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糖醇農業、糧食農業與我國的農業現代化

2019-10-25 14:34:33 中國能源網   作者: 北京天地日月生物能源科技有限公司 徐道清  

一、 糖醇農業的概念

據測算,地球上植物通過光合作用每年生成約1700億噸糖類化合物,這些糖類化合物每年可以固定1230億噸二氧化碳,儲存6.3×1015的太陽能,相當于全球人類每年消費能源的10倍以上。這些糖類化合物在外觀形態上多種多樣,如樹木森林、棉、麻、瓜果、蔬菜、糧食、秸稈等千姿百態,但是大多數植物內在的化學構成上卻比較簡單,僅僅是單糖、寡糖、多糖的糖類化合物。

這些糖類化合物是人類賴以生存的基本物質,吃、穿及生態保護等,構成人類社會發展的第一產業或曰農業產業。近代以來,人類又開辟了第二產業或曰工業產業,農業支撐了工業革命,工業又反過來促進了農業的更好發展。工業的發展更加依賴于礦物、石油、煤類等能源化工。隨著工業的發展,礦物、石油、煤類等不可再生性及環境污染性又促使人類尋找更清潔環保、可持續可發展、可再生的產品替代,其中糖類化物的生產、開發利用被大多數人認可。

比如,用糖類化合物生產燃料乙醇、燃料丁醇以替代石油(汽油),用植物纖維生產高分子化合物——替代石油的高分子合成等。因此,我們把這種以糖類化合物為基礎原料,經工業加工生產能源和化工的產業稱之為糖醇能源化工產業,而為糖醇能源化工產業提供生產、粗加工整理、儲存、運輸糖類化合物的產業稱之為糖醇農業。就如同為食品提供原糧原料的產業成為糧食農業一樣。

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二、 糖醇農業概念的內涵和外延

從化學成分講,糖類有機化合物包括含有單糖、雙糖等水溶性糖的化合物,也包括含有不可溶性的寡糖、淀粉、纖維素、半纖維素、木質素等;從品種上講主要糧食作物(玉米、小麥、水稻)是含糖有機化合物,木薯、紅薯也是,西瓜葡萄等瓜果蔬菜也是;從植物部位講,果實如玉米粒、小麥粒、水稻粒及其莖稈、根莖也都是糖類有機化合物。只是從收集、儲存、運輸的難易度,有效物質含量的多與寡,以及滿足人類食品需求等方面需要多角度考慮,從而有所取舍。

也就是說,過去認為是糧食作物的,其全株也都是糖醇能源化工的原料,棉、麻、糖等作物也是;由于不考慮食用的安全性,過去認為不能食用而被廢棄的、變質的農產品也可以充分利用!這樣農業產業的范圍將大大增加!我國2018年產6.6億噸糧食的10億噸秸稈、全球年產26億噸糧食的35億噸秸稈也都將大有用途;可以替代石油生產清潔可再生的能源化工!

石油石化年產值,我國每年約2萬多億美元,全球每年約13萬億美元,由于糖醇能源化工產業可以替代石油能源化工產業,其產業經濟價值巨大,因此,過去的沙漠沙地鹽堿地等國土也將會被引進水源、牽上電力、土地整理、大規模進行糖醇農業——這將大大增加農業用地,藏糧于地、藏糧于技:在糧食短缺、價格升高之時能夠快速地生產糧食食材!我國有這樣的沙漠沙地20多億畝,全球有100多億畝,這些沙漠沙地的農業產業四大要素的水、土、光、熱等,大多僅僅是缺水。若確定糖醇農業是基礎性戰略產業,預計10年之后我國將年產20~30億噸糖類有機化合物,全球將年產80~100億噸糖類有機化合物,這些糖類有機化合物作為食用之用時價格被抑制而便宜,但是其作為能源化工產品的原料時,因為價格放開而有利于競爭。

