在农田中种植能量：农业中的生物质能源

如果美国的生物质能源利用量增长2倍，可以为农民和农村社区多带来200亿美元的收入，并且为全球变暖减少相当于7000万辆汽车的排放量。

许多农民已经通过种植玉米制造乙醇来生产生物质能源。但生物质能源有多种形式。几乎所有的植物和有机废物都可用于产生热、电或燃料。

生物质能源能够满足美国大部分的能源需求，并且能够为农村带来经济效益，提高国家能源独立性，减少污染。农产品将出现全新的价值渠道。农村社区的能源将完全自给自足，利用当地种植的农作物和农作物残余制造燃料，供农机使用，并为基础设施提供热力和电力。

生物质能源的机会日益增多。例如，根据2002年的农业法案，数百万美元的联邦奖金用于激励研发新技术、新作物来生产生物质能源、化工产品等。许多州也为生物质能源提供激励政策。

农场中的生物质能源

生物质残余

农业生产活动中产生大量的生物质残余。虽然大多数农作物残余都留在田地中，以减少土壤侵蚀，并将营养元素返回到土壤中，但是一些生物质残余可以用于生产能量，而且对土壤不产生伤害。其它废弃物，例如生产干酪产生的乳清和牲畜粪便，也可以用于生产能源，同时降低处理成本和环境污染。

能源作物

能源作物就像粮食作物一样，可以进行大批量生产。玉米是目前使用最广泛的能源作物，在未来，本土草木有可能成为最流行的能源作物。这些多年生植物需要较少的维护，与中耕作物相比每年的投入较少，因此它们更具性价比，可持续性生产。

草本能源作物：柳枝稷是最有前途的草本能源作物。它的产量高，可以连续多年收获。其他生长迅速的本土草本植物，如大须芒草、虉草和小麦草，也可以作为能源作物利用。

木本能源植物：一些生长快速的树木可以成为优秀的能源作物，它们被反复砍伐后仍能重新生长。这些速生木本作物可在不到8年内长到40英尺高，重新种植之前可以连续收获10至20年。在阴凉潮湿的地区，杨树和柳树是最好的树种选择。在较温暖的地方，悬铃木、枫香和棉白杨是最好的能源作物。

油料作物：从大豆和向日葵中提取油也可以用来制造燃料。不过，像玉米一样，比起其他能源作物，这些植物需要更精细的管理。

保护土壤

通过精细化管理和实践，多年生能源作物可以提高过度耕作土壤的质量。能源作物的深根系增强了土壤结构，增加了土壤有机质含量。由于很少耕作，土壤几乎不会遭受机械产生的物理伤害。一项研究估计，将一个普通大小的玉米农场改种柳枝稷，每年可以减少的土壤流失量相当于66辆卡车的承载量。

与中耕作物相比，多年生能源作物需要很少的化肥、农药、除草剂和杀菌剂。减少化学品使用有助于保护地下水和地表水，防止水生植物过度生长。此外，根深蒂固的能源作物可以作为过滤器，防止其他农田的化学物质随径流进入农田，防止水土流失造成的淤积。

最后，相比起中耕作物，多年生能源作物能创造出更加多样的栖息地，吸引更广泛的物种，如鸟类、传粉昆虫和其他有益昆虫，并且能为更多的生物提供食物和住所。此外，能源作物较长的收获期可以使农民避开鸟兽的繁殖季节。

将生物质转化为能源

大多数生物质转化成能量的方式是燃烧。热量可直接用于加热建筑物、干燥农作物、加工乳制品和工业用途。它也可以被用于产生蒸汽和发电。例如，在常规发电厂中，许多电力公司燃烧生物质或将生物质与其它燃料一起燃烧来生产电力。

生物质也可以被转化为液体或气体，以产生电力或运输业所需燃料。乙醇通常是通过发酵和蒸馏生产的，其制造过程与啤酒的制造过程十分相似。大豆和菜子油可以通过化学手段转化成液体燃料，称为生物柴油。这些燃料无需改造发动机结构便可在现有的发动机中使用。

生物量可以在“气化罐”中无氧加压的条件下加热转化成气体。粪便也可以通过沼气池转化为沼气。这些气体可以通过燃烧来产生热量、蒸汽或电力。

其他沼气应用仍在发展中，但已经表现出了巨大的潜力。其中一项技术是在一种先进的燃气涡轮机中直接燃烧沼气来运行发电机，并产生电能。这个过程是单纯燃烧生物质产生蒸汽发电效率的两倍。研究人员还在开发沼气驱动的小型高速发电机。这些“微型燃气涡轮机”仅有不超过三个运动部件，可生产30千瓦电力，足以满足一个中型农场的需要。有几家公司也正在考虑将气化生物质转化为乙醇，作为发酵沼气的替代品。

沼气可以加工成氢气或甲醇，在高效率燃料电池中氢气或甲醇可以通过化学手段转化为电能。燃料电池既可以为整个农场提供动力，也可以驱动汽车或拖拉机。

密苏里州的一个创新实验展现了利用生物质能源的可能性。玉米用来生产乙醇，产生的废弃物则饲养奶牛，以生产乳制品。牛粪可以给玉米施肥，也可以通过沼气池产生沼气。一个燃料电池有效的将沼气转化为电力，为整个运行过程提供能量。整个过程的最终产物是乙醇、电力和牛奶。所有废弃物都在过程中得以使用，降低了成本。

利用前景

生物质目前提供的电力大约占美国总电力的2%，生物质燃料的1%用于轿车和卡车，产生的一部分热量和蒸汽用于家庭和企业。随着能源作物种植越来越广泛，加上更好的转化技术，生物质能源可以赢得更多的市场。能源作物和作物秸秆可以提供全美国14%的电力或全美国13%的汽车燃料。

橡树岭国家实验室(ORNL)的研究发现，农民可以在4200万英亩的耕地上种植1.88亿吨的柳枝稷(烘干重)，收入约50美元一吨。这个产量水平会增加美国农业净收入60亿美元。橡树岭国家实验室还估计，每年美国约有1.5亿吨玉米秸秆和小麦秸秆(烘干重)，以同样的价格出售，这可以另外增加20亿美元的农民收入。这个数字的假设前提是约有40%的总生物残余被收集处理，其余的被留在农田中以保持土壤质量。

假设中的能源作物仅在限定区域中种植，在限定区域中，这些作物可以不需要灌溉。现在已经对这些能源作物进行了充分的研究，可以提供产量和管理要求的可靠信息。因此，美国的其他区域也可能适合种植能源作物。