森林能源及其產(chǎn)業(yè)化前景

文｜中國工程院院士、中國林業(yè)科學(xué)研究院研究員 王濤

鑒于森林能源研究、開發(fā)是一個新的領(lǐng)域，也是一項社會化的系統(tǒng)工程，因此，必須突破傳統(tǒng)森林能源的范疇，從發(fā)展戰(zhàn)略、技術(shù)保障、政策扶持和穩(wěn)步發(fā)展等層面，推動森林能源的發(fā)展。

森林能源，又稱木質(zhì)能源，包括薪材、木炭和作為燃料用的其他木質(zhì)產(chǎn)品。森林能源既是古老的傳統(tǒng)能源，又是現(xiàn)代無污染的清潔能源，越來越被國際社會重視。實際上，現(xiàn)代森林能源的作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)觀念的范疇。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新能源生產(chǎn)力度的加大，發(fā)展森林能源既是解決薪材短缺的關(guān)鍵，又是發(fā)展清潔能源的途徑之一。森林能源的發(fā)展必須走可持續(xù)發(fā)展的道路，向集約經(jīng)營和節(jié)約利用的方向發(fā)展，充分發(fā)揮其多功能、多效益，積極推動森林能源開發(fā)利用的現(xiàn)代化的進(jìn)程。

世界森林能源發(fā)展趨勢

幾十年來，為了減少CO2排放量，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，越來越多的國家，特別是發(fā)達(dá)國家重視生物能源的開發(fā)利用，森林能源的開發(fā)利用已成為世界各國共同發(fā)展的趨勢。各國正在積極開展木質(zhì)能源替代化石燃料技術(shù)的研究。許多發(fā)達(dá)國家木質(zhì)能源轉(zhuǎn)換新技術(shù)已成熟。木質(zhì)能源從傳統(tǒng)利用方式向現(xiàn)代化利用方式轉(zhuǎn)變已是必然的發(fā)展趨勢，主要采用生物化學(xué)、熱化學(xué)、物理化學(xué)等工藝，生產(chǎn)用于工業(yè)、交通和商業(yè)部門的商品能源。它將林木所含的油脂轉(zhuǎn)化成生物柴油，或?qū)⒛举|(zhì)纖維或木本非食用淀粉轉(zhuǎn)化為燃料乙醇，或利用木質(zhì)做成固體和氣體燃料，利用木質(zhì)燃料發(fā)電。

森林能源現(xiàn)代化利用有著廣闊的前景，但是它的發(fā)展僅僅處于起步階段，發(fā)展的基礎(chǔ)仍然相當(dāng)薄弱。首先是對森林能源戰(zhàn)略地位認(rèn)識不足：盡管當(dāng)今發(fā)展中國家農(nóng)村生活用能源嚴(yán)重短缺，影響著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的惡化，但是許多地區(qū)仍然沒有把森林能源的開發(fā)利用擺在應(yīng)有的位置上，沒有納入國家能源和森林發(fā)展計劃，投資不足，缺乏經(jīng)濟(jì)扶持政策。其次是森林能源信息缺乏：鑒于薪材是一種初級生物能源，屬非商品能源，一般農(nóng)民是自采自用，很難統(tǒng)計。因此，各國木質(zhì)能源的信息非常薄弱，給木質(zhì)能源生產(chǎn)和利用以及對確定今后木質(zhì)能源發(fā)展模式帶來了困難。由于缺乏關(guān)于木質(zhì)能源生產(chǎn)和流向的可靠數(shù)據(jù)，因此對確定今后木質(zhì)能源供應(yīng)、貿(mào)易、利用和代用等關(guān)鍵問題難以決策，因而，也就很難制訂出一個符合各國國情的森林能源發(fā)展戰(zhàn)略。

