技术报告:非洲竹生物能源生产综述

非洲拥有竹林面积720 万hm2，但竹子在生物能源方面的利用较少。《非洲竹生物能源生产综述》(Synthesis Review of Bamboo Bioenergy Production in Africa) 是国际竹藤组织(INBAR) 的一份技术报告。该报告介绍了目前适用于竹生物能源生产的技术及其在非洲和世界各地成功实践的案例； 同时，基于INBAR 非洲各成员国的国情，提出了推动非洲各国将竹生物能源生产纳入主流的建议。该报告可在国际竹藤组织官网下载: https://www.inbar.int/resources/inbar ＿ publications/synthesis-review-of-bamboo-bioenergy-productionin-africa/。

1 竹生物能源生产技术及其成功实践

生产竹生物能源的技术主要有直接燃烧、热解、气化、生化转化和颗粒化。燃烧是利用生物质提供热能和电能的最常用且成熟的技术，该技术多用于传统小型炉灶(能效非常低)、改进型炉灶、设计精良的工业设备(能效更高) 和发电厂。报告中详细介绍了非洲国家利用燃烧技术生产竹生物能源的情况，重点介绍了具有不同等级和燃料类别的改进型炉灶。

热解是生物有机材料在温度350～600 ℃、无氧条件下的热分解过程。热解过程的产物为炭(固相)、可冷凝热解油(液相) 和不可冷凝气体(气相)。竹材在低升温速率、高停留时间和中等温度下，发生缓慢热解，主要产物为竹炭； 在高升温速率、低停留时间和高温下，发生快速热解，主要产物为生物油。慢速热解技术因其工艺简单而被广泛应用。在非洲，大多数竹炭是在露天矿坑中生产，该方式会产生大量空气污染物。为了克服这一缺点，竹炭商业化生产通常采用机械化窑，如金属窑。为提高竹炭能量密度，并具有低烟特性，通常将竹炭压缩为颗粒或者型煤，其中后者最受欢迎。型煤可以是圆柱形压缩块，也可以是各种尺寸的独立压制砖。在非洲，一些国家已开始生产竹炭块。2009—2013年，INBAR 与欧盟在埃塞俄比亚和加纳实施了“竹子作为非洲可持续生物能源”项目。该项目通过在2 个国家开展竹子种植、竹林管理、薪柴利用、竹炭制备、竹炭块制作和改良炉灶生产等方面的培训，成功引进了中国竹生物能源生产技术。目前，在这2 个国家中生产竹生物能源的小型企业越来越多。

气化是生物有机物在高温、缺氧条件下发生的热化学转化过程。气化过程所产生的气体(合成气) 可被引至发电机发电。在非洲，该技术主要用于电力匮乏的离网地区供电。除此以外，生物化学转化也是能量转化的一种途径，是利用不同的微生物菌株对生物质中所含的糖或其他成分进行发酵，将其转化为乙醇、甲烷和其他燃料。与竹炭生产相比，非洲国家用于发电的气化技术还不成熟，但也有许多成功的试点经验，如马达加斯加的25 kW 的气化炉。

生物质颗粒是许多行业和欧洲市场首选的一种能源形式，用于区域供暖系统。生物质造粒过程包括许多步骤，从原料预处理、造粒，到最后的后处理。报告中详细介绍了该技术的工艺工程。

2 推动非洲将竹生物能源生产纳入主流的建议

该报告对于如何帮助非洲各国将竹生物能源生产纳入主流给出了建议的措施。为评估建议的措施可能对INBAR 非洲成员国产生的影响，根据各国的国情进行了分类，并建立了情景预测模型。

2.1 INBAR 非洲成员国分类

非洲有20 个INBAR 成员国，各国的竹资源量不同，对生物能源的需求也存在差异。尼日利亚、埃塞俄比亚、喀麦隆和马达加斯加是非洲竹子种植面积最大的国家。非洲国家出口的竹制品主要是家具、座椅等，INBAR成员国中仅有12 个国家有竹炭出口贸易，其中尼日利亚的份额最大。与发达国家相比，非洲地区的能源尚不足以满足其需求。有6 亿多人无电可用，数百万人连接不到可靠的电网。非洲大多数国家的电力接入率为25%～50%，约有6 个国家的接入率低于25%。报告中详细分析了非洲各国的竹资源面积、竹产品出口情况以及能源生产与消费现状。

