书城教材教辅植物资源学
10409700000029

第29章 能源植物资源

一、概述

(一)能源植物的概念和种类

能源植物,又称石油植物或生物燃料油植物,通常是指具有合成较高还原性烃的能力、可产生接近石油成分和可替代石油使用的产品的植物,以及富含油脂的植物。到目前为止,能源植物有草本、乔木、灌木类,主要集中在夹竹桃科、大戟科、萝科、菊科、桃金娘科以及豆科。全世界已发现40多种能源植物,有续随子、绿玉树、橡胶树、西蒙德木、甜菜、甘蔗、木薯、苦配巴树(Copaífera officinalis Jacq。)、油棕、小桐子树、黄连木、象草等。根据所含主要成分的不同,可将能源植物分成:①富含碳水化合物的能源植物,利用这类植物所得到的最终产品是乙醇。植物种类较多,分布广泛。如菊芋、木薯、马铃薯、甜菜、高粱、玉米、甘蔗、芒等,都是生产乙醇的好原料。②富含类似石油成分的能源植物,石油的主要成分是烃类,如烷烃和环烷烃等,富含烃类的植物是能源植物的最佳来源,生产成本低,利用率高。如油楠、续随子、绿玉树、苦配巴树等。苦配巴树又称为香胶树,其树汁不需任何加工,即可当柴油用,简单加工就成了汽油,单株年产树汁达20~30 kg,是目前已知的石油产量最高且质量最好的能源植物。③富含油脂的能源植物,它们既是人类食物的重要组成部分,又是工业用途非常广泛的原料。我国境内含油量较高的树种很多,如小桐子、黄连木、光皮树、油桐、乌桕、翅油果、石栗等。

目前大部分的能源植物处于野生或半野生状态,科研人员正在利用遗传改良、人工栽培或先进的生物技术手段,通过生物质能转换技术提高利用生物能源的效率,生产出各种清洁燃料从而替代煤炭、石油和天然气等石化燃料,减少对矿物能源的依赖,保护国家能源资源,减轻能源消费给环境造成的污染。我国已经拥有了一批可以产业化生产的能源植物,如南方的薯类和甘蔗,北方的甜高粱和旱生灌木,以及在我国广大地区可以发展的木本油料等油脂植物。能源植物资源不仅在种类、形态、成分及功能上具有丰富的多样性,在利用形式和方法上也具有广泛的多样性。

能源植物作为未来的一种新能源,与其他能源相比,具有许多优点:①能源植物是新一代的绿色洁净能源,在当今全世界环境污染严重的情况下,对其的应用十分有利于保护环境;②能源植物分布面积广,若能因地制宜地进行种植,便能就地取木成油,而不需勘探、钻井、采矿,也减少了长途运输花费,可谓成本低廉,易于普及推广。③能源植物可以迅速生长,能通过规模化种植,保证产量,而且是一种可再生的种植能源,而非一次性能源。④能源植物使用起来要比核电等能源安全得多,不会发生爆炸和泄漏等安全事故。⑤开发能源植物,还将逐步加强世界各国在能源方面的独立性,减少对石油市场的依赖,可以在保障能源供应和稳定经济发展方面发挥积极作用。因此,能源植物具有广阔的开发利用前景。因此,大力开发利用植物能源,是解决目前全球能源危机的重要途径之一。

(二)植物能源转化和利用方式

1.生物乙醇

许多生物质经初步加工,能够作为发酵酒精的工业原料,而乙醇生产已在世界范围内形成仅次于石油化工的大产业,工艺装备技术成熟。乙醇作为燃料具有热值大和燃烧充分等优点,并能够与现行的内燃机有较好的相容性。无水乙醇和汽油以一定比例混合可作为车用燃料,当乙醇在混合物中的比例不超过25%时,可以利用原有的汽车发动机,而纯度为92.6%~93.8%的含水乙醇,能够直接作为车用燃料,但需使用专门设计的具有更高压缩比的发动机。目前的燃料乙醇主要是指无水乙醇,按一定比例加入到汽油或柴油中,可缓解汽油和柴油短缺的问题,同时也能够提高汽油和柴油的燃烧水平,有利于环境保护。