三、 我國發展糖醇農業的途徑

㈠ 全國10億噸農作物秸稈

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我國2018年糧食產量6.6億噸,按谷草比1:1.5計算約有10億噸的農作物秸稈。農作物秸稈是由纖維素、半纖維素和木質素等三大部分組成,其組分大約各占1/3。這三大組分可以生產許多化工產品。

纖維素可以生產的產品有:漿泊(造紙漿泊、紡織纖維如萊賽爾纖維莫奈爾纖維的溶解漿、可降解塑料薄膜)、水解后生成糖可以生產燃料乙醇丁醇乳酸等或生產石墨烯等。

半纖維素可以生產的產品有:糠醛、木糖、呋喃樹脂、乙二醇、丙二醇、聚氨酯等化工產品。

木質素可以生產的產品有:木香樹脂、染料分散劑、膠粘劑、乙苯、苯乙烯、航空煤油等。

這些化工產品可以替代石油原油生產多種高分子化合物,我們統稱為“植物纖維化工”,也是糖醇能源化工的范疇,所以這些農作物秸稈也是糖醇農業的范疇。我國主要農作物的秸稈(玉米、小麥、水稻)每年有10億噸,其生產的能源化工產品約相當于3億噸石油原油。

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在糖醇農業的理念下,這些糧食農作物秸稈不是農業的剩余物(廢棄物),而是糖醇能源化工的原料,即:

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宋代科學家沈括在《夢溪筆談》中論及石油:“此物后必大行于世,自余始為之。”果然石油在當今世界大行其道,成為現代社會國家安全、民生富裕、社會安全的重要物質。

從化學成分上講,農作物秸稈是糖類化合物,石油是烴類化合物,雖然農作物秸稈和石油在外觀上大相徑庭,但是它們的化學元素基本相同、化學分子式相似。石油的產品(能源產品:汽油、煤油、柴油;化工產品:塑料、橡膠、合成纖維等)在現代社會非常重要,秸稈產品也可以和石油一樣生產這些產品!

那么,現在農作物秸稈為什么不能像石油一樣生產能源化工產品呢?

我們考察石油產業系統的結構是由以下系統組成:原油勘探、開采、儲存、運輸、石油煉制、化工生產、產品運用、分銷等完整產業鏈條及整個生態系統,石油產業可以大規模開采、長期儲存、遠距離運輸集中,能夠規模化、集約化地加工生產,現在的石油煉化廠,年加工能力可達1000萬噸至5000萬噸!想想看,農作物秸稈能不能有這個集中度或規模化?!

所以糖醇農業要像石油產業系統一樣,對農作物秸稈有計劃、有組織地進行收獲、粗加工整理、大規模長期儲存、遠距離運輸集中,要將秸稈像石油一樣規模化、集約化地精細加工,這樣才能生產出社會需要的、清潔可再生的能源和化工產品。

現在我國每年自開采石油約2億噸,進口約5億噸,共大約7億噸,這樣才能滿足社會需求,而我國每年產生的農作物秸稈約有10億噸,若大部分能夠收集利用加工,其生產的能源化工產品可以相當于3~4億噸石油原油。

因此,要建立我國的農作物秸稈收獲、儲存、運輸、加工、運用系統。我們曾經構想并撰寫了《京津冀5000萬畝玉米秸稈收儲運用系統工程》、《黑龍江1億畝玉米秸稈收儲運用系統工程》,并在河北省石家莊市欒城區、黑龍江省雙鴨山市寶清縣852農場進行了試點生產。其主要思路是:①在玉米成熟收獲時,為農民“免費收獲,秸稈給我”,為農民免費收獲玉米,農民的秸稈給公司。②為實現上述目的,我們設計并試制出了一種叫“玉米秸稈聯合收榨一體機”的聯合收獲機械,可實現玉米果穗收獲、玉米秸稈榨汁、糖液收集、榨渣打包等綜合功能一體機。③大約在2萬畝左右的玉米種植區設一個收儲服務站,存放玉米秸稈的榨汁和榨渣(植物纖維)。④約20個左右的這種收儲服務站設一個工業糖漿廠,將各收儲服務站的糖汁濃縮成工業糖漿儲存。⑤約30~50個這樣的工業糖漿廠建設一個糖醇能源化工生產園區,將這幾百萬畝至幾千萬畝玉米面積產生的工業糖漿和植物纖維(榨渣)全年、連續、均勻地加工成各種能源化工產品。這樣既為糧食生產服務了,也解決了農作物秸稈問題,最重要的是為糖醇能源化工找到了長期穩定的可靠原料!這種模式可以復制到其他農作物,如小麥、水稻、也可以推廣到其他糧食生產省區。

