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陳媛，俞少君
（南京林業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，南京210037）
摘要：為了有效控制二氧化碳等溫室的吸收和排放，人們將目光從傳統(tǒng)的化石能源轉(zhuǎn)向了林木生物質(zhì)能源。通過(guò)分析當(dāng)前林木生物質(zhì)能源的資源與技術(shù)水平現(xiàn)狀，并結(jié)合森林固碳和林木資源的替代減排作用，從生命周期分析角度，闡明了林木生物質(zhì)對(duì)二氧化碳等溫室氣體減排方面的重大作用，林木生物質(zhì)能源可有效減少溫室氣體的排放。
隨著化石能源的枯竭，發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)高效率能源利用的要求也逐步提高。根據(jù)能源部和政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)（IPCC）的數(shù)據(jù)，當(dāng)前世界所使用的可再生能源77%來(lái)自生物質(zhì)能源，而林木生物質(zhì)能源占生物質(zhì)能源的87%[1]。所以伴隨著世界經(jīng)濟(jì)新一輪產(chǎn)業(yè)革命的到來(lái)，以低碳環(huán)保為目標(biāo)的林木生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)一定會(huì)在能源發(fā)展的經(jīng)濟(jì)格局中占據(jù)重要位置。同時(shí)，發(fā)展能夠替代高污染化石能源的林木生物質(zhì)能源可以提高資源利用率，加強(qiáng)森林生態(tài)系統(tǒng)的抗氧化和碳匯作用，實(shí)現(xiàn)二氧化碳等溫室氣體的減排。
1林木生物質(zhì)的發(fā)展現(xiàn)狀
1.1資源現(xiàn)狀
與全國(guó)第七次森林資源普查相比，第八次的全國(guó)森林面積凈增長(zhǎng)了122.3億㎡，覆蓋率提高了1.27%，覆蓋率提高了1.27個(gè)百分點(diǎn)，其中人工林面積增加了76.4億㎡，居全球首位。目前，全球主要使用林木資源中的木質(zhì)資源、木本油料和淀粉植物，而我國(guó)主要使用木質(zhì)資源和木本油料。木質(zhì)資源在我國(guó)含量分布廣泛，加工技術(shù)較為純熟，利用率是化石燃料的10倍，廣泛應(yīng)用于發(fā)電和氣化。木本油料是較好的物柴油原料，雖然在我國(guó)分布面積較廣但加工技術(shù)相對(duì)落后，因此在“十一五”“十二五”之后，該原料的開(kāi)發(fā)利用被特別確定為未來(lái)能源發(fā)展的重點(diǎn)之一叫截至2016年底，以木本油料為原料的生物柴油能源示范基地已經(jīng)超過(guò)8.4億㎡，果實(shí)產(chǎn)量已經(jīng)超過(guò)1000萬(wàn)t。
1.2技術(shù)水平現(xiàn)狀
林木生物質(zhì)能源可以作為生物液體燃料的原料來(lái)源，同時(shí)也可以用于生物質(zhì)發(fā)電和制取生物質(zhì)成型燃料。目前林木生物質(zhì)能源的轉(zhuǎn)換技術(shù)已較為成熟，并逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。一些發(fā)達(dá)國(guó)家已建立了一套綜合技術(shù)系統(tǒng)以更好地開(kāi)發(fā)利用林木生物質(zhì)能源，其中熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)和木煤混燃利用技術(shù)已在瑞典等國(guó)家得到了廣泛應(yīng)用叫目前我國(guó)對(duì)于林木生物質(zhì)能源的轉(zhuǎn)化利用技術(shù)已經(jīng)獲得了許多科技上的創(chuàng)新，2013年，南京林業(yè)大學(xué)、河北豐寧宏森木業(yè)有限公司等五家科研單位針對(duì)林木高含水率碎料的分選問(wèn)題，共同研發(fā)出了可同時(shí)進(jìn)行多輥式鉆石篩選和比重力分析的清潔生產(chǎn)技術(shù)，大大提高了生物質(zhì)燃料產(chǎn)品的質(zhì)量和設(shè)備的使用壽命，降低了能源的耗用量。能源轉(zhuǎn)化技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，調(diào)整和優(yōu)化了我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了林木生物質(zhì)能源的產(chǎn)業(yè)化和市場(chǎng)化發(fā)展。