木质植物纤维素是地球上最丰富且最廉价的可再生资源,植物每年通过光合作用,能产生高达15.5×1010 t的纤维素类物质,其中纤维素和半纤维素的总量约为8.5×1010 t,而每年用于工业过程或燃烧的纤维素仅占2%左右,还有很大一部分未被利用。因此研究开发纤维素的转化技术,对开发新能源和保护环境具有非常重要的现实意义。纤维素通过酶法或者化学转化,可降解成葡萄糖和木糖等物质,进一步通过工业发酵,形成生物乙醇替代石油,但是纤维素大分子的降解一直是生产环节中的难点,一旦纤维素的转化解决了技术经济成本的难题,将是人类利用能源植物的突破性进展。

2.平台化合物

包括乙醇在内,糖质原料还可以通过生物转化和生物炼制手段生产乙烯、乳酸、乙二醇、氢气等众多平台化合物,进而合成一系列具有巨大市场和高附加值的产品。乙烯及其衍生物是现代化学工业的基础原料,可通过乙醇氧化路线进行制备。乙酰丙酸也是一种新型平台化合物,是纤维素转化利用的另一个途径,纤维素在酸的催化水解下,首先分解成单糖,单糖在酸的持续水解下可以脱水形成5,2-羟甲基糠醛,再经进一步脱羧生成乙酰丙酸。乙酰丙酸具有良好的反应性,能够进行酯化、氧化还原、取代、聚合等多种反应,可广泛用于生产石化产品。石油化工原料的生物替代技术作为一种战略先导技术,在支撑新世纪社会进步与经济发展的技术体系中的地位已经得到高度重视。

3.生物柴油

生物柴油可以由植物油脂通过酯交换反应来制备,可作为燃料直接应用于大多数的柴油引擎中,燃烧特性方面优于石化柴油,具有突出的环境友好性和可再生性,燃点高,生产、使用、贮运过程安全性好。目前,在生产技术方面,围绕着提高转化产率和降低生产成本已开发出众多新型的转化技术,并逐步走向成熟。如利用氧钒磷酸盐作为催化剂,可快速完成甘油三酯和甲醇的酯基转移反应,180℃下催化反应30min,转化率就可达到80%以上,且催化剂可以通过简单的煅烧得到再生。在醇油体系下,超声催化技术也可在10~20min的时间内完成90%以上的酯基转移。在甲醇超临界体系中(supercriticalmetha-nol,SCM),不使用任何催化剂就可以完成酯基转移,但需要高温(525~675 K)、高压(30~60mPa)。相比而言,脂肪酶的生物催化就较为温和。由于各种油料植物所提供的脂肪酸在碳链组成和比例方面各不相同,对酯化技术上要求也不同,产品性质差异较大。因此,在开发应用方面,既需要考虑经济成本上的可操作性,也要考虑普遍推广上的可能性。部分高等植物还能够合成高还原态的次生代谢物质,这类成分在结构和组成上更接近于石油,经简单的加工和转化,可作为生物柴油使用。代表性的植物品种如续随子、西蒙得木、绿玉树等,其引种栽培、快繁育种、产后加工等研究正成为目前能源植物资源研究中的热点。

4.裂解产物

植物质资源向能源转换还有气化和热裂解方式等。植物质的气化技术包括甲烷的生产和高温气化技术,前者是有机质向碳一化合物转化的主要形式。热裂解是在缺氧或限制性供氧情况下,对有机质进行高温分解,产生可利用的油和气,常规裂解仅能产生10%~20%的生物油,由于产物组成成分复杂,仅能作为燃料利用。目前,国内外有关研究机构期望通过强化对热解过程的控制和发展产物后续分离炼制技术,产生可应用于石油化工领域的石化原料。木质素的降解产物不适合作为燃料乙醇的生产原料,但其裂解产物可直接作为能源物质,从而起到一种较好的补充和替代作用。此外,木质纤维素还可以通过燃烧直接进行热力发电。生物质能具有资源容量大、清洁和可再生的特性。发展植物能源是解决矿石能源危机的可行性措施,生物乙醇和生物柴油产业已在全球得到较快的发展,生物质能源的开发,是解决未来能源问题的有效途径之一。许多能源专家指出,21世纪将是生物质能源大展宏图的时代。

二、主要的能源植物

(一)续随子(Euphorbia lathyris L。)

