森林能源及其產業化前景

文｜中國工程院院士、中國林業科學研究院研究員 王濤

鑒于森林能源研究、開發是一個新的領域，也是一項社會化的系統工程，因此，必須突破傳統森林能源的范疇，從發展戰略、技術保障、政策扶持和穩步發展等層面，推動森林能源的發展。

森林能源，又稱木質能源，包括薪材、木炭和作為燃料用的其他木質產品。森林能源既是古老的傳統能源，又是現代無污染的清潔能源，越來越被國際社會重視。實際上，現代森林能源的作用遠遠超出傳統觀念的范疇。隨著科學技術的發展，新能源生產力度的加大，發展森林能源既是解決薪材短缺的關鍵，又是發展清潔能源的途徑之一。森林能源的發展必須走可持續發展的道路，向集約經營和節約利用的方向發展，充分發揮其多功能、多效益，積極推動森林能源開發利用的現代化的進程。

世界森林能源發展趨勢

幾十年來，為了減少CO2排放量，保護生態環境，越來越多的國家，特別是發達國家重視生物能源的開發利用，森林能源的開發利用已成為世界各國共同發展的趨勢。各國正在積極開展木質能源替代化石燃料技術的研究。許多發達國家木質能源轉換新技術已成熟。木質能源從傳統利用方式向現代化利用方式轉變已是必然的發展趨勢，主要采用生物化學、熱化學、物理化學等工藝，生產用于工業、交通和商業部門的商品能源。它將林木所含的油脂轉化成生物柴油，或將木質纖維或木本非食用淀粉轉化為燃料乙醇，或利用木質做成固體和氣體燃料，利用木質燃料發電。

森林能源現代化利用有著廣闊的前景，但是它的發展僅僅處于起步階段，發展的基礎仍然相當薄弱。首先是對森林能源戰略地位認識不足：盡管當今發展中國家農村生活用能源嚴重短缺，影響著農村經濟的發展和生態環境的惡化，但是許多地區仍然沒有把森林能源的開發利用擺在應有的位置上，沒有納入國家能源和森林發展計劃，投資不足，缺乏經濟扶持政策。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，一般農民是自采自用，很難統計。因此，各國木質能源的信息非常薄弱，給木質能源生產和利用以及對確定今后木質能源發展模式帶來了困難。由于缺乏關于木質能源生產和流向的可靠數據，因此對確定今后木質能源供應、貿易、利用和代用等關鍵問題難以決策，因而，也就很難制訂出一個符合各國國情的森林能源發展戰略。

20世紀90年代以來，雖然發達國家如：美國、瑞典等國家森林能源轉換技術方面都取得了進展，把森林能源作為生產無污染清潔能源的發展方向。但是，發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換技術。所以，發展中國家森林能源轉換技術非常滯后。

為了發展森林能源，世界不少國家正根據本國所面臨的問題和經濟發展戰略的需要，制定出符合本國國情的政策，制定森林能源發展對策，推動森林能源的發展，許多先進國家都制定了生物能源規劃。例如，芬蘭1994年制定了《木質能源發展規劃》，通過能源林栽培技術、節能技術和森林能源轉換技術的研究，將森林能源這一古老傳統的能源轉化為現代、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先發展項目的辦法。

我國森林能源發展現狀

我國是一個能源生產和消費大國，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營利用歷史。但是，長期以來，農村能源和薪材資源利用嚴重浪費，森林過量樵采，不僅破壞了生態環境，而且嚴重制約著農村經濟的發展。據專家估測，中國每年薪材消費量高達2.5億噸標準煤，相當于3.69億m3薪材，因而對森林資源造成很大的威脅。

根據現有森林薪材生產力對社會薪材需求承載度的測算，我國現有森林薪材生產力遠遠不能適應社會薪材的需求，社會實際需求已超出森林實際薪材生產量的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構中僅次于商品材。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，林業生物質能的發展空間十分廣闊。我國是一個人口大國,耕地總面積18.37億畝，以農產品為原料生產生物質能是不可能的。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展空間。據初步估算，我國現有林木生物質總量約178.86億噸，需采伐更新的林木生物總量約40.5億噸，可產生采伐剩余物生物量約16.2億噸?，F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剩余物，每年可提供生物量為3.3億噸，折合標準煤約2億噸。如全部開發利用，能夠減少目前1/10的化石能源消耗。此外，我國現有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，是我國木質能源的優良資源。

林產品作為木本生物質能的原料，不僅可以全面地發揮森林的多功能、多效益，還可以結合生態建設工程因地制宜地營造生態能源林基地，既可以利用樹體保護生態，又可以為森林能源產業提供原料，保證了林業生態工程的可持續經營，也為林業產業的發展開辟了新的生長點。還可以增加農民收入，繁榮農村經濟，對保障能源安全、保護森林資源和生態環境，促進農業和林業產業的發展和林業可持續經營將產生重要和深遠的影響。