2林木生物質(zhì)對(duì)二氧化碳減排的作用機(jī)制
2.1森林固碳
森林資源是林木生物質(zhì)資源系統(tǒng)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)[4]。森林在進(jìn)行光合作用時(shí)，大量吸收二氧化碳和水分，并將其以生物質(zhì)的形式留存在樹(shù)木體內(nèi)，這種能力和過(guò)程就是森林固碳效應(yīng)[5]。由于森林被普遍視為陸地生態(tài)系統(tǒng)中容量巨大的碳儲(chǔ)存庫(kù)，在降低二氧化碳等溫室氣體濃度方面能起到十分重要的作用，因此增加森林密度和碳匯量是減緩二氧化碳含量快速上升的較好方法之一[6]。
根據(jù)植物光合作用方程式：
太陽(yáng)能（28.3kj）+CO2（264g）+H2O（108g）→葡萄糖（180g）+O2（192g）→（162g）
可知，每生產(chǎn)162g干物質(zhì)（多糖）就需要吸收約264g二氧化碳叫換句話說(shuō)，在光合作用的條件下，二氧化碳通過(guò)吸收碳而成為木材的主要成分，同時(shí)氧被大量還原出來(lái)成為空氣的主要組成部分。
國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)森林固碳能力的估測(cè)方法做了大量研究，主要可以分為3類(lèi)：樣地清查法、模型模擬法和遙感估測(cè)法[8]。樣地清查法主要根據(jù)樣地生物量的觀測(cè)數(shù)據(jù)推算碳儲(chǔ)量，種類(lèi)較多，是最傳統(tǒng)的估算方法，包括生物量法、蓄積量平衡估算法和植物碳儲(chǔ)量估算法。模型模擬估算法主要建立在數(shù)學(xué)模型上，適用于理想土地利用條件下森林生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力和碳儲(chǔ)量的評(píng)估模型，包括生產(chǎn)力碳儲(chǔ)量平衡估算模型、生物森林生理科學(xué)模型、生物森林地理科學(xué)模型和森林生物地球化學(xué)模型。遙感估測(cè)法主要是將通過(guò)遙感技術(shù)獲得的植被參數(shù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相結(jié)合，進(jìn)行較大型森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量的動(dòng)態(tài)估算，并分析其空間變化的意義。此外應(yīng)用較多的固碳估算方法還有渦旋相關(guān)法、箱式法[9]。
森林生態(tài)系統(tǒng)中地上部分的固碳主要是靠森林植被完成的，不同林分的固碳能力也有區(qū)別。2011年，馬煒等人對(duì)黑龍江長(zhǎng)白落葉松人工林的固碳釋氧效益進(jìn)行了估算，結(jié)果表明不同林齡長(zhǎng)白落葉松人工林的碳儲(chǔ)存能力大小依次為：未成林＜幼齡林＜成熟林＜近熟林＜中齡林[10]。2019年，滿秀玲等人研究了大興安嶺地區(qū)白樺林的固碳能力，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：其喬木層和土壤層碳含量與林齡正相關(guān)，凋落物層碳含量與林齡負(fù)相關(guān)，而灌木層和草本層碳含量隨林齡的增加先降后升[11]。
2.2林木生物質(zhì)能源的替代減排
與化石燃料相比，林木生物質(zhì)能源是可再生的，污染小，燃燒時(shí)釋放的溫室氣體量普遍小于化石燃料[12]。全球一次能源的生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)目前以煤炭等化石燃料為主，根據(jù)2013年BP公司的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)：中國(guó)煤炭的消費(fèi)占一次能源消費(fèi)的67.5%，這使得中國(guó)成為世界上主要的碳排放國(guó)家之一。在世界性的氣候變化會(huì)議上，針對(duì)全球氣候變化問(wèn)題，中國(guó)均以大國(guó)的身份承擔(dān)溫室氣體減排的責(zé)任。如果長(zhǎng)期依賴(lài)不可再生且污染性較高的化石燃料，全球終將面臨嚴(yán)重的氣候變化的問(wèn)題和能源危機(jī)。生物質(zhì)能源作為世界上的第四大能源，是替代化石燃料的良好選擇。
