森林能源及其产业化前景

文｜中国工程院院士、中国林业科学研究院研究员 王涛

鉴于森林能源研究、开发是一个新的领域，也是一项社会化的系统工程，因此，必须突破传统森林能源的范畴，从发展战略、技术保障、政策扶持和稳步发展等层面，推动森林能源的发展。

森林能源，又称木质能源，包括薪材、木炭和作为燃料用的其他木质产品。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，越来越被国际社会重视。实际上，现代森林能源的作用远远超出传统观念的范畴。随着科学技术的发展，新能源生产力度的加大，发展森林能源既是解决薪材短缺的关键，又是发展清洁能源的途径之一。森林能源的发展必须走可持续发展的道路，向集约经营和节约利用的方向发展，充分发挥其多功能、多效益，积极推动森林能源开发利用的现代化的进程。

世界森林能源发展趋势

几十年来，为了减少CO2排放量，保护生态环境，越来越多的国家，特别是发达国家重视生物能源的开发利用，森林能源的开发利用已成为世界各国共同发展的趋势。各国正在积极开展木质能源替代化石燃料技术的研究。许多发达国家木质能源转换新技术已成熟。木质能源从传统利用方式向现代化利用方式转变已是必然的发展趋势，主要采用生物化学、热化学、物理化学等工艺，生产用于工业、交通和商业部门的商品能源。它将林木所含的油脂转化成生物柴油，或将木质纤维或木本非食用淀粉转化为燃料乙醇，或利用木质做成固体和气体燃料，利用木质燃料发电。

森林能源现代化利用有着广阔的前景，但是它的发展仅仅处于起步阶段，发展的基础仍然相当薄弱。首先是对森林能源战略地位认识不足：尽管当今发展中国家农村生活用能源严重短缺，影响着农村经济的发展和生态环境的恶化，但是许多地区仍然没有把森林能源的开发利用摆在应有的位置上，没有纳入国家能源和森林发展计划，投资不足，缺乏经济扶持政策。其次是森林能源信息缺乏：鉴于薪材是一种初级生物能源，属非商品能源，一般农民是自采自用，很难统计。因此，各国木质能源的信息非常薄弱，给木质能源生产和利用以及对确定今后木质能源发展模式带来了困难。由于缺乏关于木质能源生产和流向的可靠数据，因此对确定今后木质能源供应、贸易、利用和代用等关键问题难以决策，因而，也就很难制订出一个符合各国国情的森林能源发展战略。

20世纪90年代以来，虽然发达国家如：美国、瑞典等国家森林能源转换技术方面都取得了进展，把森林能源作为生产无污染清洁能源的发展方向。但是，发展中国家却仅限于直接燃烧方式的改革，很少研究森林能源转换技术。所以，发展中国家森林能源转换技术非常滞后。

为了发展森林能源，世界不少国家正根据本国所面临的问题和经济发展战略的需要，制定出符合本国国情的政策，制定森林能源发展对策，推动森林能源的发展，许多先进国家都制定了生物能源规划。例如，芬兰1994年制定了《木质能源发展规划》，通过能源林栽培技术、节能技术和森林能源转换技术的研究，将森林能源这一古老传统的能源转化为现代、高效的清洁能源。一些国家还在财政、投资、信贷、税收、价格等方面给予优惠的政策，加以扶持。有些国家和国际组织还采取了集中资金支持优先发展项目的办法。

我国森林能源发展现状

我国是一个能源生产和消费大国，是薪材和木炭第二消费大国，仅次于印度。薪材在我国有着悠久的经营利用历史。但是，长期以来，农村能源和薪材资源利用严重浪费，森林过量樵采，不仅破坏了生态环境，而且严重制约着农村经济的发展。据专家估测，中国每年薪材消费量高达2.5亿吨标准煤，相当于3.69亿m3薪材，因而对森林资源造成很大的威胁。

根据现有森林薪材生产力对社会薪材需求承载度的测算，我国现有森林薪材生产力远远不能适应社会薪材的需求，社会实际需求已超出森林实际薪材生产量的85%以上，由于薪材消耗引起森林资源过量超限额采伐，虽然政府采取了一系列调控措施，但薪材在森林资源消耗中所占比例仍然居高不下，约占森林资源消耗的1/3，在全国森林资源消耗结构中仅次于商品材。大量木材作为薪材低价值消耗所造成的损失，严重地影响和制约着森林的合理利用和森林资源的增长。

实际上，林业生物质能的发展空间十分广阔。我国是一个人口大国,耕地总面积18.37亿亩，以农产品为原料生产生物质能是不可能的。但43亿亩的林地(其中有林地27亿亩)不仅有着丰富的森林能源，也存在着广阔的森林能源发展空间。据初步估算，我国现有林木生物质总量约178.86亿吨，需采伐更新的林木生物总量约40.5亿吨，可产生采伐剩余物生物量约16.2亿吨。现有4529.68万公顷（6.795亿亩）的灌木林、303.44万公顷（4552万亩）的薪炭林和采伐、造材及木材加工等林业剩余物，每年可提供生物量为3.3亿吨，折合标准煤约2亿吨。如全部开发利用，能够减少目前1/10的化石能源消耗。此外，我国现有600多种常见的木本油料植物，淀粉植物、纤维植物品种繁多，这些植物抗逆性强、分布面积广，是我国木质能源的优良资源。