“别名与科属”千金子、小巴豆、菩萨豆、千两金、打鼓子、一把伞,大戟科(Euphorbiaceae)大戟属。

“形态特征”2年生草本,高约1m,全株无毛,内有白色乳汁。根短,呈圆锥状而稍弯曲,乳白色,茎直立,圆柱形,粗壮,淡绿色,有时带粉红色,顶端在开花前分生4枝,呈伞状。单叶交互对生而举展,有短柄,叶先披针形或卵状披针形,由下而上逐渐增大,长6~12cm,宽0.8~1.3cm。先端锐尖,基部略成心形而有些抱茎,全缘。花单性,无花被,杯状聚伞花序;各小聚伞花序有卵状披针形苞片2枚,总苞杯状,4~5裂,裂片三角状披针形;腺体4枚,黄绿色,肉质,略成新月形;雄花多数,每花有雄蕊1枚;雌花1朵,子房3室,每室具一胚珠。蒴果近球形。种子为椭圆形或卵圆形,长5~6mm,直径约4mm,表面有灰褐色或灰棕色皱纹。花期4~7月,果期7~8月。

“生境分布”原产于欧洲,我国及日本栽培已久。喜光,多生于向阳山坡,生长期需水量不大,抗逆性强。

“利用部位与化学成分”续随子的叶、茎、种子均含有碳氢化合物,经处理后即可得到与石油相似成分的“油”。续随子种子含脂肪油43.3%~47.0%,油中含多种脂肪酸,主要有油酸(59.2%~81.3%)、棕榈酸(4.4%~7.2%)、亚油酸(5.30%~2.71%)、亚麻酸(1.2%~2.8%)等。油中尚含萜类、甾类、香豆素和黄酮类等。叶中含山柰酚、谷甾醇、槲皮素的3-葡萄糖醛酸等。茎中含卅一烷、谷甾醇、三萜成分蒲公英赛醇和白桦脂醇。浆汁中含二羟基苯丙氨酸及多种碳氢化合物等。

“采收与加工”秋季种子成熟后,南方一般在7月中旬和下旬采收;北方于8~9月上旬,果实变黑褐色时采收,割取全草,晒干,打下种子,去净杂质再晒至全干。

“近缘种”大戟属约2000种,主要产于亚热带和温带地区,我国有60种以上,广泛分布于全国,有些种类有毒,有些种类的茎和叶可入药;有些可为庭园观赏用。同属植物(E。tirucalli L。)也是目前正在开发利用的能源植物,其茎干中的白色乳汁中含有丰富的烯、萜、醇、异大戟二烯醇(C30 H50 O)、天然橡胶、三十一(碳)烷和三十一烷醇等十二种烃类物质,其成分接近石油成分,不含硫,可以直接或与其他物质混合成原油,作为燃料油替代石油。

“资源开发与保护”种子含脂肪油较高,由于油中含有毒物质,不可食用,但工业上可用于制肥皂、软皂及润滑油等;种子、茎、叶及茎中白色乳汁均可入药;茎叶挺拔浓绿,可作花坛背景培植或自然式庭院培植用;种子浸提液可作土农药,用以防治螟虫和蚜虫等;其油粕可作饲料和肥料,同时可防治地老虎和蝼蛄等害虫;生长期为5~7个月,收获期长,生物产量高,其体内除含有类石油的倍半烯萜外,还含有大量的可发酵糖,可通过发酵生产酒精。据估计每公顷野生续随子可获取1590 L石油和近2400 L酒精,若在遗传性上进行改良,产量还可大幅提高。

(二)油桐(Vernicia fordii(Hemsl。)Airy-Shaw)

“别名与科属”油桐树、桐油树、桐子树、光桐、三年桐、罂子桐、木油树、虎子桐。大戟科(Euphorbiaceae)油桐属。

“形态特征”落叶乔木,株高3~8m,含有乳汁。单叶互生,叶卵形,或宽卵形,长20~30cm,宽4~15cm,先端尖或渐尖,叶基心形,全缘或三浅裂。圆锥状聚伞花序顶生,花单性同株;花先于叶开放,花瓣白色,具淡红色条纹,5枚;雄蕊8~20枚,排列成2轮,花丝基部合生;雌蕊子房3~5室,每室1胚珠,花柱3~5个,柱头2裂。核果直径4~6cm,近球形,先端短尖,表面光滑。果实在生长期为青绿色,成熟后转为暗红色。单果含子数常为4~5粒。种子具厚壳状种皮,宽卵形,长2~3cm;种仁含油,高达70%。花期4月,果期10~11月。