根据调研结果，基于成功竹业企业(竹生物能源或工业化竹产品) 的经营情况，将INBAR 非洲成员国分为2类: A类和B 类。A类国家是指拥有成功竹业企业的国家，具体包括埃塞俄比亚、加纳、肯尼亚、马达加斯加、尼日利亚、坦桑尼亚、乌干达； B类国家是指缺乏成功竹业企业的国家，具体包括贝宁、布隆迪、喀麦隆、中非共和国、刚果、厄立特里亚、利比里亚、马拉维、莫桑比克、卢旺达、塞内加尔、塞拉利昂、多哥。通过深入分析每一类别下每个国家在竹生物能源方面的潜力，报告认为，有些因素可以使一些国家比同一类别下的其他国家发展的更快，因此将每个类别的国家再分为2 个子类别，考虑的因素包括: 现有竹林面积、非竹炭产品出口量、非竹炭产品国内消费量、REDD＋的可用性、净零碳承诺、乙醇承诺、电力接入率、承诺的造林面积、工业化竹产品现状、油气业现状以及水泥业现状。基于这些因素，通过评分法又将A 类国家分为A－1和A－2子类，B类国家分为B－1和B－2子类。报告详细给出了国家分类所考虑的具体因素。

2.2 推动竹生物能源主流化建的干预措施

为加快非洲各国竹生物能源的发展，报告建议了2 大类干预措施:“解锁”(Unlocks) 和“支持”(Supports)。“解锁”措施是指为一些深层次的问题提供解决方案，以消除竹生物能源发展的瓶颈；“支持”措施是指如果与“解锁”措施一起应用，将有助于加快竹生物能源发展。报告建议了13 项“解锁”措施和8 项“支持”措施。

2.2.1 解锁措施

措施1，竹产业的不断壮大会带动竹生物能源的发展。竹加工过程中产生大量废弃物，这些废弃是生产生物能源的理想原料，或产生竹炭、竹炭型煤，或用作锅炉或发电机的燃料来源。埃塞俄比亚已建有2 家这类的生产厂。因此，支持竹加工业发展，不仅会带来积极的经济、社会和环境效益，还将带动竹生物能源的发展。

措施2，出台政策，为来自竹子和其他可持续资源的炭产品提供市场优势。木炭是非洲国家的主要燃料来源，有些国家也出口木炭，加强对木炭行业的监管，可降低森林砍伐率，并将其对环境和社会的负面影响(如空气污染和土壤侵蚀) 降至最低。建议非洲各国效仿埃及的做法，将木炭生产由“露天矿坑”改为“机械化窑”。

措施3，支持可持续炭产品的生产与出口，以满足欧盟市场对可持续炭产品的需求。欧盟已宣布到2030 年实现至少减排55%、到2050 年实现碳中和的目标。根据欧盟2019 年颁布的一项法令，木炭已被批准用作有机农业的肥料和土壤改良剂。因此，非洲决策者应颁布并实施相关政策和行动计划，以促进和鼓励竹炭生产并将其出口到欧盟，这将对当地经济产生积极影响，也将对竹炭价值链的所有从业者产生重大的社会经济效益。

措施4，保障投资者种植竹子的土地供应。调研发现，当竹子原料供应能够得到保障时，竹生物能源项目就可盈利。非洲决策者可借鉴中国土地使用权制度改革取得的成功经验，重新审视当前的土地使用权制度，开发有吸引力的土地利用模式，将竹林租赁给农民或投资者，而不需要提供任何担保。这将有利于非洲竹产业的全面发展，特别是竹生物能源的发展。

措施5，开发有利于小型竹生物能源企业家的融资机制。对于非洲小企业家来说，商业银行的贷款利率较高而无法获得。加纳的“富达银行青年企业家”倡议下的“橙色角落创新基金”为应对这一挑战提供了成功的经验借鉴。除“橙色角落创新基金”外，富达银行还重点支持年轻企业家，为中小微企业提供10%年利率的贷款。荷兰政府愿意在其他几个非洲国家推广这一做法。因此，建议非洲决策者与荷兰政府和其他捐助方协调，制定更大规模的类似方案，并能提高每个受益人的资助上限。

措施6，开展竹子种植和生物能源项目，支持全球实现净零目标。为实现净零排放，大型碳排放国(如美国和欧盟) 需要大幅减排，并通过资助其他国家的绿色项目来抵消其剩余的排放量。鉴于竹子在缓解气候变化方面的巨大潜力，非洲国家可以通过在专门用于土地恢复和再造林的地区种植竹子来支持全球实现净零目标。同时，考虑到可以种植竹子的面积很大，非洲国家可以引进愿意开发大规模竹制乙醇的国际投资者，并将生产的乙醇出口到有生物乙醇混合承诺的国家。大面积的竹子还可促进在缺乏电力供应的非洲农村地区建造分散式发电厂。这些地方项目将通过替代化石燃料进一步减少温室气体排放。再者，大面积的竹子将有助于推动非洲竹加工业的规模化发展； 这将进一步替代木质产品，从而减少森林砍伐，进一步减少温室气体排放。因此，建议非洲决策者尽快启动与发达国家政府就这一概念及其实施手段进行高级别讨论。