林产品作为木本生物质能的原料，不仅可以全面地发挥森林的多功能、多效益，还可以结合生态建设工程因地制宜地营造生态能源林基地，既可以利用树体保护生态，又可以为森林能源产业提供原料，保证了林业生态工程的可持续经营，也为林业产业的发展开辟了新的生长点。还可以增加农民收入，繁荣农村经济，对保障能源安全、保护森林资源和生态环境，促进农业和林业产业的发展和林业可持续经营将产生重要和深远的影响。

森林能源发展需突破传统

近年来，我国可再生能源发展受到高度重视，从政策和法律层面上，国家颁布了《可再生能源法》，提出《能源和再生能源中长期发展规划》，这为森林能源的可持续发展提供了政策的保障。在实践中，林业部早在20世纪90年代就下发了《关于下达1996年森林能源工程重点县生产计划的通知》和《全国森林能源工程“九五”实施计划》，此举标志着我国森林能源工程开始启动。

近十年来，我国森林能源的研究与开发虽然取得了一些进展，但还普遍存在对发展森林能源的认识不足。工作体系不健全，开发技术不成熟，相关政策、标准等保障措施不配套、技术标准未规范，市场管理混乱的状况，扶持生物质能源发展的政策尚未全面实施，致使森林能源的发展仍然呈滞后状态。

鉴于森林能源研究、开发是一个新的领域，也是一项社会化的系统工程，因此，必须突破传统森林能源的范畴，从发展战略、技术保障、政策扶持和稳步发展等层面，推动森林能源的发展。要在全面规划的基础上设立专项资金，扶持和促进森林能源的全面发展，在认真调查研究的基础上，做好组织协调和宏观调控，建立与之相适应的工作管理体系与科技支持体系；要在稳步推进森林能源的科研、示范及产业化建设的同时，加快建立国家级的质量监测系统，抓好产品研发与生产的标准化、系列化和通用化，加强技术监督和市场管理，规范市场活动，为森林能源技术的研发与推广创造良好的市场环境。把宏观调控和科学研究贯穿森林能源资源培育和开发利用全过程，增强我国森林能源企业的国际竞争力。

我国木本植物分布

新世纪正面临能源问题的严峻挑战，开发利用可再生能源是事关国民经济可持续发展、国家安全和社会进步的重大课题。生物质能源将成为未来能源的重要组成部分，主要通过生物质能发电和生物质液体燃料的产业化实现。实现生物质液体燃料产业化，需要丰富的可再生生物质原料的供应。据统计，生物质液体燃料制备成本的70%是原料成本，因此，寻求充足而廉价原料的供应，提高转化率，是生物质液体燃料产业化的关键。

能源植物包括生物柴油原料、生物酒精原料。这两类原料是一类贮存于植物器官中,经加工后，可以提取植物液体燃料的油性物质，淀粉和木纤维的能源植物，是一类含有能源原料成份的植物种(或变种)，是一类可再生资源。

中国现已查明的油料植物(种子植物)种类为151科697属1554种，其中种子含油率在40%以上的植物为154个种，分布广，适应性强，可用作建立规模化生物柴油原料基地的乔灌木种不足10种，分布集中成片可建作原料基地，并能利用荒山、沙地等宜林地进行造林建立起规模化的良种供应基地的生物柴油木本植物仅几种，以以下四种植物为例：

中国黄连木：漆树科、黄连木属。主要分布于：河北、河南、陕西、贵州等26个省(自治区、直辖市)。

文冠果：无患子科、文冠果属。主要分布于：河北、内蒙、陕西等14个省(自治区、直辖市)。

麻疯树：大戟科、麻疯树属。主要分布于：广东、海南、云南等7省。

光皮树：山茱萸科。主要分布于：江西、湖南、湖北等10省(自治区)。

中国木本燃料酒精原料资源丰富，可分为木本纤维植物和木本淀粉植物。木本淀粉植物，以栎类为例，我国各省均有分布，其中北方的蒙古栎、辽东栎等资源丰富，主要分布于内蒙古、辽宁、黑龙江、湖北等23省(自治区)。

木本纤维植物种类繁多，资源丰富，在全国均有分布，而纤维植物由于其加工技术还没完全解决，仍处于探索阶段。主要植物有沙柳、荆条、柠条、旱柳、刺槐、杨树、紫穗槐等。其主要分布在东北、华北、西北及长江流域各省。