“生境分布”原产于我国长江流域各省区,多为栽培。喜光,喜温暖,忌严寒。要求年均气温在16℃~18℃;4~10月份均温在15℃以上;6~9月份均温25℃左右,生长快,生长期内要求有充沛而分配适当的降雨量和较高的空气湿度。适生土壤以深厚肥沃、保温和排水良好的中性至微酸性砂质壤土为宜。油桐最宜发展的海拔高度应为700m,最高不宜超过800m,实生繁殖的油桐一般至第3年即可开花结果,少数第2年或第4年开始结果,第6~8年进入盛果期,盛果期可延续10年以上。

“利用部位与化学成分”桐籽含油32%~41.9%,脂肪酸主要有桐酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸等,其中桐酸最多(77%~86%),是很好的干性油,具有毒性,不能食用。桐酸是具备3个共轭双键的十八碳三烯酸,化学性质极为活跃,其开键结构特别有利于引入各类官能团,容易聚合、加成产生新型高分子化合物,能制备千万种化学衍生物,形成一个桐油簇化合物体系。

“采收与加工”宜于在果实充分成熟和开始自然脱落时采收。10月下旬至11月初为适时采收季节,此时果皮由绿色变黄色或紫色或淡褐色,种子坚硬,油分含量最高。桐果采后置荫凉的室内堆放,或室外覆盖堆放,不可曝晒。10~15 d后,果皮变软即可剥取种子。榨油用的种子要晒干,风净并装袋,入库储藏。储藏时间不宜太长,最好在翌年2~3月榨完,以免影响出油率和油质。

“近缘种”油桐属3种,主要分布于东亚地区,我国有油桐和木油树(V。montana Lour)两种,广泛分布于长江以南各省区。木油树与油桐一样能够提取树油,称作“木油”,但质量远不及油桐的桐油,因此一般只作工业用途,其果壳也可制活性炭。

“资源开发与保护”桐油是一种优良干性油,具有干燥快、光泽度高、耐酸耐碱、防腐防锈、绝缘性能好等优良性能,桐油及其衍生物可研制出各类新型涂料、高级油墨、合成树脂、活性剂、增塑剂、洗涤剂、化妆品、药品等产品,广泛用于油墨、冶金、铸造、绝缘胶、塑料、建筑、交通运输、国防、造船、渔业、农业等领域;桐饼和桐麸是优质肥料和很好的饲料蛋白及氨基酸资源,施用桐麸能提高农作物的产量,而且能改良土壤理化性质,并能杀灭害虫;树枝和树皮含鞣质约18%,可提取栲胶;果壳可提取桐碱和碳酸钾,还可制活性炭,炭灰可熬制土碱;油桐叶水浸液可防治地下虫害;木材可制作轻便家具和器具,树枝和加工剩余物可培养香菇和木耳;根、叶、花、果均可入药。

(三)山桐子(Idesia polycarpamaxim。)

“别名与科属”山梧桐、水冬瓜、水冬桐、椅桐、丰霜红、油葡萄、大风子科(Flaeourtiaeea)山桐子属。

“形态特征”落叶乔木,高10~16m;树干通直,树皮平滑,灰白色。叶呈宽卵形、卵状三角形或卵状心形,顶端锐尖至短渐尖,基部常为心形,长8~20cm,宽6~20cm,叶缘生疏的锯齿,掌状基出脉5~7cm,脉腋内生密柔毛;叶柄与叶等长,顶端有2突起的腺体。圆锥花序花长12~20cm,下垂;花黄绿色;萼片通常5枚;无花瓣;雄花有多数雄蕊;雌花有多数退化雄蕊,子房球形,1室,有3~6侧膜胎座;胚珠多数。浆果球形,红色;直径约5~9mm,有多数种子。花期5~6月,果期9~10月。

“生境分布”主要分布于东亚,主产于日本、朝鲜、俄罗斯远东地区与中国,我国主要分布于河南、陕西以南各省区。山桐子是亚热带阳性速生树种,生于海拔500~3000m的杂木林中;也散生于平原或溪谷间及林缘坡地。对气候条件要求不严,能耐低温高热(-14℃~40℃),年降雨量在800~2000mm都能正常生长,对土壤适应性强,在酸性和微碱性土壤条件下均可生长,耐干旱、耐瘠薄。喜温暖潮润、深厚肥沃、排水良好的生境。

