司還希望美國政府通過向纖維素乙醇技術的投資人提供投資保證及減稅政策，推動纖維素乙醇技術的研究和發展。
有了現有的纖維素乙醇項目研究資金，再加上日后的更多資金注入，以及對纖維素乙醇研究的熱情和公眾支持，不難想象在未來幾十年里利用柳枝稷生產的乙醇將會真正成為汽車燃料。但利用柳枝稷生產乙醇同樣遭到了質疑。有些人不看好柳枝稷的前景，有些人擔心使用柳枝稷生產乙醇帶來的不利影響。閱讀下一頁，了解人們對生物燃料的質疑。 |
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