森林能源发展前景——以“黄连木”为例

其一，黄连木的分布状况。中国黄连木属漆树科黄连木属,落叶乔木，雌雄异株，分布广、适应性强，耐干旱、盐碱、瘠薄，喜光、抗逆性强，是“四旁”绿化和荒山、滩地重要的造林树种，亦可作观赏树种，也是优良的油料及用材林树种，果实含油量35%左右，果肉含油率则达50%以上。是一种不干性油，可作工业原料或用作食用油。

在中国主要燃料油木本植物资源普查的基础上，对黄连木分布范围内的29个省(自治区、直辖市)进行了全面调查。通过调查与分析，提出了黄连木在我国的分布范围和分布规律，在此基础上，根据黄连木资源分布的特点和资源量，将黄连木分布区划分为四类，为黄连木采种基地的建立与能源林的发展奠定了基础。

黄连木有着极强的适应性，能够在中国大部分地区正常生长，分布区跨越北纬18°09′到40°09′，东经96°52′到123°14′之间的广大地区，在温带、亚热带、热带地区均能够正常生长,一般为零星分布，也有大面积的纯林或混交林。分布区的土壤母岩以石灰岩为主,土壤类型以褐土为主，对土壤要求不严格。黄连木在中国东部与西部的分布差异较大,东部地区的资源明显比西部集中。

黄连木的水平分布为东北－西南走向，呈连续或间断分布。其水平分布以云南潞西－西藏察隅－四川甘孜－青海循化－甘肃天水－陕西富县－山西阳城－河北顺平－北京西山为界。其天然次生林分布在该线以东、以南地区，而该线以西、以北地区较少见。

黄连木垂直分布的上限、下限与地理经纬度有关密切的关系，随着地理经纬度的增大，垂直分布的上限、下限均呈现逐渐降低的趋势。

黄连木一般分布于海拔2000m以下，其中以400～700m最多，只有少量黄连木分布于2000m以上的山地，而在海拔1～2m的沿海滩涂地带亦有黄连木分布。

黄连木遍布中国华北、华南、西南、华中与华东的广大地区以及西北部分地区，约有26个省(直辖市、自治区)有黄连木分布。根据黄连木在中国各地分布集中程度与资源数量，将黄连木分布区划分为四类：集中分布区、次集中分布区、零星分布区、沿海零星分布区。

其二，中国黄连木果实与种子经济性状。通过对黄连木不同分布区、不同林分类型内果实、果肉与种子含油率的分析表明：黄连木果实含油率在35%左右，果肉含油率在50%左右，种子含油率则较低。黄连木不同分布区的果实、果肉与种子含油率有一定的差异，集中分布区果实含油率最高，是发展黄连木能源林的最理想地区。

黄连木油脂中所含的脂肪酸主要包括7种,其中油酸、亚油酸、棕榈酸三种脂肪酸的含量之和占脂肪酸总量的95.73%。黄连木油脂脂肪酸碳链长度集中在C16～C18之间，由黄连木油脂生产的生物柴油的碳链长度集中在C17～C20之间，与普通柴油主要成分的碳链长度（C15～C19）极为接近，因此，黄连木油脂非常适合用来生产生物柴油。黄连木油脂中各种脂肪酸的含量在不同的分布区之间存在一定的差异，但并不十分明显。

2020年我国将需要1亿吨柴油。按目前国际通用B20柴油，即20%生物柴油与80%化石柴油混合比例计算，1万吨生物柴油可配制5万吨化石柴油，2010年我国的生物柴油市场需求量将达2000万吨。以黄连木为例，则需要果实原料约5000万吨。按1亩200公斤产量计(即1公顷产3吨原料)，则需要建立2.5亿亩(1666万公顷)的生态能源林。目前黄连木适宜分布区为25个省(自治区、直辖市)，根据全国第六次森林资源清查结果(1999～2003年)，共有宜林荒山、荒地、沙荒地4.5839亿亩(3055.93万公顷)，如果用来营造生态能源林基地2.5亿亩，则仅占宜林地面积的55%，每省平均造林1000万亩，造林空间还很丰富。

当前我国的林业生物质能源开发建设尚处于起步阶段，在资金投入、鼓励政策措施、生产技术上需要完善。未来，林业能源的发展一要作好森林能源木本生物质能资源普查，制定全国森林能源现代化发展规划；二要与林业生态和森林资源建设工程、农村经济体制改革与林业产业的发展结合起来；三要加强森林能源科学研究，建立起信息监测系统；四要提倡学科间、行业间、地区间的协作，加强项目的综合性与整合性，建立起以产业链为主体的科技支撑体系；五要加大资金投入、政策的支撑力度，加快国家标准的出台及市场准入体系的建立。我们相信，未来林业能源的发展空间将会非常广阔。

近十年来，我国森林能源的研究与开发虽然取得了一些进展，但还普遍存在对发展森林能源的认识不足，基础薄弱，工作体系不健全，开发技术不成熟，相关政策、标准等保障措施不配套、技术标准未规范，市场管理混乱的状况，扶持生物质能源发展的政策尚未全面实施，致使森林能源的发展仍然呈滞后状态。