“利用部位与化学成分”山桐子为优质高产的野生木本油料树种。其果实含油20%~32%,果肉含油33%~44%,种子含油22%~32%,干果出油率30%左右,被誉为“树上油库”。山桐子油其精炼率为85%左右。脂肪酸组成成分以亚油酸为主,占53%~81%,油酸、棕榈酸、硬脂酸次之。

“采收与加工”山桐子一般在10月下旬至11月上旬当浆果成熟时采摘,果实采摘后在室内晾摊1~2 d,擦破果皮筛出种子。

“近缘种”桐子属树种在全球只有1种。

“资源开发与保护”山桐子果实和种子中含有山桐子苦味素和游离脂肪酸,该油经精炼处理后可作食用油,对心血管有明显的保健作用,对高血压和冠心病等疗效较好,还含有较为丰富的维生素E,且具有食用油较好的脂和酸配比。其油可代桐油,亦可用于制肥皂,作润滑油、乳化剂、催干剂、油漆、涂料等,也可作为提取亚油酸制剂的原料,在燃油方面是酯交换法制取生物柴油的好原料。油饼可作肥料、饲料和燃料并可杀灭土蚕等。木材可作箱板、火柴梗、牙签,也可用于造纸。茎皮纤维可作绳索或编织麻袋。山桐子冠形如塔,叶大花美,花繁果红,极为美观,是良好的蜜源植物和城乡绿化及水土保持的优良树种。

(四)黄连木(Pistacia chinensis Bunge。)

“别名与科属”楷树、黄楝树、药树、药木、木蓼树、鸡冠木、洋杨、烂心木,漆树科(Anacardiaceae)黄连木属。

“形态特征”落叶乔木,树高达30m以上,胸径达1m以上。树皮呈暗灰褐色,小枝呈赤褐色,有皮孔,幼枝疏被柔毛或近无毛。各部分都有特殊气味。冬芽红色。叶互生,偶数羽状复叶,小叶10~14枚,披针形或卵状披针形,嫩叶及秋叶皆深红色,长5~8cm,宽1.5~2.5cm,全缘,具小叶柄。花单性,雌雄异株,雄花呈总状花序,雄花萼片1~2片,雄蕊3~5枚;雌花呈疏松的圆锥花序,雌花萼片2~5片,子房上位,1室;花小,白色,花期3~4月。核果倒卵形球状,初为黄白色,渐变红色至蓝紫色时即成熟,若红而不紫多为空粒,果实直径约5mm,果期9~11月。

“生境分布”原产于我国,除西北、东北、内蒙等地区外,各地均有分布,以河北、河南、山西、陕西等省最多。多垂直分布在海拔600~1500m的区域,散生于低山丘陵及平原地带。喜光、喜温暖,耐干旱瘠薄,对土壤要求不严,在微酸性、中性和微碱性的沙质黏质土壤上均能生长,而以在肥沃、湿润且排水良好的石灰岩山地生长最好。深根性树种,主根发达,抗风力与萌芽力强。对SO2、H2 S和煤烟有较强的抗性,抗病力也强。

“利用部位与化学成分”种子(带壳)含油量20%~30%,果壳含油量3.28%,是一种不干性油,所含的脂肪酸主要包括棕榈酸、油酸、亚油酸、棕榈油酸、硬脂酸、花生四烯酸、亚麻酸,其中油酸、亚油酸、棕榈酸3种脂肪酸的含量之和占脂肪酸总量的95%左右。

“采收与加工”当果实从红色变为蓝紫色时应及时采果,黄连木籽的榨油方法是:先将籽粒碾细、上蒸,做成饼,再进行压榨。黄连木籽碾细后,黏性重,在上蒸时不需加水只需稍加粗米糠以增加油路,提高出油率。所得毛油品质好,色泽较浅。精炼过程脱色效果好,酸值低且易精炼。黄连木籽与其他野生油料不同,只有绿色的含油量最多;红色的或黄色的都不含油;紫色的含油量最少。

“近缘种”黄连木属约10种,主要分布于地中海地区、亚洲和美洲,我国有黄连木和清香木(P。weinmannifolia Poiss。)等3种,前者分布极广,后者仅见于西南部。同属植物阿月浑子(P。vera L。)不仅坚果可食用,同时也是木本油料树种,广泛用于食品工业及榨高级食用油。

