林业生物质能及其研发进展

第28卷第6期四川林业科技2007年12月Journal of Sichuan Forestry Science and Technolog林业生物质能及其研发进展费世民1,钱能志2,陈秀明,蔡小虎1,何亚平,徐嘉13(1.四川省林业科学研究院,四川成都610081;2国家林业局生物质能源办公室,北京1007143四川农业大学,四川雅安625014)擴要:本文概逑了生物质能源的相关概念及其分类,提出了林业生物质能源的概念及其类别,详蝈综述了国内外林业生物质能源研发进展,对推动目前林业生物质能源开发利用具有重要意义。关键词:生物质;生物质能源;林业生物质;林业生物质能源;研发中图分类号:S7932文献标识码:A文章编号:1003-5508(2007)06-0018-09Advances in Researches and exploitationof Forestry Bio-energy ResourcesFEI Shi-min QIAN Neng-zhi Chen Xiu-mingCAI Xiao-hu HE Ya-ping XU Jia,3(1. Sichuan Academy of Forestry, Chengdu, 610081: 2. National Bureau of Forestry, Beijing, 10007143. Sichuan Agricultural University, Ya-an, 625014)Abstract: In this article, a summary description is given of the related concepts and the classification ofthe bio-energy resources. The concepts and the category of the forestry bio-energy resources are put forward, and advances in researches and exploitation of the forestry bio-energy resources in domestic and a-broad are summed up in detail, theerefore having a great significance to exploiting and using the forestryKey words: Biomass, Bio-energy resource, Forestry biomass, Forestry bio-energy resource, Researches andExploitation有把“树木整体及其一部分加工以后形成的物质”等作为生物质定义的,故而没有严格的定义。根据1生物质和生物质能能量资源的观点,采用“一定积累量的动植物资源和来源于动植物的废弃物的总称(但不包括化石资生物质( Biomass=bi+mass)原本是生态学上源)”作为生物质的定义。直到20世纪末,生物质用来表示生物量(即生物现存量)的专业词汇,生物才作为一个专门概念提出和开始进行系统的产业化质超越生态学用语范围,变成含有“作为能源的生开发,因而在提出的角度、概念和内涵上不尽一致。物资源”意义是在石油危机以后,由于当时大力提般认为,生物质( biomass9主要是指可再生或循环倡替代能源,生物质的定义也变成“蓄有太阳能的的有机物质,包括农作物、树木和其他植物及其残体各种生物体的总称”,“用质量或能量表示的生物体(re目前学术上比较认可的生物质,主要是的量,或可以看作是能源或工业原料的生物体”,也指中国煤化工中CO2,把太阳光能CNMHG收稿日期:20070731基金项目:“十一五”国家科技支撑项目“西南地区麻疯树良种选育及规模化培育综合利用关键技术研究与示范作者简介:费世民(196-),男,博士,研究员,从事生物能源及森林生态等研究。费世民,等:林业生物质能及其研发进展转变成化学能并以(CH2O)n(碳水化合物)形式存产品形态可分为气体、液体和固体燃料等;按行业可储的有机物质。生物质具有可再生性,生物质资源分为林业生物质能源农业生物质能源、畜牧业生物极其丰富世界上每年生物质产量约1460亿t。质能源等,但目前尚未有正式的定义。生物质能( Biomass energ或 bio-energ)是以生2.1生物生态学上的生物质分类物质为载体的能量或从生物质获得的能量,是人类根据地球生态循环系统中的生存状态,一般分使用的最古老的能源。