㈡全國20多億噸的沙漠沙地鹽堿地可以組建中國糖醇農墾集團,成立中國糖醇能源化工集團。

建國初期,為解決軍隊的吃飯穿衣問題,中央讓王震將軍在新疆組建“新疆建設兵團”、在黑龍江組建“北大荒農墾集團”,“新疆建設兵團”項目占地7.5萬平方公里,已開發出6000萬畝的高標準農田,年生產棉花400萬噸,占全國棉花產量的二分之一;“北大荒農墾集團”占地5.5萬平方米公里,已開發4500萬畝高標準農田,年產糧食430億斤,占全國糧食產量的1/25。這二個項目地在開發之前都是不毛之地,大片荒原:新疆兵團項目地嚴重干旱、寸草不生;北大荒農墾項目地是恒古冰原,一般農戶根本無力開墾。但是王震將軍及建設者們發揮了“集中力量辦大事”的體制機制優勢,硬是把“北大荒”辦成“糧大倉”,解決了大多數軍隊糧食供應問題,把新疆的不毛之地變成了“塞上江南”,解決了解放軍的穿衣問題,使我國的幾百萬軍人不與民爭糧、爭地、爭資源。這就是我們今天總結的“兵團精神”和“北大荒精神”!

如果說建設全國性的“農作物秸稈收儲運用系統工程”,收儲10億噸農作物秸稈可以替代約3億噸石油原油,這還是遠遠不夠的,預計2030年以后,我國年消費石油將達到8~10億噸(2018年石油消耗量近7億噸)。要滿足這樣巨量的能源化工需求,預計需要25~30億噸標準工業糖漿(含糖50%)和10~15億噸的植物纖維(榨渣)。反過來說,如果能夠達到這個要求,我國農業將是非常的強大了!

近年來,由于擔憂二氧化碳使全球氣溫升高使地球環境惡化,全世界已達成《巴黎協議》這樣的二氧化碳減排共識,產油國憂懼屆時全球拋棄石油,所以拼多產壓價,所以現在全球石油價格維持低廉。但是無論如何說,石油都是將地底下封存的二氧化碳釋放到空氣中去,因此替代石油的趨勢不可阻擋,只是替代路途還有爭論(純電動、氫電池或生物能源替代),美國年產4800萬噸燃料乙醇替代1.5億噸石油,我國也出臺了到2020年全國推廣使用乙醇汽油的方案。

因此,我們設想,能不能發揚我國傳統的“兵團精神”和“北大荒精神”,在我國三北地區的沙漠沙地建設20~30個“糖醇農墾集團公司,徹底改變我國大西北惡劣的生態環境,根本上解決我國石油對外依存度高的狀況”, “石油糖醇代,沙漠變綠海”!