“资源开发与保护”黄连木籽油主要是由C16和C18脂肪酸组成的不干性油,除供食用外,可广泛用于油脂工业制取脂肪酸、润滑油和制皂等,用黄连木种子生产的生物柴油碳链长度集中在C17~C19之间,理化性质与普通柴油相似。油饼可作饲料和肥料。外果肉、鲜叶和枝可提取芳香油;根、枝、皮可制成生物农药,可杀各种水稻害虫等;嫩叶可制茶,还可腌食;木材坚固致密,可供建筑、家具、车辆、农具、雕刻等用;树皮、叶均可入药,树皮、叶、果含鞣质,叶上寄生虫五倍子含量为30%~40%,是制作栲胶的良好原料;果和叶还可制作黑色染料;还是早春重要的蜜源植物,且非常适合用作世界著名干果阿月浑子(Pistacia vera L。)的砧木。

(五)油楠(Sindora glabramerr。ex de Wit)

“别名与科属”科楠、脂树、蚌壳树,苏木科(Caesalpiniaceae)油楠属。

“形态特征”乔木,高可达20cm。羽状复叶具小叶6~8个;小叶微偏斜,革质,椭圆形或长椭圆形,长5~10cm,宽2.5~5cm,先端急尖或骤尖,基部钝形或圆形,无毛。花排成顶生的圆锥花序,长15~20cm,密生黄色毛;萼长7~8mm,外面密生黄棕色绒毛,有软刺;萼片4片,2型,最上面的阔卵形,其他3片椭圆状披针形;花瓣1片,被包于最上面萼片内,外面密生长柔毛;雄蕊10枚,其中9枚的花丝基部连合,上面的一个分离;子房近卵形,密生毛,花柱长,拳卷。荚果圆形或圆卵形,长4~8cm,阔3.8~4.7cm,有粗大的刺,受到损伤时常有胶汁流出,具种子1个,扁圆形。花期4~5月,果期6~8月。

“生境分布”主要分布于东南亚热带地区,菲律宾和越南也有引种栽培。我国主要分布于海南岛南部、中部和西南部。分布在海拔700~600m的高山谷地、低丘山坡、岭脚溪边等。适生性强,适应于赤(红)黄壤山地、微酸性、排水通气良好的生长环境,耐干旱。

“利用部位与化学成分”其木质部富含油脂,树干经砍伤或钻洞后,从伤口处流出淡黄色或淡棕黄色的油脂(油状树脂)。有资料称,油楠所含的油脂,有11种化合物,约有75%是无色透明的清淡芳香油,约有24%为棕色树脂。精油的主要成分是β-石竹烯,占30%以上。

“采收与加工”油楠树干长到12~15m高时就可出油。采油时间一般应在夏秋季节,在树干上钻个直径5cm大小的孔,经过2~3 h后,从孔中即可流出5~10 L的淡黄色油液,一棵大油楠树一年可产柴油几十千克。这些油液不需要加工,就可放在柴油机内作燃料使用。

“近缘种”本属约20种,主要产于亚洲和非洲热带地区,我国原产和栽培各有2种。

“资源开发与保护”其油脂为黏度较低的、类似煤油的淡黄或淡棕色液体油,民间直接将其代替煤油用于照明。其主要理化性质和可燃性能与柴油非常相似,易燃,且燃烧时有清香气味,可直接与柴油混合用作燃油,故又称“柴油树”。木材性质优良,可供建筑、车辆及家具用材。油楠油还可用作食用香料,油楠的种子可治疗皮肤病。

(六)乌桕(Sapium sebiferum(Linn)Roxb。)

“别名与科属”蜡子树、木油树、木梓、油梓,大戟科(Euphorbiaceae)乌桕属植物。

“形态特征”乔木,高达15m。叶菱形至宽菱状卵形,纸质,长和宽约3~9cm;叶柄细长,长2.5~6cm,顶端有2腺体。花单性,雌雄同株,无花瓣及花盘;穗状花序顶生,长6~12cm,最初全为雄花,随后有1~4朵雌花生于花序基部;雄花小,萼杯状,3浅裂,雄蕊2稀3,花丝分离;雌花具梗,长2~4mm,着生处两侧各有近肾形腺体1个,花萼3深裂;子房光滑,3室。蒴果梨状球形,直径1~1.5cm;种子近圆形,黑色,外被白蜡层。花期4~8月。

