2.1　生物質資源量估算

地球上儲存著數量巨大的生物質，而且在光合作用下新的生物質也在不斷生成。光合作用生成的生物質中，有許多種類可作為食物被人類食用，或者在各種社會活動中被利用。從能源角度評價生物質的資源量時，可以把生物質大致分為兩類：一類是目前已產生而沒有被充分利用的廢棄物類生物質；另一類是目前還沒有大量生產、未被利用或利用度較低的，但將來會作為能源利用的能源作物。

廢棄物類生物質是伴隨著農林畜業等的生產而產生的，由于受到人類生產活動持續性的影響，其產量通常是比較穩定的。然而，一般認為這類生物質的其中一部分已經被用于能源以外的其他用途，即使沒有進行上述利用，要將廢棄物類生物質有效地作為能源完全回收也是很困難的。因此，在現有存在量的范圍內，應當把實際可以作為能源利用的這部分廢棄物類生物質看作潛在的能源物質。

不是作為食物而是以能源利用為主要目的進行栽培的植物稱為能源作物。一般能源作物的生產方法為選擇木本或草本植物中生長較快的種類進行栽培，在進入生長遲緩期的5～10年前進行采伐（短周期）。桉樹、混合楊樹、柳樹等木本植物，甘蔗、高粱、柳枝稷等草本植物，以及其他油類作物等可以被看作是能源作物。

地球上從森林到海洋存在著數量巨大的生物質，陸地地面以上總的生物質量約為1.8兆噸，海洋中約40億噸，土壤中存在的生物質量基本與陸地地面以上的相當。陸地地面以上總的生物質量換算成能量約為33000EJ（即3.3×10²²J），是世界能源年消耗量的80倍以上。此外，在光合作用下新的生物質還在不斷產生。生物質的年凈生產量，陸地地面以上約為1150億噸，其總量換算成能量接近世界能源年消耗量的10倍。

但是，由于上述生物質中也包含人類等作為食物的各種生物質，以及除食物外人類社會活動中利用的部分，因此，對可以轉化為能源的生物質的資源量進行估算是十分重要的。

2.1.1　廢棄物類生物質資源量估算

（1）廢棄物類生物質的估算量　為了估算廢棄物類生物質的現存量，有必要掌握其生產量。但是，要掌握各地區廢棄物類生物質的生產量是很困難的，所以大多根據對廢棄物類生物質資源產生率等進行的假定來推算其生產量。表2-1是推算廢棄物類生物質現存量時所用參數舉例。但是，這里的參數是一般意義上的、以世界總體作為對象的，在對特定地區的廢棄物類生物質的現存量進行估算時，還要根據該地區的實際情況加以校正。

根據表2-1中的參數，通過以下步驟推算廢棄物類生物質的現存量，其結果見圖2-1。廢棄物的產生率是指每生產單位糧食等人類生存必需品伴隨產生的殘余質量比值。

農業和林業的廢棄物產生量，以聯合國糧農組織（FAO）統計的農產物（2000年）和林產物（1999年）為準，通過廢棄物的產生率進行推算。

畜禽廢棄物的產生量，以聯合國糧農組織（FAO）統計的畜禽數量（2000年），以每一只畜禽排出的糞便量來計算。

算出的廢棄物產生量，乘以能量換算系數，便可以估算出此類生物質的資源量。

通過以上估算，廢棄物類生物質的年現存量中，畜禽類生物質約為43EJ，農業類生物質約為48EJ，林業類生物質約為37EJ，合計可達到128EJ。其中，牛糞便最多，約為22EJ，原木材殘余物（產業用）次之，約為20EJ。