但常见到“生物能”、“生物为:生产者为植物,大型消费者(摄食营养者)为动质能”等混杂使用来表示这一相同含义,联合国粮物微型消费者(腐生营养者)为微生物。这种分类农组织(FAO)现在以“生物能”代替“生物质能”。不涉及对生物质能源的利用。根据物种生物形态分通过光合作用,绿色植物和海洋藻类每年可贮存6为陆生生物质包括林业生物质农业生物质,水生生1017kcal的能量,其有效利用率约为入射太阳能物质及废弃物生物质。的0.1%,合成的有机物(生物质)约2200亿t(折陆生生物质:包括糖质类(甘蔗、甜菜、甜高粱合1100亿t标准煤),相当于人类当前每年全部能等)淀粉类(玉米木薯、红薯等含淀粉类农作物和耗的10倍。栎、栗类等含淀粉类树种)、纤维类(农林植物)、烃生物质能源( Biomass energy resource或 bio-en-类(桉树、青珊瑚等)和油脂类(油菜、大豆、麻疯树ergy resource是指直接或间接来源于生物质的能油桐等)。可通过各种不同的转化途径,将这些取之不尽、水生生物质:包括淡水类、海洋类和微生物类用之不竭的生物质能量转化为电、热以及其它各种(如绿藻、光合细菌等)。形式的能源。其中包括木材、薪柴及森林工业废弃废弃物生物质:包括农业废弃物(麸皮、秸秆、物,农林作物,尤其是为了生产能源而种植的能源植食品加工残渣等)、林业废弃物(林地残余物、林产物农林有机残剩物食品加工和林产品加工的下脚品剩余物等)、畜牧废弃物(动物粪便、养殖场残渣料,城市固体废弃物,生活污水,动物粪便和水生植等),城市生活垃圾(市政污泥、生产生活有机垃圾物等等。生物质能源是仅次于煤炭、石油天然气的等)。第四大能源,在整个能源系统占有重要地位。生物2.2能源主体特征类别质能一直是人类赖以生存的重要能源之一,在世界2.2.1草本植物能源消耗中,生物质能占总能耗的14%,但在发展草本植物主要是对低密度营养体的利用,尤其中国家占60%以上。全世界约25亿人的生活能源是农作物秸杆,是我国农村的传统燃料。根据1995的90%以上是生物质能。当今世界文明所需的化年的统计数据计算,我国农作物秸秆年产出量为石燃料,也源于古植物光合作用的产物。6.04亿t,其中造肥还田及其收集损失约占15%,剩在过去150a里,世界能源结构的发展先后出余5.134亿t。目前我国农村作为能源的秸秆消费现过3个波峰。19世纪中叶前世界各国能源结构量约2862亿t但大多处于低效利用方式即直接在以生物质燃料为主,19世纪末到20世纪初煤是主柴灶上燃烧,其转换效率仅为10%~20%左右。要能源,20世纪中期石油占据主要地位。目前,世2.2.2木本植物界能耗中生物质能源传统低效利用的利用方式在不木本植物主要是对其高密度的木质营养体的利发达地区占主要地位。中国生物质能源主要来源于用是森林生长和林业生产过程提供的生物质能源,农业废弃物及农林产品加工废弃物、薪柴城市生活主要是薪材,也包括森林工业的一些残留物等。森垃圾等方面。林能源在我国农村能源中占有重要地位,1980年前后全国农村消费森林能源约1亿t标煤,占农村能2生物质能源分类源总消费量的30%以上,而在丘陵、山区、林区,农村生活能源的50%以上靠森林能源。薪材来源于生物质遍布世界各地其蕴藏量极大,但是能够树木中国煤化工材加工的边角余料,作为能源用途的生物质才属于生物质能源其基本以￠条件是资源的可获得性和可利用性。世界上生物质森林CNMHG95年合理可提供力,*炭林可供薪材2000资源数量庞大,种类繁多,按能源主体特征不同可分万t以上,全国农村消耗21339万t,供需缺口约为草本植物、木本植物、生物垃圾和畜禽粪便等;按7000万t。现在由于其他替代能源,薪材需求紧张局面得到了一定程度的缓解。2.3.1气体燃料在以上草本、木本植物中,目前作为生物质能源主要包括开发利用的主要有富含油植物、富含糖植物和富含一是秸秆气化,秸秆气化生产生物质燃气主要纤维类植物(费世民等,2005)。据 Oak Ridge Na-以秸秆、稻壳、锯末等为原料,在高温缺氧的热解炉tional Laboratory估计,美国每年超过5亿t的干物中生成以一氧化碳氢气等为主的燃气。质的纤维原料,其中,农业废弃物(1.51亿t)、林业二是生物制氢,生物质制氢技术利用生物质气残余物(1.72亿t)和专门生产生物质原料的“能源化制氢利用高浓度有机废水或固体有机废弃物厌植物”(1.88亿t)。氧发酵进行生物制氢。2.2.3农林废弃物三是沼气,利用有机废水或固体有机废弃物厌在农林业生产过程中形成的废弃物,其中,林业氧发酵生产沼气。