1.4　生物質資源開發與利用現狀

1.4.1　我國主要生物質資源開發利用現狀

我國人口多，雖然可作為生物能源的糧食、油料資源很少，但是可作為生物能源的生物質資源有著巨大的潛力。如農作物秸稈尚有60％可用于能源用途，約合2.1億噸標煤，有約40％的森林開采剩余物未加工利用，現有可供開發的生物質能源至少能達4.5億噸標煤，同時還有約1.33億公頃宜農宜林荒山荒地，可以用于發展能源農業和能源林業。發展生物能源產業，利用農林廢棄物，開發宜林荒地，培育與生產生物能源資源，增加了農民的就業機會。

（1）傳統生物質資源開發利用

①薪柴：薪柴是幾個世紀以來人類所用的主要能源，它不僅可用于家庭，還可廣泛運用于工業，我國每年能夠提供薪柴總量達8860萬噸，占農村生活用能的40％左右，包括的樹種不只是薪炭林，其他材林、防護林、灌木林及周邊散生林均可用作薪柴。

②農作物秸稈：作為世界農業大國，我國農作物種類很多，數量較大，水稻、玉米和小麥是3種主要的農作物，其生產的廢棄物秸稈是我國主要的生物質資源之一，據統計目前全國每年各種農作物秸稈約為7億噸，可生產的生物能源約為1.5億噸標準煤，粗蛋白含量為2000萬～2500萬噸，相當于1億噸標準生豬飼料中的粗蛋白含量。

③畜禽糞便：禽畜糞便也是一種重要的生物質資源，其資源量與畜牧業重要相關，除在牧區有少量直接燃燒外，主要是作為沼氣的發酵原料。我國畜禽糞便資源大約為每年30億噸，主要分布在河南、山東、四川、河北、湖南等養殖業和畜牧業較為發達地區，5省共占全國總量的39.50％，從構成上看，畜禽糞便資源主要來源是大牲畜和大型畜禽養殖場，其中牛糞占全部畜禽糞便總量的33.61％，豬糞則占總量的34.45％。

④生活垃圾：隨著城市規模的擴大和城市化進程的加速，中國城鎮垃圾的產生量和堆積量逐年增加，年增長率在10％左右，初步估計目前城市垃圾資源達2.5億噸，主要由居民生活垃圾、商業垃圾、服務業垃圾、少量建筑垃圾等廢棄物混合構成，垃圾熱值在4.18MJ/kg（1000kcal/kg）左右，成分比較復雜，受居民生活水平、能源結構、城市建設、綠化面積以及季節變化的影響，有以下特點：一是垃圾中有機物含量接近1/3甚至更高；二是食品類廢棄物是有機物的主要組成部分；三是易降解有機物含量高。

（2）現代生物質資源開發利用潛力　隨著對化石能源開采出現的重大缺陷，人們逐漸認識到化石能源的有限性，以及大量的化石能源所造成的日益沉重的環境壓力。在不久的將來，化石能源將不可避免地退出歷史舞臺，因此人類必須尋求新的替代能源，才能維持正常的生存條件，進入更加繁榮發達的未來社會，這一觀念正在成為發展現代生物質能源的巨大推動力，專門為能源生產工業提供原料的現代生物質資源的概念正通過試驗、示范逐步形成，其現代生物質能源工業技術也日趨成熟。

①薪炭林：以生產燃料為主要目的的林木，樹種應該具有生長快、適應性和抗逆性強、熱能高、易點燃、無惡臭、不釋放有毒氣體、不易爆裂等特點，據統計，我國現有400多萬公頃薪炭林，每年約可獲得1億多噸高燃燒值（生物量）的薪材。未來20年國家將再投資建設1600萬公頃薪炭林，屆時每年將產生3億多噸薪材。

②草本作物：甜高粱具有耐干旱、耐水澇、抗鹽堿等多重抗逆性，素有“高能作物”之稱，畝（1畝=666.7m²）產300～400kg糧食以及4t以上莖稈，莖稈汁液含糖量16％～20％，每16～18t莖稈可生產1t燃料乙醇。目前，全國高粱播種面積為800多萬畝，其中甜高粱40萬畝，高粱莖稈約250萬噸；木薯種植面積約650萬畝，總產量730萬噸，可生產燃料乙醇約100萬噸；甘蔗種植面積約2000多萬畝，總產量為4000多萬噸，主要用于制糖，所產生的副產品糖蜜350萬噸，可生產燃料乙醇80萬噸左右，折合標準煤110萬噸左右。

③植物性油料作物：植物油本身可作為內燃機燃料，絕大多數油料作物都有非常強的適應性和適寒性，種植技術簡單，植物油貯存和使用安全，現已對40種不同的植物油在內燃機上進行了短期評價試驗，包括豆油、花生油、棉籽油、葵花籽油、油菜籽油、棕櫚油、蓖麻籽油。我國油料作物的種植面積為1310萬公頃，含油籽粒年產量2250萬噸，主要為食用，已經對一些野生油料植物（光皮樹）進行了能源利用研究。

④含碳氫化合物植物：有人建議直接從植物中生產汽油和其他碳氫化合物，我國在“十五”期間已開展綠玉樹研究，試圖培育出一種能夠通過光合作用直接生產液體烴類燃料的植物。美國加利福尼亞的研究表明，可以從綠玉樹中提取分子量非常接近石油的碳氫化合物和糖（副產品），在有灌溉條件下，每公頃土地每年可以獲得2t油和5t糖。