林木生物質(zhì)能源不同于傳統(tǒng)的化石能源，主要通過(guò)熱化學(xué)、物理、生化等方法，將儲(chǔ)存在樹(shù)木和土壤中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成其他能量并投入應(yīng)用，這樣可以有效減少二氧化碳等溫室氣體的排放[13]。對(duì)于林木生物質(zhì)能源替代化石能源潛力的估算，多數(shù)學(xué)者是采用林木生物質(zhì)與標(biāo)煤的替代比例估算替代量。2009年，李順龍等人根據(jù)第六次全國(guó)森林資源清查計(jì)算得出，我國(guó)每年可獲得的林木生物質(zhì)能源中，超過(guò)3億t的林木生物質(zhì)可作為能源，可替代2億t標(biāo)煤，進(jìn)而減少二氧化碳的排放量高達(dá)4.26億t[4]。
2.3生命周期評(píng)價(jià)
生命周期評(píng)價(jià)（LCA）是評(píng)價(jià)某種產(chǎn)品、工藝過(guò)程或活動(dòng)，從原材料采集到產(chǎn)品的生產(chǎn)、運(yùn)輸、銷(xiāo)售、使用、最終處理和回收循環(huán)利用整個(gè)生命周期系統(tǒng)有關(guān)的環(huán)境負(fù)荷的過(guò)程[15]。
Carly whittaker等人運(yùn)用生命周期評(píng)價(jià)分析了將英國(guó)森林砍伐剩余物作為生物質(zhì)能源利用時(shí)對(duì)化石能源的需求和溫室氣體排放的情況，主要集中于將砍伐剩余物從森林運(yùn)出并作切碎處理運(yùn)送這一生命過(guò)程，結(jié)果表明用林木剩余物以碎片形式生產(chǎn)1t林木生物質(zhì)，可以替代0.5t的煤炭和0.3t的天然氣，且分別可減少96%和94%的溫室氣體排放。
2.4林木生物質(zhì)能源的碳流動(dòng)
農(nóng)林生物質(zhì)能源可以部分地通過(guò)固碳來(lái)減少二氧化碳的排放，在固碳和生產(chǎn)生物質(zhì)燃料方面具有很大的潛力。
林木生物質(zhì)作為能源進(jìn)行碳元素輸入輸出的過(guò)程，在循環(huán)角度來(lái)看，其利用能夠?qū)崿F(xiàn)零排放。
3結(jié)論
森林系統(tǒng)具有固碳的作用，是吸收并減少空氣中二氧化碳的主要途徑，在固碳量以及固碳價(jià)值評(píng)估方面，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者進(jìn)行了探究，通過(guò)有效的森林管理實(shí)現(xiàn)森林資源的可持續(xù)利用，實(shí)現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的外部性。同時(shí)，世界面臨著化石燃料枯竭的威脅，林木生物質(zhì)能源的替代性具有較大優(yōu)勢(shì)。此外，林木生物質(zhì)能源可以作為原材料用于發(fā)電或制取乙醇等多種液體燃料，同時(shí)可以制成生物質(zhì)成型燃料。而從生命周期分析角度來(lái)看，與化石能源相比，利用生物質(zhì)能源可有效減少二氧化碳等溫室氣體的排放，對(duì)實(shí)現(xiàn)全球二氧化碳減排的目標(biāo)做出了重大貢獻(xiàn)。且從長(zhǎng)期循環(huán)角度來(lái)看，其二氧化碳的排放是零。
介于林木生物質(zhì)對(duì)二氧化碳等溫室氣體減排的有效性，我國(guó)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)林木生物質(zhì)能源的重視程度[17]。一方面，相關(guān)部門(mén)應(yīng)該加大對(duì)林木生物質(zhì)的宣傳，鼓勵(lì)更多更好地培育林木生物質(zhì)資源。另一方面，學(xué)校和研究機(jī)構(gòu)應(yīng)該重視林木生物質(zhì)能源利用的技術(shù)革新，提高利用率。此外，政府可以完善相關(guān)法律法規(guī)，加快發(fā)展清潔能源，以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)[18-19]。
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