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林业生物质能源主宰未来

媒体:中国林业  作者:胡琴 2015/1/4 20:27:46

生物质能源包括液体生物柴油和生物乙醇、生物颗粒燃料、气体燃料、直燃发电、生物基化工产品等。生物柴油是利用种子油料,如油棕、无患子、小桐子、黄连木等油料林木果实、工程微藻等油料水生植物等为原料制成的液体燃料。生物柴油是可代替柴油的一种环保燃料油,是典型“绿色能源”。生物乙醇是利用淀粉水解发酵制成的,它可以掺到汽油里,或者直接用它开车,是目前能够大规模生产,广泛利用的一种生物能源。生物颗粒燃料是利用灌木、林业废弃物等压缩成型的固体成型燃料,可代替煤炭、石油燃烧发电。

由于对化石能源大量使用可能导致的全球气候变化和资源枯竭的担忧,以及对可持续发展和保护环境的追求,世界开始将目光聚焦到了生物质能源。目前,发展生物质能源产业已经成为国际社会缓解能源危机的公认选择。

与其他替代能源相比,生物质能源的优势明显。除了具备可再生、分布广等特性,生物质能源还具有其他替代能源不具备的优势。比如,风能、太阳能都不能直接用作液体燃料,而生物质能源在一些国家已经成为主要的液体燃料来源,在巴西有燃料酒精,在欧洲有生物柴油等等。

但是,由于目前的生物质能源,主要由粮食作物制成,因此在目前世界粮食生产还不是十分安全的情况下,利用淀粉水解发酵生产生物乙醇之类的技术因为原料问题而难言推广。

事实上,除了农业资源,适合于能源利用的生物质原料,依据来源的不同还包括林业资源、生活污水和工业有机废水、城市固体废物和畜禽粪便等四大类。在我国,由于人多耕地少,使得生物质能源的生产不可能依靠占用耕地来解决原料问题,于是充分利用玉米芯、秸秆、棉子壳等农作物“下脚料”便成为解决问题的第一途径。“但这些还远远不够”,中国工程院院士王涛提出,我国生物质能源的“前途”在林业。

 

发展林业生物质能源是我国破解能源困局的必经之路

 

可持续发展是当今人类面临的最重大课题。国家林业局副局长张永利认为,从哲学意义上讲,只有基于可持续资源的发展才是可持续的,基于不可持续资源的发展永远不可能持续。能源可持续供给是实现可持续发展中的重中之重,发展可再生能源是实现能源可持续供给的根本途径。

他说,林木是真正的可再生物质。能量的主体都来自太阳能,植物通过光合作用把它转化为生物能,然后再把生物能转化成各种各样的能量,我们用的所有东西,实际上都是不同形态的能量,包括一部电话、一杯水、一支铅笔等等莫不如此。森林生态系统的生物生产力是最强大的,也就是说,它通过光合作用接收和转化太阳能的本事最大、数量也最多。只要太阳永远挂在天上,这种能量的获得就是可持续的。林业生物质能源只要经营得法,便可源源不断地获得,是一种可持续供给的能源。林业生物质能源最突出、最重要的优点正在于此——“可持续”。因此,我国丰富的林业生物质资源,可以为林业生物质能源产业的可持续发展提供良好的原料基础。

在我国,发展林业生物质能源具有明显的优势和特点。

不与粮争地、不与人争粮。人多地少的国情决定了我国发展生物质能源产业必须以确保粮食安全为前提。我国能源树种资源丰富,大多数能源树种是抗逆性优良的乡土适生树种和优良的生态经济树种,适宜在贫瘠干旱的荒山荒地、沙地和盐碱地等边际性土地上生长,适合在各种非农耕地上大面积培育发展。因此,林业生物质能源原料种植,不需要占用农地,不与粮食争土地。故林业生物质能源在我国生物质能源中占有重要地位。可以说,发展林业生物质能源是我国破解能源困局的必经之路。