具體場想如下:

1、 調研我國西北部各省區(內蒙古、新疆、青海、甘肅、寧夏等),實地勘察其海拔高度在2000米以下的、能夠整體連片整治的、土地面積在10萬畝以上的沙漠沙地鹽堿地及中低產田,做一個糖醇農墾整體規劃并報國務院及各省區批準。根據各種資料預估,這些土地面積大約有20多億畝。

2、 糖醇農業的作物主要是指光合作用能力強、糖類化合物產量高的農作物,比如甜高粱、玉米、紅薯、西瓜、葡萄等。其主要是為生產燃料乙醇為主的糖醇能源化工產品,可以不考慮食用安全性,比如可以種植轉基因品種等。

3、 先從水源較豐沛、土壤條件較好的沙漠沙地開始,比如科爾沁沙地降水較多、土壤層深厚,地域包括內蒙古自治區的通遼市、興安盟、赤峰市及遼寧省、吉林省的部分地區,面積約在1~2億畝。取得經驗后再推向庫布齊沙漠、毛烏蘇沙地、渾善達克沙地及騰格里沙漠、巴丹吉林沙漠、柴達木沙漠、庫爾班通古特沙漠和塔克拉瑪干沙漠。

4、 在這些沙漠沙地上開墾:①以植樹造林為主的生態恢復工程。②以土地整理為主的農田水利基本建設工程。③以種植甜高粱為主的農業工程。④以青鮮植物中的糖分提取與保存為主的工業糖漿生產工程。⑤以糖醇農業的產品為基礎原料生產與使用的糖醇能源化工產品的產業系統工程。

5、 糖醇農墾的每個分公司的耕地面積約在1億畝左右.當地農牧民就近加入公司,成為公司職工,其現有耕地使用權可以采取贖買收回.

6、 糖醇農墾的耕地按現代化高標準農田整治,適應現代化大規模、大機械的耕作方式.

7、 引入”北大荒農墾集團公司”的管理模式,統一安排生產計劃、統一種植、統一管理、統一收獲儲存,實現現代農業服務模式。

8、 《環球時報》總編輯胡錫進在參觀了“北大荒”農墾的生產規模后說:“全國糧食生產都像北大荒這樣,有十個北大荒就解決了中國糧食的安全問題。”,2018年北大荒用四千多萬畝的耕地生產了430億糧食,其糧食生產的現代化程度是世界上絕無僅有的,甚至比美國的農業都要先進。

9、 本文所述糖醇農業,在國家糧食充裕的時候生產糖醇原料,一旦發現糧食有緊張的苗頭,就可以種糧食——因為這些高標準農田能夠種植糖醇作物,也可以很好地種植糧食作物。

10、 現在的國際國內情況是:糧食供應充裕,糧食價格低廉,外國的規模化現代化的農業生產的糧食以低價沖擊國內糧食市場,迫使我國的小農種植的糧食無利可圖,無以為繼!

11、 為應對出現的新情況,我國出臺農業耕地“三權分離”的政策,鼓勵種田大戶流轉其他農戶的耕地,以實現規模種植,但是這種模式與其他農民“爭地、爭利、爭市場”,實現我國農業現代化的難度很大。

12、 習近平主席說,農業現代化是我國的最后一個短板,沒有農業的現代化就沒有國家的現代化。既然這種“流轉”模式不能實現農業現代化化,那就需要另開新的耕地,我國不能像美國、澳大利亞一樣用“殖民地”方式開辟新耕地,就是只能著眼于我國這些沙漠沙地,寄希望改造好這些國土以實現農業的現代化!

13、 我國現在已實現工業現代化,有工業能力和經濟實力來徹底改造這些沙漠沙地,現在的問題是國家是否下這個決心。我國國力現在處于旺盛期,一旦下決心改造這些沙漠沙地就可以實現:①北疆生態安全屏障,②農業的現代化,③石油糖醇代。而若現在不能下這個決心,一旦進入發展平庸期,再想進行這么浩大的工程建設就難了!美國現在就在這個發展平庸期,想干稍微大一點的工程非常艱難!

