1.4　生物质资源开发与利用现状

1.4.1　我国主要生物质资源开发利用现状

我国人口多，虽然可作为生物能源的粮食、油料资源很少，但是可作为生物能源的生物质资源有着巨大的潜力。如农作物秸秆尚有60％可用于能源用途，约合2.1亿吨标煤，有约40％的森林开采剩余物未加工利用，现有可供开发的生物质能源至少能达4.5亿吨标煤，同时还有约1.33亿公顷宜农宜林荒山荒地，可以用于发展能源农业和能源林业。发展生物能源产业，利用农林废弃物，开发宜林荒地，培育与生产生物能源资源，增加了农民的就业机会。

（1）传统生物质资源开发利用

①薪柴：薪柴是几个世纪以来人类所用的主要能源，它不仅可用于家庭，还可广泛运用于工业，我国每年能够提供薪柴总量达8860万吨，占农村生活用能的40％左右，包括的树种不只是薪炭林，其他材林、防护林、灌木林及周边散生林均可用作薪柴。

②农作物秸秆：作为世界农业大国，我国农作物种类很多，数量较大，水稻、玉米和小麦是3种主要的农作物，其生产的废弃物秸秆是我国主要的生物质资源之一，据统计目前全国每年各种农作物秸秆约为7亿吨，可生产的生物能源约为1.5亿吨标准煤，粗蛋白含量为2000万～2500万吨，相当于1亿吨标准生猪饲料中的粗蛋白含量。

③畜禽粪便：禽畜粪便也是一种重要的生物质资源，其资源量与畜牧业重要相关，除在牧区有少量直接燃烧外，主要是作为沼气的发酵原料。我国畜禽粪便资源大约为每年30亿吨，主要分布在河南、山东、四川、河北、湖南等养殖业和畜牧业较为发达地区，5省共占全国总量的39.50％，从构成上看，畜禽粪便资源主要来源是大牲畜和大型畜禽养殖场，其中牛粪占全部畜禽粪便总量的33.61％，猪粪则占总量的34.45％。

④生活垃圾：随着城市规模的扩大和城市化进程的加速，中国城镇垃圾的产生量和堆积量逐年增加，年增长率在10％左右，初步估计目前城市垃圾资源达2.5亿吨，主要由居民生活垃圾、商业垃圾、服务业垃圾、少量建筑垃圾等废弃物混合构成，垃圾热值在4.18MJ/kg（1000kcal/kg）左右，成分比较复杂，受居民生活水平、能源结构、城市建设、绿化面积以及季节变化的影响，有以下特点：一是垃圾中有机物含量接近1/3甚至更高；二是食品类废弃物是有机物的主要组成部分；三是易降解有机物含量高。

（2）现代生物质资源开发利用潜力　随着对化石能源开采出现的重大缺陷，人们逐渐认识到化石能源的有限性，以及大量的化石能源所造成的日益沉重的环境压力。在不久的将来，化石能源将不可避免地退出历史舞台，因此人类必须寻求新的替代能源，才能维持正常的生存条件，进入更加繁荣发达的未来社会，这一观念正在成为发展现代生物质能源的巨大推动力，专门为能源生产工业提供原料的现代生物质资源的概念正通过试验、示范逐步形成，其现代生物质能源工业技术也日趋成熟。

①薪炭林：以生产燃料为主要目的的林木，树种应该具有生长快、适应性和抗逆性强、热能高、易点燃、无恶臭、不释放有毒气体、不易爆裂等特点，据统计，我国现有400多万公顷薪炭林，每年约可获得1亿多吨高燃烧值（生物量）的薪材。未来20年国家将再投资建设1600万公顷薪炭林，届时每年将产生3亿多吨薪材。

②草本作物：甜高粱具有耐干旱、耐水涝、抗盐碱等多重抗逆性，素有“高能作物”之称，亩（1亩=666.7m²）产300～400kg粮食以及4t以上茎秆，茎秆汁液含糖量16％～20％，每16～18t茎秆可生产1t燃料乙醇。目前，全国高粱播种面积为800多万亩，其中甜高粱40万亩，高粱茎秆约250万吨；木薯种植面积约650万亩，总产量730万吨，可生产燃料乙醇约100万吨；甘蔗种植面积约2000多万亩，总产量为4000多万吨，主要用于制糖，所产生的副产品糖蜜350万吨，可生产燃料乙醇80万吨左右，折合标准煤110万吨左右。

③植物性油料作物：植物油本身可作为内燃机燃料，绝大多数油料作物都有非常强的适应性和适寒性，种植技术简单，植物油贮存和使用安全，现已对40种不同的植物油在内燃机上进行了短期评价试验，包括豆油、花生油、棉籽油、葵花籽油、油菜籽油、棕榈油、蓖麻籽油。我国油料作物的种植面积为1310万公顷，含油籽粒年产量2250万吨，主要为食用，已经对一些野生油料植物（光皮树）进行了能源利用研究。

④含碳氢化合物植物：有人建议直接从植物中生产汽油和其他碳氢化合物，我国在“十五”期间已开展绿玉树研究，试图培育出一种能够通过光合作用直接生产液体烃类燃料的植物。美国加利福尼亚的研究表明，可以从绿玉树中提取分子量非常接近石油的碳氢化合物和糖（副产品），在有灌溉条件下，每公顷土地每年可以获得2t油和5t糖。