有利于修复生态系统,降低原料成本,提高开发利用的经济性。林业生物质能源大多利用林木果实和平茬(采伐)林木生物量,一次种植后可持续利用数十年,期间生长着的林木还能发挥正常的生态功能,可保护生态环境。同时,林业生物质资源培育成林后,不用每年重新种植,可降低原料成本,从发展的角度看也能够有效提高林业生物质能源开发利用的经济性。

发展潜力巨大。生物质能源是十分重要的可再生能源,是国际公认的可缓解能源危机的有效途径和最佳替代能源。我国现有森林面积1.95亿公顷,生物质总量超过180亿吨,林业生物质能源发展潜力巨大。我国可利用的林业生物质能源资源主要有3类。

一是木质纤维原料。包括薪炭林、灌木林和林业“三剩物”等,总量约有3.5亿吨。木质纤维原料的主要成分为木质纤维素(木质素、纤维素和半纤维素)。木质纤维原料可转化为液体燃料、气体燃料和固体成型燃料。通过纤维素酶生物降解可获得燃料乙醇,即第二代液体燃料;通过热裂解方法可制备快速热解油;也可通过生物降解和化学合成相结合的途径直接制备生物柴油。木质纤维原料转化为气体燃料主要是通过两条途径,即热解气化和生物发酵,这样得到的生物燃气可直接燃烧,也可进一步用于发电。

上述转化产品中,热解气化生物燃气、生物发酵生物燃气(沼气)、固体成型燃料已形成规模化产业;第二代液体燃料,即纤维素酒精已建成5000吨级生产示范线;快速热解油和木质纤维素直接制备生物柴油尚处于中试阶段。

林业生物质是纤维素的丰富来源。据报道,全球生产出的纤维素总量相当于6700亿桶石油的能量,约是现在全球每年石油消费量的20倍。目前,科技人员已研究发明了一项堪称21世纪最重要的工业和生物技术——裂化纤维素技术,它可使纤维素有效地转化为生物乙醇。纤维素是天然生物高分子聚合物,化学惰性非常强,很难转化,但现在发现的一种存在于真菌中的酶,能裂化植物细胞壁的纤维素链,使其转化生成生物乙醇。这一技术必将成为又一缓解能源危机,特别是缓解液态燃料危机的新途径。

二是木本油料资源。我国林木种子含油率超过40%的乡土植物有150多种,其中油茶、油桐、光皮树、黄连木等主要能源林树种的自然分布面积超过100万公顷。这些乡土植物不仅具有良好的生态作用,还可年产100万吨以上果实。这些果实如能全部被加工利用,可获得40余万吨的生物柴油。

三是木本淀粉植物。如栎类果实、菜板栗、蕨根、芭蕉芋等,其中栎类树种分布面积达1610万公顷。以每亩产果100公斤计算,每年果实产量可达到2415万吨,利用这些果实能生产燃料乙醇约600万吨。

市场应用前景广阔。我国是人口大国,也是能源消耗大国。2010年,我国能源消耗达32.5亿吨标准煤,其中煤炭24.49亿吨标准煤。如果煤炭现有储量按照817亿吨标准煤计算,我们仍然保持原有的消耗速度,那么只能维持33.4年。就石油而言,净进口量已达到2.39亿吨,对外依存度为55%,超过国际公认的50%的安全警戒线。随着社会经济的不断发展,化石能源年均消耗量仍会增加,能源需求与能源供给的矛盾在我国将日益突出、长期存在。

森林能源既是古老的传统能源,又是现代无污染的清洁能源。世界能源委员会(WEC)预测,到21世纪中期将需要有7亿~13.5亿公顷土地来生产生物质能源,占全球森林面积34.54亿公顷的20%~39%,才能确保全球能源供需的平衡。森林能源的开发利用已成为世界各国的共同发展趋势。生物质能源市场应用的广阔前景日益凸显。

我国是一个能源生产和消费大国,但林业生物质能源的利用所占能源总量的比例却是微乎其微。为此,即将出台的《全国林业生物质能源发展规划(2011~2020年)》明确提出,“十二五”期间中国林业生物质能源发展将强化良种繁育,发展乡土树种,积极引进适宜的能源植物,通过定向培育、定向利用,着力发展以固体成型燃料、生物柴油、生物质发电和燃料乙醇为代表的林业生物质能源产业。随着中国林业生物质能源近10年发展目标和主要原则的确定,中国林业生物质能源产业的发展也呈现出前所未有的广阔前景。