“生境分布”我国南方各地广泛分布,日本和印度也有分布。本种适应性较强,喜湿润、肥沃和深厚的土壤,在溪边和堤旁生长最好。

“利用部位与化学成分”乌桕树种子外被一层蜡质,提取的油称“皮油”或“桕蜡”。除去蜡层后的种子所榨得的油称“桕油”或“梓油”,为黄色液体油。“桕油”含有毒素不能食用。用带蜡层的种子榨油,称“木油”。籽含蜡35%~43%,含仁率为28%~33%,皮油中含脂70%~75%,籽仁中含油量为58%~62%,整籽含油量为40%~53%。

“采收与加工”果熟后及时采收,将果壳去除,晒干备用。乌桕籽的取油方法有水煮法、溶剂浸提法和压榨法。

“近缘种”乌桕属120种以上,主要分布于热带地区,我国约有10种,分布于西南部至东部。如山乌桕(S。discolormuell arg)种子含油量约为49%,白木乌桕(S。japonicum Pax。et Hoffm)种仁含油量约为73.45%,也是有开发价值的野生油脂植物。

“资源开发与保护”乌桕属籽实中提取轻质油和类柴油成分可用于内燃机燃料。叶为黑色染料;种子的蜡层是制蜡烛和肥皂的原料;种子榨油可制油漆等;根皮及叶入药,有消肿解毒、利尿泻下、杀虫之效。

(七)麻疯树(Jatropha curcos L。)

“别名与科属”小油桐、南洋桐、麻风树、青桐木、臭油桐、黑皂树,大戟科(Euphorbiacea)麻疯树属。

“形态特征”灌木或小乔木,高2~5m;幼枝粗壮,绿色,无毛。叶互生,近圆形至卵状圆形,长宽略相等,约8~18cm,基部心形,不分裂或3~5浅裂,幼时背面脉上被柔毛;叶柄长达16cm。花单性,雌雄同株;聚伞花序腋生,总花梗长,无毛或稍被白色短柔毛;雄花萼片及花瓣各5片;花瓣披针状椭圆形,长于萼片1倍;雄蕊10枚,2轮,内轮花丝合生;花盘腺体5个;雌花无花瓣;子房无毛,2~3室;花柱3个,柱头2裂。蒴果卵形,长3~4cm,直径2.5~3cm;种子椭圆形,黑色,长18~20mm,直径11mm。花期9~10月。

“生境分布”主要分布于热带、亚热带及干热河谷地区,我国栽培或半野生于云南、贵州、四川、广东及广西等地。耐旱耐贫瘠,对肥和水的吸收性特别强。

“利用部位与化学成分”种子的含油率为35%左右,种仁含油量50%以上。油呈淡黄色,属不干性油。含酰胺4.2%,硬脂酸6.9%,油酸43.1%,亚油酸34.3%,其他脂肪酸1.4%。在从种子里提取的油中加入甲醇和催化剂进行酯化精炼处理,可以得到甲酯(即生物柴油)和粗甘油。

“采收与加工”果实成熟后采收,及时榨取种子油。

“近缘种”麻疯树属约有175种,主要分布于美洲、非洲及南亚的热带和亚热带地区。麻疯树属植物在工业用油、生物病虫害防治、新药开发等方面具有重要的开发前景。我国常见引种栽培的有麻疯树、棉叶麻疯树(J。gossypifolia L。)、佛肚树(J。podagrica Hook)和珊瑚花(J。multifida L。)等。

“资源开发与保护”全株有毒,种子、茎、叶、树皮均有丰富的白色乳汁,内含大量毒蛋白,其中种子毒蛋白浓度最高;从树皮、叶和种子榨油后剩余的渣饼中提取的毒可入药,中医认为它性寒,有散瘀和止痛作用,也可治跌打损伤及皮肤瘙痒等症;油粕可作农药及肥料,油可供药用和工业用。麻疯树是国际公认的生物能源树和生物柴油树,其果实含油率在30%~61%左右。迄今为止已发现的野生品种含油率最高为61.8%,仅次于含油率最高的棕榈树,超过油菜和大豆等常见油料作物。麻疯树适应性很强,还可用于非耕地的土壤保持。

(八)岭南山竹子(Garcinia oblongifolia Champ。ex Benth。)