20世紀(jì)90年代以來，雖然發(fā)達(dá)國家如：美國、瑞典等國家森林能源轉(zhuǎn)換技術(shù)方面都取得了進(jìn)展，把森林能源作為生產(chǎn)無污染清潔能源的發(fā)展方向。但是，發(fā)展中國家卻僅限于直接燃燒方式的改革，很少研究森林能源轉(zhuǎn)換技術(shù)。所以，發(fā)展中國家森林能源轉(zhuǎn)換技術(shù)非常滯后。

為了發(fā)展森林能源，世界不少國家正根據(jù)本國所面臨的問題和經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略的需要，制定出符合本國國情的政策，制定森林能源發(fā)展對策，推動森林能源的發(fā)展，許多先進(jìn)國家都制定了生物能源規(guī)劃。例如，芬蘭1994年制定了《木質(zhì)能源發(fā)展規(guī)劃》，通過能源林栽培技術(shù)、節(jié)能技術(shù)和森林能源轉(zhuǎn)換技術(shù)的研究，將森林能源這一古老傳統(tǒng)的能源轉(zhuǎn)化為現(xiàn)代、高效的清潔能源。一些國家還在財政、投資、信貸、稅收、價格等方面給予優(yōu)惠的政策，加以扶持。有些國家和國際組織還采取了集中資金支持優(yōu)先發(fā)展項目的辦法。

我國森林能源發(fā)展現(xiàn)狀

我國是一個能源生產(chǎn)和消費大國，是薪材和木炭第二消費大國，僅次于印度。薪材在我國有著悠久的經(jīng)營利用歷史。但是，長期以來，農(nóng)村能源和薪材資源利用嚴(yán)重浪費，森林過量樵采，不僅破壞了生態(tài)環(huán)境，而且嚴(yán)重制約著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。據(jù)專家估測，中國每年薪材消費量高達(dá)2.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，相當(dāng)于3.69億m3薪材，因而對森林資源造成很大的威脅。

根據(jù)現(xiàn)有森林薪材生產(chǎn)力對社會薪材需求承載度的測算，我國現(xiàn)有森林薪材生產(chǎn)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)社會薪材的需求，社會實際需求已超出森林實際薪材生產(chǎn)量的85%以上，由于薪材消耗引起森林資源過量超限額采伐，雖然政府采取了一系列調(diào)控措施，但薪材在森林資源消耗中所占比例仍然居高不下，約占森林資源消耗的1/3，在全國森林資源消耗結(jié)構(gòu)中僅次于商品材。大量木材作為薪材低價值消耗所造成的損失，嚴(yán)重地影響和制約著森林的合理利用和森林資源的增長。

實際上，林業(yè)生物質(zhì)能的發(fā)展空間十分廣闊。我國是一個人口大國,耕地總面積18.37億畝，以農(nóng)產(chǎn)品為原料生產(chǎn)生物質(zhì)能是不可能的。但43億畝的林地(其中有林地27億畝)不僅有著豐富的森林能源，也存在著廣闊的森林能源發(fā)展空間。據(jù)初步估算，我國現(xiàn)有林木生物質(zhì)總量約178.86億噸，需采伐更新的林木生物總量約40.5億噸，可產(chǎn)生采伐剩余物生物量約16.2億噸。現(xiàn)有4529.68萬公頃（6.795億畝）的灌木林、303.44萬公頃（4552萬畝）的薪炭林和采伐、造材及木材加工等林業(yè)剩余物，每年可提供生物量為3.3億噸，折合標(biāo)準(zhǔn)煤約2億噸。如全部開發(fā)利用，能夠減少目前1/10的化石能源消耗。此外，我國現(xiàn)有600多種常見的木本油料植物，淀粉植物、纖維植物品種繁多，這些植物抗逆性強、分布面積廣，是我國木質(zhì)能源的優(yōu)良資源。