发展林业生物质能源是应对气候变化的重大举措

应对气候变化是国际社会面临的重大问题和共同责任。众所周知,全球气候变化的发生,主要是由于空气中的二氧化碳不断增多,形成温室效应而导致的。应对气候变化,最根本的措施就是要降低空气中的二氧化碳等温室气体含量。林木是固态的碳,是地球碳循环的主要载体,是维持空气碳平衡的重要杠杆。发展林业,增加林木蓄积量,增强碳汇功能,是降低空气中二氧化碳,缓解二氧化碳浓度上升最经济最有效的办法,已成为全球应对气候变化的共识和行动。

通过培育能源林发展林业生物质能源,可同时发挥增加碳汇和减少二氧化碳排放两方面的功能。我们种植的油料能源林,利用的是果实,林分主体可长期发挥固碳作用,利用果实生产的生物能源又可替代化石能源,减少二氧化碳的排放,缓解气候变化。据测算,林木每生长1立方米可吸收1.83吨二氧化碳,放出1.62吨氧气;使用1吨生物柴油替代化石柴油可减少二氧化碳排放约3吨;使用1千度生物质电能替代燃煤可减少二氧化碳排放约26吨。《全国林业生物质能源发展规划(2011~2020年)》提出,到2020年新增油料能源林422万公顷,按5年后达到林木盛果期计算,到2025年仅新增油料能源林一项,每年可实现二氧化碳减排1519万吨。

众所周知,化石能源是由4亿年以前的生物资源转化而来的,并已把空气中的二氧化碳以化石能源的形式收集和封存起来,现在加以利用,又重新释放到大气中来。但我们现在利用的林业生物质能源植物,通过光合作用,把大气中的二氧化碳固定在植物中,通过燃烧、利用又释放到大气中,可以说是来于大气还于大气,实现的是二氧化碳零排放,可有力地控制气候变化。因此,我们必须高度重视和全面加强林业生物质能源建设,充分发挥林业生物质能源发展在增加碳汇、减少碳排放、维护气候安全中的重大作用。

发展林业生物质能源还能有效提高群众造林积极性,有利于缓解气候变化压力。从维护全球气候安全和人类共同福祉的战略高度出发,2009年9月,胡锦涛主席在联合国气候变化峰会上郑重承诺,“争取到2020年中国森林面积比2005年增加4000万公顷,森林蓄积量比2005年增加13亿立方米”。目前,我国现有的宜林地,87%处于气候和立地条件差的区域,造林难度大,成活率低,群众造林积极性不高。要实现“双增”目标,就必须找到解决这一问题的有效办法。

众所周知,用于发展林业生物质能源的树种,大多是抗逆性优良的乡土适生树种和优良的生态经济树种,特别是油料能源树种,不仅适宜在贫瘠干旱的荒山荒地、沙地和盐碱地等边际性土地上生长,而且郁闭成林快,有保持水土、改良土壤等生态效益。我国有约4404万公顷的宜林荒山、荒地,可用于培育能源林;还有大量的沙地、矿山、油田复垦地等土地,疏松林地和低产林地,可以大幅增加森林资源量。

更为重要的是,发展能源林能够给当地农民带来经济收益,群众造林积极性高,利于组织、发动。油料能源林树种一次种植,能多年采收,只要合理规划,科学经营,每年都会有可观的收益。林农既可以通过土地入股取得收益,也可以通过参与原料采收、运输、加工等,增加收入。根据现有建设经验推算,建设一个2.5万千瓦的林木生物质发电厂,可吸纳农村劳动力1000多人,仅卖原料一项就能增加当地群众收入4000万元。种植1亩小桐子,每年每亩可增加林农收入300~700元。除直接增加林农收入外,开展林业生物质能源林建设,还可以拉动下游产业的发展。