14、 徹底根治西部沙漠的主要問題是水源問題。解決西部水源問題現在已經有了一些思路,比如“紅渠河工程”思路是把雅魯藏布江的水調入西部沙漠、“空中調水方案”是通過技術措施將通過沙漠區域空氣中的水截留下來灌溉沙漠等諸多方案構想。我們認為陜西西安王德斌先生的“核泵工程”方案可能是最優的調水方案:用氫彈核爆的原理,把東海的水通過大管徑長距離的管道抽提到青藏高原的哈拉湖,湖水在梯次下泄到各個沙漠中可以發電、鹽水在西北高蒸發量環境中淡化成雨水,達到綠化沙漠目的(詳見王德斌的《核泵工程》)。

15、 若這些改造好的沙漠沙地成為高標準農田,都種植糧食也不行,會出現谷賤傷農,大規模現代化種出的糧食一定比小農戶生產的糧價低,一旦大量的糧食沖擊市場,小農民的狀態會更慘。因此,保持這些土地的糧食生產能力,又生產一些非糧用途的、市場好銷的糖醇農業產品是很有必要的。這也是“藏糧于地、藏糧于技術”的一種重要方式!

16、 經過5~10年的大規模建設,我國建成20~30個規模化現代化的“糖醇農墾公司”,每年能夠生產20億噸標準工業糖漿(含糖50%),10~15億噸植物纖維,產值可達5萬億元!要知道我國2018年的糧食產值也僅有3萬多億元!因此,糖醇農業將是我國(甚至全球)的一個涉及國計民生、涉及清潔可再生能源的龐大的、重要的產業!

17、 關于工程的費用及思路

巨大的“糖醇農業”工程,等于再造一個大國農業,重塑了世界農業版圖和世界能源局勢,如此的世紀工程一定是花費巨大,平均再造每畝耕地若需1萬元,則需要約20萬億資金。但是若每畝每年創造2000元產值計算,20億畝則可年創產值4萬億,約5~10年即可收回投資,這可是千年大計,由此我國西北生態安全、農業超強大、能源清潔可再生引領世界!

四、 糖醇農業對我國農業現代化的意義

現代化農業最重要的就是規模化,有規模才能科學化、專業化、集約化、高產高效化,因此沒有規模化就沒有現代化!但是我國的傳統農業區也是人口密集區,若強制性地在這些農業區實行規模化,就一定會出現“爭地、爭利、爭市場”的矛盾!既然如此,我國農業該如何才能現代化呢!

世界上被認為最現代化的農業有三種:①美國、澳大利亞等殖民地國家的大面積、大機械、大公共化服務型農業即規模化農業,②日本人多地少而發展起來的精細化農業,③以色列沙漠干旱而建成的設施農業(或稱為植物工廠)。

我國歷史上是、現在是并且以后長期是世界第一的農業大國,中國傳統性農業滋養了5000年的中華文明,滋養了我國世界人口第一大國14億人,形成了厚重的耕讀文化,生產了許許多多各具特色的食品,涵養了大國的人才和勞動力。應該講,是我國輝煌的第一產業(或農業)支持了我們幾千年輝煌中華文明!雖然從現代視角講,傳統農業勞動生產效率低,但是在生產復雜多樣、市場需求的、小宗的農產品或地方名優土特產品方面仍具有很大的優勢。因此,在我國傳統農業區仍應堅持傳統農業,學習日本在精細化農業的經驗,生產千百萬種食品原料,滿足市場需求,涵養眾多人口。

但是即使是精細化農業最優秀的日本也知道,精細化農業的產品價格高昂、數量有限,每年仍需從國外進口大量的農產品如米、面、油、肉。日本1億多人,國際市場可以滿足供給,但是中國人多,14億人一旦缺乏糧食,國際市場是滿足不了的。因此,我國的大宗農產品糧食的政策是“以我為主、立足國內、確保產能、適度進口、科技支撐。”。目前我國農產品綜合供應能力可以達到80%,20%的農產品仍需要進口。這20%的進口才是大家所關注的,畢竟此事涉及生命保障和社會穩定,若餓死人,萬分之一都不行!