林產(chǎn)品作為木本生物質(zhì)能的原料，不僅可以全面地發(fā)揮森林的多功能、多效益，還可以結(jié)合生態(tài)建設(shè)工程因地制宜地營造生態(tài)能源林基地，既可以利用樹體保護(hù)生態(tài)，又可以為森林能源產(chǎn)業(yè)提供原料，保證了林業(yè)生態(tài)工程的可持續(xù)經(jīng)營，也為林業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展開辟了新的生長點。還可以增加農(nóng)民收入，繁榮農(nóng)村經(jīng)濟(jì)，對保障能源安全、保護(hù)森林資源和生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)農(nóng)業(yè)和林業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和林業(yè)可持續(xù)經(jīng)營將產(chǎn)生重要和深遠(yuǎn)的影響。

森林能源發(fā)展需突破傳統(tǒng)

近年來，我國可再生能源發(fā)展受到高度重視，從政策和法律層面上，國家頒布了《可再生能源法》，提出《能源和再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》，這為森林能源的可持續(xù)發(fā)展提供了政策的保障。在實踐中，林業(yè)部早在20世紀(jì)90年代就下發(fā)了《關(guān)于下達(dá)1996年森林能源工程重點縣生產(chǎn)計劃的通知》和《全國森林能源工程“九五”實施計劃》，此舉標(biāo)志著我國森林能源工程開始啟動。

近十年來，我國森林能源的研究與開發(fā)雖然取得了一些進(jìn)展，但還普遍存在對發(fā)展森林能源的認(rèn)識不足。工作體系不健全，開發(fā)技術(shù)不成熟，相關(guān)政策、標(biāo)準(zhǔn)等保障措施不配套、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)未規(guī)范，市場管理混亂的狀況，扶持生物質(zhì)能源發(fā)展的政策尚未全面實施，致使森林能源的發(fā)展仍然呈滯后狀態(tài)。

鑒于森林能源研究、開發(fā)是一個新的領(lǐng)域，也是一項社會化的系統(tǒng)工程，因此，必須突破傳統(tǒng)森林能源的范疇，從發(fā)展戰(zhàn)略、技術(shù)保障、政策扶持和穩(wěn)步發(fā)展等層面，推動森林能源的發(fā)展。要在全面規(guī)劃的基礎(chǔ)上設(shè)立專項資金，扶持和促進(jìn)森林能源的全面發(fā)展，在認(rèn)真調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，做好組織協(xié)調(diào)和宏觀調(diào)控，建立與之相適應(yīng)的工作管理體系與科技支持體系；要在穩(wěn)步推進(jìn)森林能源的科研、示范及產(chǎn)業(yè)化建設(shè)的同時，加快建立國家級的質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，抓好產(chǎn)品研發(fā)與生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，加強技術(shù)監(jiān)督和市場管理，規(guī)范市場活動，為森林能源技術(shù)的研發(fā)與推廣創(chuàng)造良好的市場環(huán)境。把宏觀調(diào)控和科學(xué)研究貫穿森林能源資源培育和開發(fā)利用全過程，增強我國森林能源企業(yè)的國際競爭力。

我國木本植物分布

新世紀(jì)正面臨能源問題的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，開發(fā)利用可再生能源是事關(guān)國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展、國家安全和社會進(jìn)步的重大課題。生物質(zhì)能源將成為未來能源的重要組成部分，主要通過生物質(zhì)能發(fā)電和生物質(zhì)液體燃料的產(chǎn)業(yè)化實現(xiàn)。實現(xiàn)生物質(zhì)液體燃料產(chǎn)業(yè)化，需要豐富的可再生生物質(zhì)原料的供應(yīng)。據(jù)統(tǒng)計，生物質(zhì)液體燃料制備成本的70%是原料成本，因此，尋求充足而廉價原料的供應(yīng)，提高轉(zhuǎn)化率，是生物質(zhì)液體燃料產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。

能源植物包括生物柴油原料、生物酒精原料。這兩類原料是一類貯存于植物器官中,經(jīng)加工后，可以提取植物液體燃料的油性物質(zhì)，淀粉和木纖維的能源植物，是一類含有能源原料成份的植物種(或變種)，是一類可再生資源。