生产和森林更新过程中产生的剩余物有釆伐剩余2.3.2液体燃料物加工剩余物和造材剩余物等,据初步测算(根据一是燃料乙醇:以包括植物纤维在内的生物质我国2003年相关数据),采伐剩余物量约16.2x为原料,不是釆用传统意义上的酵母而是采用工业10t;木材加工剩余物为1468.75万m3,加工剩余微生物生产生物液体燃料乙醇。利用10%的燃料物量换算成重量为1321.86万t;中幼林抚育间伐乙醇与汽油混合的乙醇汽油己经在使用,但目前以量为6.84×103to由于各种因素和条件限制,利用淀粉为原料的燃料乙醇生产从其生产成本来讲不具难度大。有经济意义,是纯粹的政策产物2.2.4生活垃圾二是生物柴油利用动植物油脂生产生物柴油主要包括城市垃圾:工业、生活和商业垃圾,全目前生物柴油的生产主要来自两种原料,一是食用球每年排放100×10°t;有机废水:工业废水和生活油(大豆油、菜籽油)或其废弃油,二是其它油脂和污水,全球每年排放4500×103to随着城市规模的野生油料作物。生物柴油是目前极具发展潜力的生扩大和城市化进程的加速,中国城镇垃圾的产生量物质能源。和堆积量逐年增加,大约以每年10%左右的速度递三是生物质裂解油:利用生物质裂解液化技术增。城镇生活垃圾主要是由居民生活垃圾,商业、服通过生物热解反应生产出的生物质油。目前生物质务业垃圾和少量建筑垃圾等废弃物所构成的混合裂解的方法很多但主流是生物质快速热裂解和高物,成分比较复杂。中国大城市的垃圾构成已呈现压液化技术。就目前的情况看,如果不解决生产过向现代化城市过渡的趋势,有以下特点:一是垃圾中程中能耗问题,生物质裂解生产液体燃料就没有发有机物含量接近1/3甚至更高;二是食品类废弃物展前途。另外,裂解生产出的生物质油是一种复杂是有机物的主要组成部分;三是易降解有机物含量的有机混合物包含成百上千的从属于数个化学类高。目前中国城镇垃圾热值在4.18M·kg1别的物质,至今对其相关的分析还处于探讨研究中,(1000kal·kg)左右。其生物油的性质也比较独特,其应用范围受到了一2.2.5动物(家畜、家禽)粪便定的限制禽畜粪便是消化后的残存体,也是一种重要的2.3.3固体燃料生物质能源。全球每年排放300×10t以上。除在固体燃料是以木材屑末下脚料植物秸秆、各种牧区有少量的直接燃烧外,禽畜粪便主要是作为沼糠渣谷壳等为原料,经成型机挤压成型制成薪棒或气的发酵原料。中国主要的禽畜是鸡、猪和牛,根据颗粒等,然后脱烟炭化成清洁炭或直接燃用,从而达估算目前我国禽畜粪便资源总量约8.51亿t,折合到了CO2的排放标准是一种比较简洁的生物质能7837万t标准煤。全国每年粪便污水资源量1.6源生产方法。亿t折合1157.5万t标准煤。2.3产品形态类别中国煤化工目前正在应用或研究中的生物质能源主要有沼气、生物质燃气(秸秆气化)、生物发酵制取氢气等3.1CNMHG气体燃料;燃料乙醇、生物柴油、生物质裂解液化等林业生物质( Forestry biomass9是指以森林植物液体燃料;炭棒、木炭砖、颗粒燃料等固体燃料。为主的生物质,主要包括林木(含薪炭林、灌木林、6期费世民,等:林业生物质能及其研发进展经济林或能源林、抚育间伐材等)、林业“三剩物”式(森林采代剩余物、伐区造材剩余物和木材加工剩林业生物质能源利用途径主要有:生物质固体余物)、林副产品及废弃物(油料树种果实、果壳果燃料、生物质液态燃料、生物质气体燃料。林业生物核等)、木制品废弃物等。也有人称为林木生物质。质能源开发利用终端产品主要是六类:一是利用含林业生物质能( Forestry bioenergy)是指林业生油脂转化为生物柴油;二是木质纤维素转化燃料乙物质本身所固定和贮藏的化学能这种化学能由太醇;三是木质加工成固体燃料;四是木质转化燃料气阳能转化而形成。也有人称为林木生物质能。林业体;五是木质燃料发电;六是生物基产品(聚乳酸和生物质能通常采用直接燃烧、热化学转换、生物转可降解塑料)。换液化等技术加以利用,并重点发展气化发电、供最近颁布的《国民经济和社会发展第十一个五热、燃料乙醇、生物柴油等。年规划纲要》提出,要“大力发展可再生能源。加快林业生物质能源是指由森林生物质资源通过物开发生物质能,建设一批秸秆和林木电站,扩大生物理、化学、生物化学和热化学等技术转化产生的可再质固体成型燃料、燃料乙醇和生物柴油的生产能生能源,包括液态(燃料乙醇、生物柴油)、固态(成力”。这喻示着林业生物质能源发展的春天已经到型燃料)和气态生物燃料(生物质气化)及燃烧产生来。因此,林业生物质能源是可再生能源的重要组的电能和热能。过去经营的薪炭林,主要是生产薪成部分,充分利用林业资源开发生物质能源优化我材和木炭属生物质能源的一种,在人类历史上起着国能源结构,减少对化石燃料的依赖,保障国家能源巨大的作用;在我国的生产和生活中,特别是在农村安全具有重要意义。地区,仍然占有重要的地位。