第3章　生物质原料植物资源

3.1　含纤维素类的生物质资源

纤维素是地球上最丰富的多糖化合物，广泛存在于有树干的植物中。有资料表明，全世界每年生产纤维素及半纤维素的总量为850亿吨，但部分还是以焚烧的形式被处理掉，这不仅造成大量资源的浪费，还造成环境污染。随着人口增长、粮食短缺、石油危机等问题的出现，利用生物技术将纤维素原料生物转化为各种能源产品具有重大意义。

纤维素类生物质主要指各种植物残体及其利用过程中产生的固体废弃物，包括农作物秸秆、薪炭林、林业废弃物等。植物的细胞壁主要由纤维素、半纤维素和木质素构成，对细胞起着保护作用。细胞壁中的半纤维素和木质素通过共价键连接成网络结构，纤维素束镶嵌在其中。图3-1为植物细胞壁构成示意图。纤维素是由葡萄糖单糖分子聚合成的大分子，只是糖苷键构象不同，为β-1，4-葡萄糖苷键，经水解成为葡萄糖单糖。

不同生物质中纤维素、半纤维素和木质素的含量不同，表3-1中给出了部分生物质原料的组成。通常，纤维素是最大的组成部分，占总质量的40％～50％，半纤维素占20％～30％，木质素占20％～30％。

3.1.1　林业资源

全球森林生物质产量约占全部生物量的45％，林业生物质资源不仅是广大农村的主要能源来源，而且是现代无污染清洁能源的载体。发展林业生物质能源不仅能缓解农村能源短缺问题，增加经济收入，提高生活水平，还能保护森林资源，改善生活状态。作为五大林种之一的薪炭林是林业生物质能的主体，而在森林抚育、采伐和木材加工过程中所产生的剩余物、小径木、废材等也是重要的林业生物质能资源。林业生物质资源带来的效益是多方面的，作为能源利用，它是一种高度清洁的能源，是减少温室气体排放、防止全球环境恶化的一种科学选择，其显著特点在于资源和环境双赢，以及生态、经济、社会效益的协调统一。大力发展林业生物质能资源，既可显著增加森林资源，又可以提供丰富的清洁能源。据不完全统计，中国每年可以从林木采伐和木材加工过程中获得约4000万吨的剩余物。

薪炭林在解决农村能源危机中，起到了至关重要的作用。所以，要解决农村能源短缺，降低低价值消耗，有效保护其他林种，就必须大力发展薪炭林。近几年来，世界营造薪炭林的规模在扩大，速度在加快，而且对于薪炭林资源的利用也不再局限于燃烧。近十年来，美国、瑞典等发达国家在林业生物质能转换技术方面都取得了新进展，无论是热化学转换技术，还是生物学转换技术和木质燃烧发电技术，均已取得了成熟的经验，林业生物质能源已被视为生产无污染清洁能源的发展方向。而我国仅留在直接燃烧方式的改革方面，如节能省柴灶等，很少研究林业生物质能源转换，技术滞后。

在我国可获得的林木生物质资源种类主要是薪炭林、平茬灌木、经济林和城市绿化修枝、油料树种果实等。科学家们估算，每年可产生的生物质有8亿～10亿吨，其中，可作为能源利用的不少于3亿吨，如果3亿吨全部开发利用的话可替代2亿吨标准煤，这样就能够减少目前1/10的化石能源的消耗。据统计，我国现有400多万公顷薪炭林，每年可获得1亿多吨的薪柴。在未来20年内我国计划再投资建设1600万公顷薪炭林，届时每年将生产3亿多吨的薪柴。

薪炭林在林业发展中有着举足轻重的作用，如何使薪炭林得到深度开发和广泛利用，进而实现薪炭林生长、经济效益、社会效益的有机统一，是今后薪炭林发展的主要任务。薪炭林有天然林，也有人工林，作为生物质能资源的主要为人工林。

我国薪炭林的发展速度慢，年均新造薪炭林面积仅占人工造林面积的1.3％。所以应加大薪炭林的比例，积极营造速生的、短轮伐期的薪炭林，使这一洁净能源成为农村经济的增长点，从而有效地保护其他林种。

我国是一个多山的国家，全国山地面积约占国土面积的70％，而且气候、土壤、地理条件都适宜发展薪炭林，自古以来就有很高的森林覆盖率，并有极其丰富的森林植物资源。加快发展林木生物质能源是有效补充我国能源、改善和保护生态环境的战略举措，对维护我国能源安全、改善能源结构将发挥重要的作用。我国发展林业生物质资源的特点：

（1）树种丰富　我国适合规模化发展林木生物质能的树种资源比较丰富，仅乡土树种就多达几十种。这些树种有的适合作为燃料用于发电，如刺槐、黑荆树、柠条、沙棘等；有的适合开发生物柴油，如麻枫树、黄连树、乌桕、文冠果、油桐、石栗树、光皮树等。

（2）资源丰富　根据目前的科学技术水平和经济条件，可获得的林业物质资源种类为薪炭林、平茬灌木、经济林、城市绿化修枝、油料树种果实和林业“三剩”物（采伐剩余物、造材剩余物、加工剩余物）等。

（3）潜力巨大　和其他生物质能源相比，林木生物质资源发展不占用耕地，发展空间广阔。目前，我国尚有5400多万公顷宜林荒山荒地可用于发展能源林。此外，还有大量的盐碱地、沙地以及矿山、油田等复垦地适宜种植特定能源树种，如柠条、沙柳等灌木。这些边际土地资源，经过开发和改良，可以变成发展林木生物质能源的“绿色油田”“绿色煤矿”，用以补充我国未来经济发展对能源的需求。

3.1.2　农作物秸秆

我国是农业资源非常丰富的国家，农作物秸秆是主要的生物质资源之一。我国农作物秸秆年产量接近7亿吨，可获得系数为85％，而农业加工业的废弃物则高达8000多万吨。考虑到农作物秸秆可获得性的特点，预计中国农业生物质资源可转为能源的农作物秸秆资源量约为3亿吨，折合标准煤为1.5亿吨。

在我国，农作物秸秆资源主要集中在内地的粮食产区，如华北、东北、华东和华南等地区。农作物秸秆主要作为适燃燃料、饲料、肥料和工业原料。据不完全统计，在2010年农作物秸秆6.84亿吨总产量中，其中约有31.9％，即2.18亿吨的秸秆被用作饲料；约有15.6％，即1.07亿吨被用作肥料；约有2.6％，即0.18亿吨用作种植食用菌基料；约有2.6％，即0.18亿吨的秸秆被用作工业原料；约有47.2％，即3.23亿吨农作物秸秆可以作为能源用途（表3-2）。

近年来，由于农村地区经济的发展和生活水平的提高，人们的消费观念、消费方式发生了巨大的改变，为追求高质量的生活标准，以及常规能源市场开放，农民已有条件和能力使用煤炭等矿物能源，秸秆不再是农民能源消费的唯一选择，大量的剩余秸秆被遗弃在田间地头，有些地区直接将秸秆在田头焚烧，既浪费资源，又严重污染环境。农作物秸秆随地焚烧、污染环境，已成为社会普遍关注的问题。成都双流机场和石家庄机场就曾因大量焚烧秸秆，造成集中污染，大气能见度降低，致使上述两个机场飞机停飞，引起了中央领导和有关主管部门的高度重视。