中國現(xiàn)已查明的油料植物(種子植物)種類為151科697屬1554種，其中種子含油率在40%以上的植物為154個種，分布廣，適應(yīng)性強，可用作建立規(guī)模化生物柴油原料基地的喬灌木種不足10種，分布集中成片可建作原料基地，并能利用荒山、沙地等宜林地進(jìn)行造林建立起規(guī)模化的良種供應(yīng)基地的生物柴油木本植物僅幾種，以以下四種植物為例：

中國黃連木：漆樹科、黃連木屬。主要分布于：河北、河南、陜西、貴州等26個省(自治區(qū)、直轄市)。

文冠果：無患子科、文冠果屬。主要分布于：河北、內(nèi)蒙、陜西等14個省(自治區(qū)、直轄市)。

麻瘋樹：大戟科、麻瘋樹屬。主要分布于：廣東、海南、云南等7省。

光皮樹：山茱萸科。主要分布于：江西、湖南、湖北等10省(自治區(qū))。

中國木本燃料酒精原料資源豐富，可分為木本纖維植物和木本淀粉植物。木本淀粉植物，以櫟類為例，我國各省均有分布，其中北方的蒙古櫟、遼東櫟等資源豐富，主要分布于內(nèi)蒙古、遼寧、黑龍江、湖北等23省(自治區(qū))。

木本纖維植物種類繁多，資源豐富，在全國均有分布，而纖維植物由于其加工技術(shù)還沒完全解決，仍處于探索階段。主要植物有沙柳、荊條、檸條、旱柳、刺槐、楊樹、紫穗槐等。其主要分布在東北、華北、西北及長江流域各省。

森林能源發(fā)展前景——以“黃連木”為例

其一，黃連木的分布狀況。中國黃連木屬漆樹科黃連木屬,落葉喬木，雌雄異株，分布廣、適應(yīng)性強，耐干旱、鹽堿、瘠薄，喜光、抗逆性強，是“四旁”綠化和荒山、灘地重要的造林樹種，亦可作觀賞樹種，也是優(yōu)良的油料及用材林樹種，果實含油量35%左右，果肉含油率則達(dá)50%以上。是一種不干性油，可作工業(yè)原料或用作食用油。

在中國主要燃料油木本植物資源普查的基礎(chǔ)上，對黃連木分布范圍內(nèi)的29個省(自治區(qū)、直轄市)進(jìn)行了全面調(diào)查。通過調(diào)查與分析，提出了黃連木在我國的分布范圍和分布規(guī)律，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)黃連木資源分布的特點和資源量，將黃連木分布區(qū)劃分為四類，為黃連木采種基地的建立與能源林的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

黃連木有著極強的適應(yīng)性，能夠在中國大部分地區(qū)正常生長，分布區(qū)跨越北緯18°09′到40°09′，東經(jīng)96°52′到123°14′之間的廣大地區(qū)，在溫帶、亞熱帶、熱帶地區(qū)均能夠正常生長,一般為零星分布，也有大面積的純林或混交林。分布區(qū)的土壤母巖以石灰?guī)r為主,土壤類型以褐土為主，對土壤要求不嚴(yán)格。黃連木在中國東部與西部的分布差異較大,東部地區(qū)的資源明顯比西部集中。

黃連木的水平分布為東北－西南走向，呈連續(xù)或間斷分布。其水平分布以云南潞西－西藏察隅－四川甘孜－青海循化－甘肅天水－陜西富縣－山西陽城－河北順平－北京西山為界。其天然次生林分布在該線以東、以南地區(qū)，而該線以西、以北地區(qū)較少見。

黃連木垂直分布的上限、下限與地理經(jīng)緯度有關(guān)密切的關(guān)系，隨著地理經(jīng)緯度的增大，垂直分布的上限、下限均呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢。