森林能源發展需突破傳統

近年來，我國可再生能源發展受到高度重視，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展規劃》，這為森林能源的可持續發展提供了政策的保障。在實踐中，林業部早在20世紀90年代就下發了《關于下達1996年森林能源工程重點縣生產計劃的通知》和《全國森林能源工程“九五”實施計劃》，此舉標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雖然取得了一些進展，但還普遍存在對發展森林能源的認識不足。工作體系不健全，開發技術不成熟，相關政策、標準等保障措施不配套、技術標準未規范，市場管理混亂的狀況，扶持生物質能源發展的政策尚未全面實施，致使森林能源的發展仍然呈滯后狀態。

鑒于森林能源研究、開發是一個新的領域，也是一項社會化的系統工程，因此，必須突破傳統森林能源的范疇，從發展戰略、技術保障、政策扶持和穩步發展等層面，推動森林能源的發展。要在全面規劃的基礎上設立專項資金，扶持和促進森林能源的全面發展，在認真調查研究的基礎上，做好組織協調和宏觀調控，建立與之相適應的工作管理體系與科技支持體系；要在穩步推進森林能源的科研、示范及產業化建設的同時，加快建立國家級的質量監測系統，抓好產品研發與生產的標準化、系列化和通用化，加強技術監督和市場管理，規范市場活動，為森林能源技術的研發與推廣創造良好的市場環境。把宏觀調控和科學研究貫穿森林能源資源培育和開發利用全過程，增強我國森林能源企業的國際競爭力。

我國木本植物分布

新世紀正面臨能源問題的嚴峻挑戰，開發利用可再生能源是事關國民經濟可持續發展、國家安全和社會進步的重大課題。生物質能源將成為未來能源的重要組成部分，主要通過生物質能發電和生物質液體燃料的產業化實現。實現生物質液體燃料產業化，需要豐富的可再生生物質原料的供應。據統計，生物質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，提高轉化率，是生物質液體燃料產業化的關鍵。

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,經加工后，可以提取植物液體燃料的油性物質，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，適應性強，可用作建立規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、沙地等宜林地進行造林建立起規模化的良種供應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、直轄市)。

文冠果：無患子科、文冠果屬。主要分布于：河北、內蒙、陜西等14個省(自治區、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)。

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，主要分布于內蒙古、遼寧、黑龍江、湖北等23省(自治區)。

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50%以上。是一種不干性油，可作工業原料或用作食用油。

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

黃連木有著極強的適應性，能夠在中國大部分地區正常生長，分布區跨越北緯18°09′到40°09′，東經96°52′到123°14′之間的廣大地區，在溫帶、亞熱帶、熱帶地區均能夠正常生長,一般為零星分布，也有大面積的純林或混交林。分布區的土壤母巖以石灰巖為主,土壤類型以褐土為主，對土壤要求不嚴格。黃連木在中國東部與西部的分布差異較大,東部地區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，而該線以西、以北地區較少見。

黃連木垂直分布的上限、下限與地理經緯度有關密切的關系，隨著地理經緯度的增大，垂直分布的上限、下限均呈現逐漸降低的趨勢。

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以及西北部分地區，約有26個省(直轄市、自治區)有黃連木分布。根據黃連木在中國各地分布集中程度與資源數量，將黃連木分布區劃分為四類：集中分布區、次集中分布區、零星分布區、沿海零星分布區。

其二，中國黃連木果實與種子經濟性狀。通過對黃連木不同分布區、不同林分類型內果實、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。黃連木不同分布區的果實、果肉與種子含油率有一定的差異，集中分布區果實含油率最高，是發展黃連木能源林的最理想地區。

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公斤產量計(即1公頃產3噸原料)，則需要建立2.5億畝(1666萬公頃)的生態能源林。目前黃連木適宜分布區為25個省(自治區、直轄市)，根據全國第六次森林資源清查結果(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。

當前我國的林業生物質能源開發建設尚處于起步階段，在資金投入、鼓勵政策措施、生產技術上需要完善。未來，林業能源的發展一要作好森林能源木本生物質能資源普查，制定全國森林能源現代化發展規劃；二要與林業生態和森林資源建設工程、農村經濟體制改革與林業產業的發展結合起來；三要加強森林能源科學研究，建立起信息監測系統；四要提倡學科間、行業間、地區間的協作，加強項目的綜合性與整合性，建立起以產業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，加快國家標準的出臺及市場準入體系的建立。我們相信，未來林業能源的發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雖然取得了一些進展，但還普遍存在對發展森林能源的認識不足，基礎薄弱，工作體系不健全，開發技術不成熟，相關政策、標準等保障措施不配套、技術標準未規范，市場管理混亂的狀況，扶持生物質能源發展的政策尚未全面實施，致使森林能源的發展仍然呈滯后狀態。