措施7，利用《联合国气候变化框架公约》 REDD＋基于结果的付款来增加竹子种植面积。鉴于竹子的高固碳潜力，种植竹子可帮助非洲国家实现其REDD＋目标。因此，建议非洲各国将竹子纳入相应的战略和行动计划，这无疑将有助于促进竹产业和生物能源的发展。

措施8，将分散的竹生物能源项目纳入相关的“基于结果的融资”(RBF) 计划。能源发展(EnDev) 计划是与能源相关的RBF 计划中最成功的一个，该计划于2013—2020 年在多个国家开展，其中包括8 个INBAR 非洲成员国，销售的相关产品是改良的炉灶和迷你电网。因此建议非洲决策者与德国国际合作公司(GIZ) 协调，为该计划制定下一阶段的计划，重点放在燃料方面，包括可用于高级炉灶的多种替代燃料来源(如竹子)。

措施9，最大限度利用碳金融资源开发一揽子小规模项目。非洲国家需要利用碳市场为小型竹生物能源项目(主要是竹炭或分散式发电) 提供资金。由于开发碳项目的交易成本较高，每个小投资者连续注册其项目并不经济。在此情况下，通常的做法是将一组类似的项目一起注册。这就需要政府组织(如环境部)、非政府组织或私人碳项目开发商通过与每个小规模投资者协调，牵头进行项目开发。

措施10，提高竹企业主关于业务发展和营销策略的能力。实地考察发现，有些企业主缺乏基本知识，不知如何营销其竹生物能源产品。因此，建议在相关公共机构监督下开展能力建设方面的公私合作。

措施11，利用“无烟炭”概念来推销竹炭蜂窝煤。现场调研发现，城市消费者特别喜欢无烟木炭(或低烟木炭)，他们在购买时不会太在意炭的原料来源。

措施12，为打开竹生物能源替代燃料的大门铺平道路。如果一个国家的林业部门不注重与能源部的替代燃料部门沟通，那么竹子将不会被纳入国家替代燃料行动计划，也就不会被纳入任何相关基金。因此，政府在这方面的协调至关重要。

措施13，提高公民和政府官员对竹子成功故事的认识。如果公民和政府官员有机会了解竹产品和生物能源产品在非洲和世界各地的成功案例，这将对竹产品的市场接受度产生重大影响，并可能创造全新的市场，从而推动竹产业和生物能源的发展。

2.2.2 支持措施

报告建议的支持措施主要涵盖发展环境、制度安排和协调机制3 个方面。发展环境方面的措施有1 项，即政府对可持续生物能源设备提供免税激励。制度安排方面的措施有3 项，即: 建立替代燃料和竹子的商业协会； 加强与中国和印度的合作； 以相关的非政府组织作为生物能源项目的实施实体。协调机制方面的措施有4 项，即: 支持大型碳排放企业将竹生物能源作为他们履行企业社会责任的一部分； 决策者将采用高产高效的炭窑纳入项目目标； 投资者应致力于生物能源原料的多样化； 政府每年采购竹制品，用于学校、政府大楼等设施，以提高民众对竹制品的信心。

3 提高竹生物能源生产的情景分析

根据对非洲国家的分类，为每个国家设定了2 类情景:“最大潜力情景”和“中等潜力情景”。对于每种情景，计算开发竹生物能源项目所需的总成本，同时计算相应的温室气体减排量； 按年计算，直到2040 年。对于每个国家的最大潜力情景将依据2 个关键点进行分析: 该国可种植竹子的最大面积和最大生物能源目标。对于A 类和B 类国家，最大年面积增长率分别设定为当前竹子种植面积的2.5%和1.5%。中等潜力情景下竹子种植面积假设是最大潜力的一个百分比，假设该百分比与该国在定义子类别时取相同的比例。如果该国实施建议的“解锁”措施和“支持”措施，就可以发挥其全部潜力。

对于设定的2 类情景，根据新种竹子用于生物能源的份额，提出了3 个子情景: 第1 个子情景，新种竹子全部用于生物能源项目(电力、乙醇和竹炭)； 第2 个子情景，新种竹子全部用于工业竹产品； 第3 个子情景，新种竹子一半用于生物能源项目，一半用于工业竹产品。对于设定的情景，前3 年(2022—2024 年) 用于种植竹子。在这3 年中，将建立发电厂，可从2025 年开始运营。假设乙醇生产在发电后2 年开始(即2027 年开始)。

对于设定的每一种情景，模拟结果表明，不同国家在温室气体减排量和投资成本方面存在巨大差异。产生这些差异的原因是由于假定的竹子种植面积和每个国家得分不同造成的。报告中详细给出了A 类和B 类国家在每种情景下的模拟结果。