黃連木一般分布于海拔2000m以下，其中以400～700m最多，只有少量黃連木分布于2000m以上的山地，而在海拔1～2m的沿海灘涂地帶亦有黃連木分布。

黃連木遍布中國華北、華南、西南、華中與華東的廣大地區(qū)以及西北部分地區(qū)，約有26個省(直轄市、自治區(qū))有黃連木分布。根據(jù)黃連木在中國各地分布集中程度與資源數(shù)量，將黃連木分布區(qū)劃分為四類：集中分布區(qū)、次集中分布區(qū)、零星分布區(qū)、沿海零星分布區(qū)。

其二，中國黃連木果實與種子經(jīng)濟(jì)性狀。通過對黃連木不同分布區(qū)、不同林分類型內(nèi)果實、果肉與種子含油率的分析表明：黃連木果實含油率在35%左右，果肉含油率在50%左右，種子含油率則較低。黃連木不同分布區(qū)的果實、果肉與種子含油率有一定的差異，集中分布區(qū)果實含油率最高，是發(fā)展黃連木能源林的最理想地區(qū)。

黃連木油脂中所含的脂肪酸主要包括7種,其中油酸、亞油酸、棕櫚酸三種脂肪酸的含量之和占脂肪酸總量的95.73%。黃連木油脂脂肪酸碳鏈長度集中在C16～C18之間，由黃連木油脂生產(chǎn)的生物柴油的碳鏈長度集中在C17～C20之間，與普通柴油主要成分的碳鏈長度（C15～C19）極為接近，因此，黃連木油脂非常適合用來生產(chǎn)生物柴油。黃連木油脂中各種脂肪酸的含量在不同的分布區(qū)之間存在一定的差異，但并不十分明顯。

2020年我國將需要1億噸柴油。按目前國際通用B20柴油，即20%生物柴油與80%化石柴油混合比例計算，1萬噸生物柴油可配制5萬噸化石柴油，2010年我國的生物柴油市場需求量將達(dá)2000萬噸。以黃連木為例，則需要果實原料約5000萬噸。按1畝200公斤產(chǎn)量計(即1公頃產(chǎn)3噸原料)，則需要建立2.5億畝(1666萬公頃)的生態(tài)能源林。目前黃連木適宜分布區(qū)為25個省(自治區(qū)、直轄市)，根據(jù)全國第六次森林資源清查結(jié)果(1999～2003年)，共有宜林荒山、荒地、沙荒地4.5839億畝(3055.93萬公頃)，如果用來營造生態(tài)能源林基地2.5億畝，則僅占宜林地面積的55%，每省平均造林1000萬畝，造林空間還很豐富。

當(dāng)前我國的林業(yè)生物質(zhì)能源開發(fā)建設(shè)尚處于起步階段，在資金投入、鼓勵政策措施、生產(chǎn)技術(shù)上需要完善。未來，林業(yè)能源的發(fā)展一要作好森林能源木本生物質(zhì)能資源普查，制定全國森林能源現(xiàn)代化發(fā)展規(guī)劃；二要與林業(yè)生態(tài)和森林資源建設(shè)工程、農(nóng)村經(jīng)濟(jì)體制改革與林業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展結(jié)合起來；三要加強森林能源科學(xué)研究，建立起信息監(jiān)測系統(tǒng)；四要提倡學(xué)科間、行業(yè)間、地區(qū)間的協(xié)作，加強項目的綜合性與整合性，建立起以產(chǎn)業(yè)鏈為主體的科技支撐體系；五要加大資金投入、政策的支撐力度，加快國家標(biāo)準(zhǔn)的出臺及市場準(zhǔn)入體系的建立。我們相信，未來林業(yè)能源的發(fā)展空間將會非常廣闊。

近十年來，我國森林能源的研究與開發(fā)雖然取得了一些進(jìn)展，但還普遍存在對發(fā)展森林能源的認(rèn)識不足，基礎(chǔ)薄弱，工作體系不健全，開發(fā)技術(shù)不成熟，相關(guān)政策、標(biāo)準(zhǔn)等保障措施不配套、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)未規(guī)范，市場管理混亂的狀況，扶持生物質(zhì)能源發(fā)展的政策尚未全面實施，致使森林能源的發(fā)展仍然呈滯后狀態(tài)。