（3）我国能源植物发展规划　根据国家林业局初步编制的《全国能源林建设规划》，到2020年，将建成能源林示范基地1000多万亩，使可耕能源林达到2亿亩，可以提供600多万吨生物柴油，满足1100多万千瓦装机容量发电厂的燃料需求。

重点在西南地区发展麻风树600万亩；在中北部地区发展黄连木375万亩；在中南部地区发展光皮树75万亩，在北部地区发展文冠果200万亩。

另外陕北、华东、中原等地区以及南方集体林区营造沙柳、沙棘、紫穗槐、刺槐、柽柳和栎类等灌木能源树种1000万亩。

1.4.2　国外能源植物的开发与利用

国际能源植物的研究工作始于20世纪50年代末至60年代初，发展于70年代，在80年代得以迅速发展。首先进入这一研究领域的是美国，自20世纪70年代后期开始，以美国加州大学诺贝尔奖获得者卡尔文博士为代表的研究小组从寻找可产生类似于石油成分的树种入手，集中研究了十字花科、菊科、大戟科、豆科、棕榈科等十几个科的大部分植物，分析了这些植物的化学成分，从中筛选了开发价值极高的续随子和绿玉树等树种进行栽培实验，开创了人工种植石油植物的先河，并在加州南部建立起石油植物林场，作了工业应用的可行性研究，提出通过营造“石油人工林”，生产可再生光合作用产品的设想。20世纪70年代以来，鉴于化石能源资源的有限性和环境压力的增加，世界上许多国家重新加强了对新能源技术和可再生能源技术发展的支持。在巴西，桉树已被广泛作为能源树种，能源用林的覆盖面积总计约为200万公顷。同时，很多国家大力开发甜高粱，选育序列良种并在生产中大面积推广运用，从经济角度研究了其可行性，甚至从法律上制定实施计划，这些做法为产业化应用铺平了道路。巴西先后育成了BR-500至BR-504以及BXH28-3-2、BXH34-3-1等许多优良品种，并开展了“国家甜高粱实验”计划，计划用2％的土地栽种甘蔗、木薯和甜高粱，用于生产酒精。阿根廷也在研究甜高粱作为一种糖料作物的栽培、种植、制糖和生产酒精的方法。

1981年在肯尼亚召开了国际新能源和可再生能源会议。英国、美国、日本、瑞典、巴西、俄罗斯等国都纷纷投入大量的人力、物力和财力，成立相关的研究机构，加大能源植物的研究力度，大面积种植能源植物并进行工业转化利用，其侧重点为产乙醇植物和燃料油植物。1986年美国率先开始人工种植石油植物。随后，英国、法国、日本、巴西、菲律宾、俄罗斯等国也不甘落后，相继开展了对石油植物的研究与应用，建立石油植物园这一全新的石油生成基地，人们还借助遗传技术培育新树种，采用更先进的栽培技术来提高产量。目前全球生物柴油的生产已具备一定规模，其中欧洲已成为全球生物柴油的主要生产地。1997年，全球的生物柴油生产量约为70万吨，其中大约60万吨由欧盟所生产，占全球产量的85％～90％。随着高科技的发展，一些石油植物的深开发研究已达到实用阶段，如木屑生产石油的转换率达到了70％，用蒸汽技术、蒸馏技术处理桉树，每公顷可提炼石油20多吨。目前，英国、美国等发达国家正在对已发现的40多种石油植物进行品种选择和质量优化工作，并准备尽快实行商业化生产。美国研究人员已获得了从大戟科、萝藦科、菊科、夹竹桃科、松科等植物中回收碳氢化合物的专利。目前美国种植的石油植物已扩展到数十万公顷，产量超过500万吨；英国也开发了10万公顷的石油植物；菲律宾种植了1.2万公顷的银合欢树，预计6年后可收获石油1000万桶；瑞士计划种植10万公顷石油植物，希望借以解决全国每年50％左右的石油需求量。全球目前开发利用的主要能源植物见表1-2。

石油不仅可以在陆地上种植，而且在海洋中也能够“种植”。科学家发现某些海藻中脂类含量达67％以上，并将这些海藻精炼成类似汽油、柴油等液体燃料用于发电的开发研究。美国能源部和太阳能研究所利用生长在美国西海岸的巨型海藻，成功地提炼出优质“柴油”；加拿大的科学家将单净菌和单紫菌进行混合培养能产生类石油烃类，他们在2.6km²的盐水池中每两天就能收获一次，一年可得到1200万桶燃油，目前他们正在用基因工程技术对这两种菌加以改造，可望产量能提高10％左右。这种生产方式与在漫长的地质过程中细菌分解生物体中的有机质并加工成石油的过程基本相同，只不过科学家用了几周的时间代替了几百万年的漫长岁月。目前，美国、英国、加拿大等国的科学家正在海洋上建立“海藻园”新能源基地，采用生物工程技术进行人工种植栽培，形成海藻规模生长，以满足发电站的需求。

欧美许多国家都结合本国特点制订了生物柴油发展纲要，在其推广使用上出台了相关的优惠政策；在公共区，严格限制机动车有害气体的排放量，有力地推动了生物柴油首先在公共区的使用。德国、法国、意大利、奥地利、比利时、美国、马来西亚等国家对投放市场的生物柴油都采取了免税政策或低税率政策以鼓励民众推广和使用生物柴油。