第3章　生物質原料植物資源

3.1　含纖維素類的生物質資源

纖維素是地球上最豐富的多糖化合物，廣泛存在于有樹干的植物中。有資料表明，全世界每年生產纖維素及半纖維素的總量為850億噸，但部分還是以焚燒的形式被處理掉，這不僅造成大量資源的浪費，還造成環境污染。隨著人口增長、糧食短缺、石油危機等問題的出現，利用生物技術將纖維素原料生物轉化為各種能源產品具有重大意義。

纖維素類生物質主要指各種植物殘體及其利用過程中產生的固體廢棄物，包括農作物秸稈、薪炭林、林業廢棄物等。植物的細胞壁主要由纖維素、半纖維素和木質素構成，對細胞起著保護作用。細胞壁中的半纖維素和木質素通過共價鍵連接成網絡結構，纖維素束鑲嵌在其中。圖3-1為植物細胞壁構成示意圖。纖維素是由葡萄糖單糖分子聚合成的大分子，只是糖苷鍵構象不同，為β-1，4-葡萄糖苷鍵，經水解成為葡萄糖單糖。

不同生物質中纖維素、半纖維素和木質素的含量不同，表3-1中給出了部分生物質原料的組成。通常，纖維素是最大的組成部分，占總質量的40％～50％，半纖維素占20％～30％，木質素占20％～30％。

3.1.1　林業資源

全球森林生物質產量約占全部生物量的45％，林業生物質資源不僅是廣大農村的主要能源來源，而且是現代無污染清潔能源的載體。發展林業生物質能源不僅能緩解農村能源短缺問題，增加經濟收入，提高生活水平，還能保護森林資源，改善生活狀態。作為五大林種之一的薪炭林是林業生物質能的主體，而在森林撫育、采伐和木材加工過程中所產生的剩余物、小徑木、廢材等也是重要的林業生物質能資源。林業生物質資源帶來的效益是多方面的，作為能源利用，它是一種高度清潔的能源，是減少溫室氣體排放、防止全球環境惡化的一種科學選擇，其顯著特點在于資源和環境雙贏，以及生態、經濟、社會效益的協調統一。大力發展林業生物質能資源，既可顯著增加森林資源，又可以提供豐富的清潔能源。據不完全統計，中國每年可以從林木采伐和木材加工過程中獲得約4000萬噸的剩余物。

薪炭林在解決農村能源危機中，起到了至關重要的作用。所以，要解決農村能源短缺，降低低價值消耗，有效保護其他林種，就必須大力發展薪炭林。近幾年來，世界營造薪炭林的規模在擴大，速度在加快，而且對于薪炭林資源的利用也不再局限于燃燒。近十年來，美國、瑞典等發達國家在林業生物質能轉換技術方面都取得了新進展，無論是熱化學轉換技術，還是生物學轉換技術和木質燃燒發電技術，均已取得了成熟的經驗，林業生物質能源已被視為生產無污染清潔能源的發展方向。而我國僅留在直接燃燒方式的改革方面，如節能省柴灶等，很少研究林業生物質能源轉換，技術滯后。

在我國可獲得的林木生物質資源種類主要是薪炭林、平茬灌木、經濟林和城市綠化修枝、油料樹種果實等。科學家們估算，每年可產生的生物質有8億～10億噸，其中，可作為能源利用的不少于3億噸，如果3億噸全部開發利用的話可替代2億噸標準煤，這樣就能夠減少目前1/10的化石能源的消耗。據統計，我國現有400多萬公頃薪炭林，每年可獲得1億多噸的薪柴。在未來20年內我國計劃再投資建設1600萬公頃薪炭林，屆時每年將生產3億多噸的薪柴。

薪炭林在林業發展中有著舉足輕重的作用，如何使薪炭林得到深度開發和廣泛利用，進而實現薪炭林生長、經濟效益、社會效益的有機統一，是今后薪炭林發展的主要任務。薪炭林有天然林，也有人工林，作為生物質能資源的主要為人工林。

我國薪炭林的發展速度慢，年均新造薪炭林面積僅占人工造林面積的1.3％。所以應加大薪炭林的比例，積極營造速生的、短輪伐期的薪炭林，使這一潔凈能源成為農村經濟的增長點，從而有效地保護其他林種。

我國是一個多山的國家，全國山地面積約占國土面積的70％，而且氣候、土壤、地理條件都適宜發展薪炭林，自古以來就有很高的森林覆蓋率，并有極其豐富的森林植物資源。加快發展林木生物質能源是有效補充我國能源、改善和保護生態環境的戰略舉措，對維護我國能源安全、改善能源結構將發揮重要的作用。我國發展林業生物質資源的特點：

（1）樹種豐富　我國適合規模化發展林木生物質能的樹種資源比較豐富，僅鄉土樹種就多達幾十種。這些樹種有的適合作為燃料用于發電，如刺槐、黑荊樹、檸條、沙棘等；有的適合開發生物柴油，如麻楓樹、黃連樹、烏桕、文冠果、油桐、石栗樹、光皮樹等。

（2）資源豐富　根據目前的科學技術水平和經濟條件，可獲得的林業物質資源種類為薪炭林、平茬灌木、經濟林、城市綠化修枝、油料樹種果實和林業“三剩”物（采伐剩余物、造材剩余物、加工剩余物）等。

（3）潛力巨大　和其他生物質能源相比，林木生物質資源發展不占用耕地，發展空間廣闊。目前，我國尚有5400多萬公頃宜林荒山荒地可用于發展能源林。此外，還有大量的鹽堿地、沙地以及礦山、油田等復墾地適宜種植特定能源樹種，如檸條、沙柳等灌木。這些邊際土地資源，經過開發和改良，可以變成發展林木生物質能源的“綠色油田”“綠色煤礦”，用以補充我國未來經濟發展對能源的需求。

3.1.2　農作物秸稈

我國是農業資源非常豐富的國家，農作物秸稈是主要的生物質資源之一。我國農作物秸稈年產量接近7億噸，可獲得系數為85％，而農業加工業的廢棄物則高達8000多萬噸。考慮到農作物秸稈可獲得性的特點，預計中國農業生物質資源可轉為能源的農作物秸稈資源量約為3億噸，折合標準煤為1.5億噸。

在我國，農作物秸稈資源主要集中在內地的糧食產區，如華北、東北、華東和華南等地區。農作物秸稈主要作為適燃燃料、飼料、肥料和工業原料。據不完全統計，在2010年農作物秸稈6.84億噸總產量中，其中約有31.9％，即2.18億噸的秸稈被用作飼料；約有15.6％，即1.07億噸被用作肥料；約有2.6％，即0.18億噸用作種植食用菌基料；約有2.6％，即0.18億噸的秸稈被用作工業原料；約有47.2％，即3.23億噸農作物秸稈可以作為能源用途（表3-2）。

近年來，由于農村地區經濟的發展和生活水平的提高，人們的消費觀念、消費方式發生了巨大的改變，為追求高質量的生活標準，以及常規能源市場開放，農民已有條件和能力使用煤炭等礦物能源，秸稈不再是農民能源消費的唯一選擇，大量的剩余秸稈被遺棄在田間地頭，有些地區直接將秸稈在田頭焚燒，既浪費資源，又嚴重污染環境。農作物秸稈隨地焚燒、污染環境，已成為社會普遍關注的問題。成都雙流機場和石家莊機場就曾因大量焚燒秸稈，造成集中污染，大氣能見度降低，致使上述兩個機場飛機停飛，引起了中央領導和有關主管部門的高度重視。