“别名与科属”山竹子、竹节果,藤黄科(Guttifere)藤黄属。

“形态特征”常绿乔木,高5~15mm。叶对生,薄革质,倒卵状矩圆形或倒披针形,长5~10cm,宽2~3.5cm,顶端圆钝或短渐尖,基部楔形,全缘,两面无毛;叶柄长1cm。花单性,橙色或淡黄色;雄花成聚伞花序生于叶腋或枝顶,花梗长3~7mm,萼片4片,花瓣4片,雄蕊多数合生成一肉质体;雌花单生,无花梗,子房卵圆形,无花柱,柱头盾状。浆果近球形,直径2~4cm,黄绿色。花期4~5月,果期10~12月。

“生境分布”主要分布于我国的广东和广西等地,越南也有分布。多生于湿润、肥沃且海拔200~400(-1200)m的山地。

“利用部位与化学成分”种子含油量高达60.7%,种仁含油量约为70%。

“采收与加工”果实采收后,收集种子晒干备用。用压榨法或浸提法从种仁中取油。

“近缘种”本属植物我国有21种。种子均富含油脂,含油量均在15%以上,如多花山竹子(G。multiflora Champ。)含油量50%~58%;黄色树脂供药用,多种植物的木材可供建筑和制作家具。

“资源开发与保护”种子含油量高,油供制皂及润滑油;果可食;树皮含鞣质3%~8%,可提制栲胶;木材可做家具和工艺品。

(九)其他能源植物

1.梾木(Comus walteri Wang)

山茱萸科(Cornaceae)梾木属。集中分布于长江流域至西南各地的石灰岩区,黄河流域也有分布。喜光,耐寒,喜深厚、肥沃而湿润的土壤,在酸性土壤及石灰岩土壤生长良好。果肉和核仁均含油脂,全果含油率为33%~36%,出油率为25%~30%。全果精炼油含不饱和脂肪酸约为77.68%,其中油酸约为38.3%、亚油酸约为38.85%。以光皮树油为原料,通过酯化反应制取的生物柴油与0柴油的燃烧性能相似,是一种安全(闪点>105℃)、洁净(灰分<0.003)的生物质燃料油。树皮及叶可提取栲胶;木材供作家具。

2.巴豆(Croton tiglium L。)

大戟科(Euphorbiaceae)巴豆属植物,主要分布于我国的浙江、江苏、福建、台湾、湖北、湖南、四川、贵州、云南、广西、广东等地,越南、印度、印度尼西亚、菲律宾也有分布,野生或栽培。种仁含油量为50%以上,可供工业用油,或作泻剂;根和叶入药,治风湿骨痛及疮毒,或作杀虫剂等。

3.文冠果(Xanthoceras sorbifolia Bunge)

无患子科(Sapindaceae)文冠果属植物。种子含油率约30.8%,种仁约含油66.4%。文冠果油中含不饱和脂肪酸高达94%,其中亚油酸约36.9%。籽油可以直接用于裂解柴油,所制备的生物柴油相关烃脂类化合成分含量高,内含18C的烃类约占93.4%,而且无硫、氮等污染环境因子,符合现行理想柴油的指标。副产品还可以制肥皂、高级润滑油、油漆、增塑剂等多种化工产品。枝干、叶片、果皮、花器等部位都是重要药材,叶可制茶,花是良好的蜜源,果壳可制活性炭等。

4.蓖麻(Ricinus communis L。)

大戟科(Euphorbiaceae)蓖麻属植物。蓖麻的主要产地为巴西、印度及俄罗斯,我国各省均有种植。蓖麻是世界十大油料作物之一,经济价值较高。种子可以榨油,种子含油量约50%,去壳后的籽仁含油量高达近70%,含蛋白质18%左右。蓖麻油中含大量的蓖麻酸(80%以上),是不干性液体油。主要为三蓖麻酸甘油酯约67.9%,二蓖麻酸甘油酯(包括二蓖麻酸亚油酸酯、油酸酯、二羟基硬脂酸酯等)约28.1%,一蓖麻酸甘油酯约3.2%,还有少量不含蓖麻酸的甘油酯。茎秆可以压制建筑材料,也是造纸和人造棉的原料;油饼可作肥料,脱毒后也可作饲料。精制蓖麻油可用于飞机、轮船、汽车和高度精密车床等,也可作为工业原料制作香料和人造皮革等。