（3）我國能源植物發展規劃　根據國家林業局初步編制的《全國能源林建設規劃》，到2020年，將建成能源林示范基地1000多萬畝，使可耕能源林達到2億畝，可以提供600多萬噸生物柴油，滿足1100多萬千瓦裝機容量發電廠的燃料需求。

重點在西南地區發展麻風樹600萬畝；在中北部地區發展黃連木375萬畝；在中南部地區發展光皮樹75萬畝，在北部地區發展文冠果200萬畝。

另外陜北、華東、中原等地區以及南方集體林區營造沙柳、沙棘、紫穗槐、刺槐、檉柳和櫟類等灌木能源樹種1000萬畝。

1.4.2　國外能源植物的開發與利用

國際能源植物的研究工作始于20世紀50年代末至60年代初，發展于70年代，在80年代得以迅速發展。首先進入這一研究領域的是美國，自20世紀70年代后期開始，以美國加州大學諾貝爾獎獲得者卡爾文博士為代表的研究小組從尋找可產生類似于石油成分的樹種入手，集中研究了十字花科、菊科、大戟科、豆科、棕櫚科等十幾個科的大部分植物，分析了這些植物的化學成分，從中篩選了開發價值極高的續隨子和綠玉樹等樹種進行栽培實驗，開創了人工種植石油植物的先河，并在加州南部建立起石油植物林場，作了工業應用的可行性研究，提出通過營造“石油人工林”，生產可再生光合作用產品的設想。20世紀70年代以來，鑒于化石能源資源的有限性和環境壓力的增加，世界上許多國家重新加強了對新能源技術和可再生能源技術發展的支持。在巴西，桉樹已被廣泛作為能源樹種，能源用林的覆蓋面積總計約為200萬公頃。同時，很多國家大力開發甜高粱，選育序列良種并在生產中大面積推廣運用，從經濟角度研究了其可行性，甚至從法律上制定實施計劃，這些做法為產業化應用鋪平了道路。巴西先后育成了BR-500至BR-504以及BXH28-3-2、BXH34-3-1等許多優良品種，并開展了“國家甜高粱實驗”計劃，計劃用2％的土地栽種甘蔗、木薯和甜高粱，用于生產酒精。阿根廷也在研究甜高粱作為一種糖料作物的栽培、種植、制糖和生產酒精的方法。

1981年在肯尼亞召開了國際新能源和可再生能源會議。英國、美國、日本、瑞典、巴西、俄羅斯等國都紛紛投入大量的人力、物力和財力，成立相關的研究機構，加大能源植物的研究力度，大面積種植能源植物并進行工業轉化利用，其側重點為產乙醇植物和燃料油植物。1986年美國率先開始人工種植石油植物。隨后，英國、法國、日本、巴西、菲律賓、俄羅斯等國也不甘落后，相繼開展了對石油植物的研究與應用，建立石油植物園這一全新的石油生成基地，人們還借助遺傳技術培育新樹種，采用更先進的栽培技術來提高產量。目前全球生物柴油的生產已具備一定規模，其中歐洲已成為全球生物柴油的主要生產地。1997年，全球的生物柴油生產量約為70萬噸，其中大約60萬噸由歐盟所生產，占全球產量的85％～90％。隨著高科技的發展，一些石油植物的深開發研究已達到實用階段，如木屑生產石油的轉換率達到了70％，用蒸汽技術、蒸餾技術處理桉樹，每公頃可提煉石油20多噸。目前，英國、美國等發達國家正在對已發現的40多種石油植物進行品種選擇和質量優化工作，并準備盡快實行商業化生產。美國研究人員已獲得了從大戟科、蘿藦科、菊科、夾竹桃科、松科等植物中回收碳氫化合物的專利。目前美國種植的石油植物已擴展到數十萬公頃，產量超過500萬噸；英國也開發了10萬公頃的石油植物；菲律賓種植了1.2萬公頃的銀合歡樹，預計6年后可收獲石油1000萬桶；瑞士計劃種植10萬公頃石油植物，希望借以解決全國每年50％左右的石油需求量。全球目前開發利用的主要能源植物見表1-2。

石油不僅可以在陸地上種植，而且在海洋中也能夠“種植”。科學家發現某些海藻中脂類含量達67％以上，并將這些海藻精煉成類似汽油、柴油等液體燃料用于發電的開發研究。美國能源部和太陽能研究所利用生長在美國西海岸的巨型海藻，成功地提煉出優質“柴油”；加拿大的科學家將單凈菌和單紫菌進行混合培養能產生類石油烴類，他們在2.6km²的鹽水池中每兩天就能收獲一次，一年可得到1200萬桶燃油，目前他們正在用基因工程技術對這兩種菌加以改造，可望產量能提高10％左右。這種生產方式與在漫長的地質過程中細菌分解生物體中的有機質并加工成石油的過程基本相同，只不過科學家用了幾周的時間代替了幾百萬年的漫長歲月。目前，美國、英國、加拿大等國的科學家正在海洋上建立“海藻園”新能源基地，采用生物工程技術進行人工種植栽培，形成海藻規模生長，以滿足發電站的需求。

歐美許多國家都結合本國特點制訂了生物柴油發展綱要，在其推廣使用上出臺了相關的優惠政策；在公共區，嚴格限制機動車有害氣體的排放量，有力地推動了生物柴油首先在公共區的使用。德國、法國、意大利、奧地利、比利時、美國、馬來西亞等國家對投放市場的生物柴油都采取了免稅政策或低稅率政策以鼓勵民眾推廣和使用生物柴油。