以不同地區統計的上述廢棄物類生物質資源量的結果見圖2-2。亞洲的資源量最高，為56EJ；中北美洲次之，約為24EJ。

（2）廢棄物類生物質的現存量　廢棄物類生物質現存量中的一部分已經作為其他用途被利用，即使把沒有利用的那部分廢棄物全部有效回收，將其作為能源利用還是十分困難的。比如，秸稈類的一部分現在已經被用作家畜豢養的鋪設材料或飼料，或作為農田堆肥使用。此外，當采用放養的方式養牛時，幾乎不可能對其糞便進行收集，而即使采用圈養的方式，將產生的糞便全部收集也很難。因此在估算可利用生物質資源量時必須考慮有效利用的可行性，所以，廢棄物類生物質能源的潛在量應當是指在現存量范圍內實際可以利用的資源量。

根據（1）中的生物質現存量，乘以表2-2中的可能利用率，可以得到圖2-3中的廢棄物類生物質潛在量的估算值。

世界廢棄物類生物質全年的能源潛在量總值為42EJ，不同種類中，林業廢棄物類生物質最多，約為22EJ，其中原木材殘余物占2/3，約為15EJ，達到總廢棄物量的36％。農業廢棄物中各類生物質為1.5～3.5EJ不等，總計約15EJ。畜業廢棄物類生物質總計約5.4EJ，其中最多的是牛糞便，約為2.8EJ。

圖2-4是按照地區統計的廢棄物類生物質能源潛在量，在亞洲，農業廢棄物生物質占的比例最高；在南美洲，農、林廢棄物生物質所占比例各半；而在中北美洲、非洲、歐洲和大洋洲，則是林業廢棄物生物質占的比例最高。

2.1.2　能源作物資源量估算

能源種植的含義是：“不同于原來主要用于生產糧食、建材為目的，而是以獲得能源為主要目的，對生長快速的木本類或草本類生物質進行栽培，在5～10年的較短周期內采伐并進行能源生產的過程”。作為用于生產能源的候選生物質，首先要高產，由于生物質的生產量在不同地區差異很大，因此選擇適合該地區生長的物種是十分必要的。表2-3是地球上不同類型生態系統生物質的平均生長量，其中熱帶雨林地區的生產能力極高。生物能源種植是在石油危機以后的20世紀70年代后期提出的，瑞典、加拿大、美國、澳大利亞等國正在進行大規模的應用性驗證試驗。根據生物質種類，桉樹［生長量（以干重計）20t/（hm²·a）］、混合楊樹［10～15t/（hm²·a）］、柳樹［8～10t/（hm²·a）］等木本植物，甘蔗［約30t/（hm²·a）］、熨斗蘭［約10t/（hm²·a）］、高粱［約15t/（hm²·a）］、柳枝稷［約9t/（hm²·a）］等草本植物可以作為候選。另外，油類作物也可以考慮。

另外，木本類生物質、草本類生物質的生長量最高紀錄是禾本科的熱帶牧草，為80t/（hm²·a）。

能源作物的資源量大多是根據可能用于作物栽培的預想用地面積，并假設單位面積作物的平均生長量［生長量，20t/（hm²·a）］，在此基礎上計算得到的。然而，能源作物用地與農業耕地會產生競爭，此外，單一栽培會造成土地肥力下降等弊端，所以，開展能源作物種植不應取代現有的森林或農田，而應當盡可能使用未利用或低利用率的土地，這樣，既可以進行與能源種植相應的土壤改良和基礎設施建設，也可以將能源種植的負面影響降至最低。

關于能源作物的資源量，在巴西的桉樹林種植經驗的基礎上，各個國家根據其單位收成與年降水量呈正比關系進行推算，得到非洲、拉丁美洲、亞洲的能源作物的資源量（潛力）大約為70EJ/a。需要注意的是，該推算值是以商業化種植的良好條件為前提的。以此例為參照，根據聯合國糧農組織（FAO）的數據，假定將未利用土地的10％作為能源種植用地，并假設栽培作物的生長速度為15t/（hm²·a），則世界能源作物的總資源量為125EJ/a，這正好與廢棄物類生物質的現存量相當。