另外,林业生物质能源产业是一个可以长期产生经济效益和社会效益的产业。通过发展林业生物质能源,不仅可以激发全社会参与营造林的积极性,还可以吸收大量社会资金用于营造林,这样既可以较好地解决现有宜林地造林难的问题,又可以增加森林面积和森林蓄积量。

我国林业生物质能源产业发展成效已初步显现

“十一五”以来的几年间,我国林业生物质能源工作始终处于探索、起步阶段,但成效却是显而易见的。

机构建设得到加强。为适应林业生物质能源发展的需要,全面加快林业生物质能源建设步伐,2005年,国家林业局专门成立了林木生物质能源领导小组,下设办公室,办公室设在造林绿化管理司,并确定专门部门和人员负责全国林业生物质能源工作。此后,各地都将林业生物质能源工作纳入了职能范围,云南、江苏、四川、吉林等省相继成立了省级林木生物质能源领导小组和办事机构,并开展了大量工作。同时,科研机构建设也取得很大进展。在国家能源局的支持下,依托北京林业大学等单位,成立了国家非粮作物研发中心,重点加强生物质能源原料培育、开发和利用研究。在国家林业局的推动下,分别在中国林科院成立了国家林业局生物质能源研究所,在国际竹藤网络中心成立了生物资源利用科学研究院,在北京林业大学成立了林业生物质能源研究所,在中南林业科技大学及相关企业成立了生物乙醇研究中心及产业化基地,在国家林业局调查规划设计院设立了林业生物质能源室。林业生物质能源管理机构与科研机构的全面加强,为林业生物质能源发展奠定了坚实的组织基础。

政策扶持力度加大。一是编制了发展规划。通过近两年的调研和编写,完成了《全国林业生物质能源发展规划(2011~2020年)》。规划系统总结和梳理了林业生物质能源发展现状,分析了原料数量、分布情况和发展空间,提出了林业生物质能源建设的任务、目标、重点、布局和具体措施。该规划业经专家论证,将报国家林业局党组审定后发布。二是实施了财税扶持政策。2006年,国家林业局与财政部、国家发改委等5部门联合发布了《关于发展生物能源和生物化工财税扶持政策的实施意见》。2009年以来,对7个企业营造的89.2万亩油料原料林基地进行了补贴,补助资金达1.78亿元。特别是2011年11月,财政部、国家税务总局颁发的《关于调整完善资源综合利用产品及劳务增值税政策的通知》,将林业成型燃料和利用林业生物质发电纳入享有增值税100%即征即退优惠政策的范畴。三是加强了对能源林建设的指导。在以往工作的基础上,2011年,国家林业局相继颁发了《能源林可持续培育指南》和《小桐子原料林可持续培育指南》。经财政部同意,印发了《林业生物能源原料基地检查验收办法》,进一步明确了能源林发展的范围、目标、建设原则和建设内容,提出了纳入国家补助范围的企业能源林基地建设标准和检查验收办法。加强了能源林种苗管理,指导建设了一批能源树种种苗培育基地,在一定程度上满足了能源林营造所需的良种壮苗。在国家政策的拉动下,全国建设能源林5000万亩以上,其中基地建设面积300万亩。

试点示范效果显著。各地以能源林基地和龙头企业为载体,开展了形式多样的试点示范工作。一是能源林基地建设成效明显。通过引进和试验,各地筛选出一批优良的油料类、淀粉类以及木质类的能源林树种,借鉴经济林管理模式,开展了能源林基地建设,取得良好效果。如福建源华、三青新能源有限公司建设的无患子基地、云南神宇新能源有限公司建设的小桐子基地、北大未名集团建立的光皮树基地等。2011年11月28日,生物燃料客机成功试飞使用的原料,就出自云南神宇公司的小桐子基地。二是企业转化引导得力。将内蒙古毛乌素生物质热电厂、吉林辉南宏日新能源有限公司作为试点示范企业,成功实现了生物质能源的集中利用。通过试点,摸索和积累经验,毛乌素生物质热电厂自2008年11月投产以来,利用沙柳进行生物质发电6000多万度,并带动当地建成33万亩沙柳能源林基地。吉林辉南宏日新能源有限公司利用林业剩余物、废弃木耳菌袋加工成型燃料,为周边酒店、企业供热,为林区职工供暖,年生产能力已达到5万吨,成为北方林区新能源供热取暖封闭运行的样板。三是林业生物质能源企业发展迅速。在各级地方政府和林业主管部门的引导和扶持下,目前,河北、云南、湖南、安徽等省涌现出一大批林业生物质能源龙头企业,极大地推动了当地生物质能源产业的发展。