美國、澳大利亞、巴西等殖民地國家,地廣人稀、土地面積廣大,經過幾十上百年的探索,他們發展了規模化農業,其中美國的規模化現代化農業最為發達,美國以300多萬的農民每年生產約5億噸糧食,生產效率之高令人稱羨!

總結美國的現代化農業,不外呼就是大田塊、大面積、大機械、大服務、大市場等。我國有沒有這樣的大田塊大面積?有!就是我國的沙漠沙地!有人說這里干旱缺水,缺乏進行農業生產的條件。那么農業生產的基本條件是什么?無非就是水、土、光、熱四要素,我國大部分沙漠沙地土壤深厚、地勢平坦、光熱資源豐富,只是嚴重缺水才導致沙化,只要下決心解決水利問題就一定可以進行農業生產。那些已經規模化、現代化農業的國家如美國,那里的土地沒有進行改造之前也是不能進行農業生產的,美國也是曾經餓死了人的!因此,我們也要對我國的這些沙漠沙地進行工業化改造,我國目前已經具備了這種工業化能力,是世界著名的基建狂魔,修建大型或超大型水利工程自然不在話下!只是需要中央下決心,需要全國人民支持!

若這20多億畝經改造而成的高標準農田都種植幾個單一大宗的糧食作物,如玉米、小麥,如小麥畝均產0.4噸,10億畝則可產4億噸麥子,玉米畝均產0.5噸,10億畝則可產5億噸玉米,如此一來,糧食安全有保障了,但是對市場的沖擊、價格的競爭則是傳統農業承受不了的,對其他農民將是一場災難,就如美國農業的現狀一樣,為糧食的出口進行貿易戰,而這是不可持續的!事實上,美國從上世紀九十年就在為玉米找出路,他們現在每年生產3.8億噸玉米,出口0.6億噸,食用或做飼料1.8億噸,還有1.4億噸用于生產糖醇能源化工產品——燃料乙醇。2018年美國用1.5億噸玉米生產4800萬噸燃料,其主要目的就是為了保持農業的生產能力。他們開辟了糖醇能源化工(燃料乙醇)替代石油能源化工的道路。

正因為如此,才建議我國建設“糖醇農業”,既讓我國農業走向現代化,保持強大的農業生產能力,又不使處于兩難!糖醇農業一開始就生產更高產、高效的糖類化合物,市場更廣闊的、意義更深遠。

糖醇農業一開始就要求是規模化、集約化的現代農業。田塊按工業廠房一樣設計,種子、種植管理智能化、自動化,收獲按大型機械化——只有這樣,產量和價格才能與石油相競爭!糖醇能源化工產品龐大的市場、優渥的經濟回報定會促進糖醇農業的技術、設備設施的研發生產,相互促進,良性發展。而這些技術設備也可以適用于糧食的生產,增加國家的糧食安全保障。

現代能源化工產業,都是工廠化和工程化思維。糖醇農業是現代化能源化工產業,如同電力行業的煤炭采掘業或石油行業的原油勘探開采業,也需要工業化思維:國土整治、高標準農田建設、糖類化合物的收儲運等都要有現代化的工業思維和工程思維,物聯網、人工智能等第四次工業革命的理念也都會吸收進糖醇農業。

“糖醇農墾”像“北大荒集團”或“新疆建設兵團”一樣,實行國營體制,民營企業或個人在統一管理下,承包經營其中的專業化服務或田地管理——這也是我國的體制優勢之一。

希望到2030~2040年,我國糧食產能達到8億噸,糖類化合物的工業糖漿達到20億噸,植物纖維達到10~15億噸,若這樣,我國農業現代化就基本完成!

若我國實現本設想,在非洲、澳洲、南美洲、中亞西亞復制幾個這樣的農墾系統,則可以實現“全球無饑餓”,實現“石油糖醇代,沙漠變綠海”,實現人類命運共同體的偉大構想!
(北京天地日月生物能源科技有限公司  徐道清)




責任編輯: 張秀秀

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