科技支撑明显增强。经过“十一五”期间的发展,林业生物质能源建设的科技水平得到显著提高。一是加强了有关科技项目的立项工作。“十一五”期间,通过“948”、国家科技支撑、林业公益性行业科研专项等科研计划,在林业生物质资源培育与能源转化利用等方面设置项目53项,安排经费近7000万元。二是研发了一批关键性技术。先后攻克了农林废弃物生物降解制备低聚木糖、生物质多途径热解气化、利用二氧化碳培育螺旋藻等技术难关。开发出发电能力1兆瓦的生物质气化发电系统,将生物质原料气化发电系统转化效率提高到18%以上。三是加强了技术的推广应用。由陕西德融科技信息发展有限公司承担的国家高科技专项“黄连木采种基地建设及其生物柴油生产高技术产业化”项目已建成生产,并获得多项独立自主的生产专利和知识产权。江苏强林生物能源有限公司联手中国林科院生化所,通过新技术的应用,建成了年产10万吨生物柴油生产线。北大未名集团依托湖南省生物柴油工程中心,成立了湖南未名创林生物能源有限公司,成为市场与生产紧密结合的典范。四是加强了国际合作。延边林业集团成功引进瑞典热/电/颗粒燃料联产技术,破解了发展林业剩余物循环经济的难题。此外,还与英国、奥地利、意大利、美国、马来西亚等拥有生物质能源先进技术的国家开展了交流与合作。

 

我国林业生物质能源建设工作将继续扎实推进

    毫无疑问,在“十二五”接下来的几年时间里,林业生物质能源发展将进入一个前所未有的快速发展期。国家林业局副局长张永利指出,我国林业生物质能源发展要落实好以下基本布局:

在北方林区和南方集体林区:重点布局以木质成型燃料为主的“林热一体化”产品。结合森林抚育、林业剩余物利用及原料供应基地建设,实现就地取材、就地加工、就地利用,着力解决林区基层用能问题。

在三北荒漠化地区:重点结合生态建设,布局以灌木林为主的“林电一体化”产品,通过开展生物质发电,拉动三北地区以造林治沙为主的生态建设,增加群众收入。

在西南、中南、东南及降雨量较为充沛的地区:重点布局以生物航空燃料及生物柴油为主的“林油一体化”产品,积极营造含油量高、结实早的速生树种,如油棕、无患子、小桐子、光皮树、文冠果等,尽快形成产业链,取得实效。

在西南地区:重点发展以淀粉植物转化燃料乙醇为主的生物质能源产品。结合退耕还林、发展林下经济等,推广种植芭蕉芋、葛根、菜板栗等淀粉植物,通过加强淀粉原料植物培育,发展林下经济,巩固和扩大退耕还林成果。

我国林业生物质能源建设工作将继续扎实推进,国家林业局相关负责人表示,“十二五”期间,各地应该着力抓好以下6个方面的重点工作。

提高认识,加强林业生物质能源机构建设。目前,各省区市林业生物质能源发展很不平衡,甚至有的地方还没有真正行动起来。各地要进一步提高认识,切实加强林业生物质能源机构建设。要进一步明确工作机构,特别是还没有确定林业生物质能源主管领导和处室的,要尽快明确,落实职能。加强队伍建设,提高人员素质,尤其要注重从业人员的专业培训和自我学习,以确保正确履行职责。要切实转变职能,将工作重心进一步转化到服务、指导和监督上来,调动社会各方面的积极性,促进生物质能源产业更好更快发展。

狠抓落实,完成规划提出的目标任务。各地要依据《全国林业生物质能源发展规划(2011~2020年)》,进一步摸清家底,因地制宜,系统谋划,编制好本地区的发展规划。规划要充分考虑可持续发展能力和经济成本,不断完善和延长产业链,确保产业的良性发展,实现经济收益和生态建设共赢。各地要坚定不移地发挥龙头企业和造林大户等主体的骨干带动作用,统筹抓好林业生物质能源建设的各项工作。各级林业主管部门要切实加强对规划实施的指导,及时了解和掌握实施进展情况,不断解决实施中出现的困难和问题,全心全意为企业和林农服务。同时,要加强技术指导和监督检查,保质保量完成规划任务。

突出重点,加强能源林培育工作。科学培育能源林是发展林业生物质能源产业的关键所在。各地要结合实际,正确选择适合本地发展的能源林树种。营造能源林与营造经济林有很多相似之处,大多是一年种植,长期受益,必须高度重视良种壮苗的选育。要通过加强优良品种选育和建设采穗圃、种子园和定向培育苗圃,尽可能地提供营造能源林所需的良种壮苗,确保营造能源林的产量和效益。要大力开展能源林基地建设,加强现有低产能源林的抚育管理和改造,提高能源林建设的规模和产出量。要积极主动地与发改、财政等部门加强沟通协调,千方百计寻求能源林培育政策方面的支持,积极争取能源林造林计划实行单列、能源林营造纳入造林补贴范畴、良种繁育基地建设扶持等方面的政策,以充分调动社会各方面营造能源林的积极性。

着眼关键,加大林业生物质能源技术研发力度。林业生物质能源是一项新兴产业,工作基础薄弱,没有可供借鉴的模式和经验,而且还有很多技术难题需要攻克。要学习掌握最新科技成果,并将其转化应用到生产中去。科研主管部门和广大科研院所要把林业生物质能源的技术研发和自主创新,作为科技发展规划和科技项目安排的优先领域,积极服务于生物质能源建设。特别要加大优质速生高产能源植物的选育、高效转化和综合利用等技术研究,如大规模良种育苗技术、纤维素乙醇技术、抚育剩余物收集技术、机械采摘技术、林业生物质综合利用技术等,努力解决制约生物质能源发展的技术瓶颈。对成熟技术要加快相关标准的制定,包括鼓励制定企业标准、地方标准。今后国家林业局将按照能源林树种栽培技术的成熟度,陆续编写和印发相应的培育技术标准和指南,以指导能源林培育,提高栽培技术水平。

示范带动,加快林业生物质能源发展步伐。生物质能源是商品能源,也是完全能够可持续发展的能源。在林业生物质能源建设过程中,要重视采取市场经济的措施和办法,突出抓好典型示范,在示范中带动,在带动中发展,全面加快林业生物质能源建设进程。各地要重点加强能源林示范基地建设,集中各项技术和行政手段,率先引导龙头企业、造林大户、合作组织等,建立起高标准的生物质能源示范基地,并发挥其示范引领作用。开展示范要覆盖产业链的全过程,包括原料种植、收集、运输和生产转化等各个环节。示范过程中要及时总结归纳可供借鉴推广的经验和做法,逐步探索出符合我国国情、科学实用的林油、林热、林电一体化产业发展模式。2012年,国家林业局将在严格检查评审的基础上,命名一批能源林建设示范项目。

扩大宣传,营造林业生物质能源发展的良好氛围。要充分利用报刊、网络、电视等各种媒体和宣传渠道,开展多层次、多角度的立体宣传,努力营造促进林业生物质能源健康发展的良好氛围。既要大力宣传发展林业生物质能源的重大意义和功能作用,也要宣传国家支持发展的政策措施,同时,还要宣传林业生物质能源资源培育与开发利用的成功经验、先进典型,普及有关基础知识,取得广大民众和各种社会主体对发展林业生物质能源工作的支持,引导和鼓励大家积极参与到林业生物质能源建设中来。

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