现今对于森林能源的3.2林业生物质能资源利用赋予新的内含,即除了提供薪炭外,凡是能够提我国发展林业生物质能源,有着巨大的资源优供能量的森林泛称为能源林( energy forest)。因此,势和发展潜力。目前我国陆地林业生物质资源总量我们可以认为,能源林是指以生产生物质能源为主在180亿t以上。按照煤、原油和林业生物质燃烧要目的的林木(目前森林分类尚没有专门的能源林热量换算,加工后的5t林业生物质可替代1.5t原概念,它是国家可再生能源发展对林业的新需要)。油,1,5t林业生物质可替代It标准煤。根据我们的能源林目前尚无公认的分类,有的认为主要分木质调查与测算,中国现有林业生物质中可用作工业能能源林和油料能源林两大类。也有认为分为淀粉类源原料的生物量有3亿多t;如3亿t全部开发利用能源林、油脂类能源林、纤维类能源林。后可替代2亿t标准煤,或9000万t原油能够减根据生产应用实践需要,在这里我们将能源林少目前10%的化石能源消费分为木质类能源林、油料类能源林和淀粉类能源林3.2.1木质类能源林资源3类。木质能源林指以木质纤维利用为主,通过工据全国第6次森林资源清查数据,全国现有薪业规模化的利用技术获得固体液体和气体燃料或炭林面积为300多万hm2,仅采收薪炭林和获取正实现热电联产的林分,如柳树、栎类和竹类等速生短常的灌木平茬复壮、森林抚育修枝、果树绿篱修剪、轮伐期能源林;油料能源林指以利用林木所含的油木材采伐与加工废弃物、林区木材采伐、加工剩余脂为主,通过工业化学方法获得汽油、柴油等生物燃物、城市街道绿化修枝等,全国每年就可获得8-10料的林分,如麻疯树、黄连木、油桐、文冠果等;淀粉亿t高热值生物量(刘守新,2001)。类能源林指利用林木种子所含的碳水化合物,制备3.2.2油料类能源林资源燃料乙醇等的林分,如某些栎、栗类等。我国有经济林2140多万hm2,其中木本油料能源林分布广泛。从南极到北极,从平原到高树总面积超过400万hm2,油料树的果实产量每年山,到处都有能源林的分布。能源林业质能源在整在200万t以上,可作为生物柴油的原料。如油桐个能源系统中占有重要地位,一直是人类赖以生存( Vernicia fordii)现在约有66.7万hm2,但利用率尚的重要能源之一。利用能源林生产的林业生物质能不到源,将成为2世纪重要的新能源之一。通过生物质料树中国煤化工物柴油的其它油L),分布我国四能转换技术,可高效地利用森林能源,以替代煤炭、川、云CNMHG平均含油率40%石油和天然气等化石燃料生产电力,既能减少环境以上,四川、云南等省已有少量开发利用。还有黄连污染,又能增加农民收人,是很有发展前途的供能方木( Pistacia chinensis),文冠果( Xanthoceras sorbifo四川林业科技28卷la)、光皮树( Cornus wilsoniana Wanger)等。要性因国家和地区不同而有很大差异。如在刚果、3.2.3淀粉类能源林资源厄立特里亚、埃塞俄比亚、莫桑比克和坦桑尼亚共和目前基于粮食淀粉的生物乙醇已基本实现规模国林业生物质能源(大部分为薪材)占一次能源供化生产,去年我国燃料乙醇产量已达到102万t,居给总量的三分之二以上;在海地、尼泊尔和巴拉圭世界第三。东北三省、河南、安徽、河北、山东、江苏林业生物质能源占一次能源供给总量的比重也在等省的试点燃料乙醇取得成功。但从战略发展的视50%以上。在欧洲,全部林业生物质能源占一次能角看,世界各国都将植物纤维素,作为可供使用生产源供给总量的比重非常低(约1%),但不同国家间燃料酒精丰富而廉价的原料来源,也是降低成本的也存在很大差异,如在芬兰和瑞典,由于纸浆和造纸主要途径之一。业的大规模发展以及将黑液用于能源生产,林业生目前,国家林业局已完成“十一五”能源林建设物质能源占一次能源供给总量的比重分别为14%规划,全面推进林业生物质能源开发。林业生物质和10%(表2资源以其种类多、生物量大、生产力高等特点,成为表22001年部分发达国家林业生物质能源占一次性生物质能源的主要来源。有专家预言,2015年能源供给总量的比例(%)2025年,林业生物质能源将逐渐成为最便宜、最有国家所有木材能源竞争力的能源。芬兰11.5瑞典林业生物质能开发利用现状加拿大3.0新西兰2.02.01.34.1国外林业生物质能开发利用现状(引自FAO,2005)开发生物质能已成为当今世界工业化国家实施能源开源节流的重要手段。世界各国在调整本国能森林和树木用作生产木材能源的重要性在不同源发展战略中已把高效利用生物质能源摆在技术国家和地区间差别也很大。总体上说全世界林业开发的一个相当重要的地位,作为能源利用中的重生物质燃料(例如薪材和木炭)大约占原木生产总要课题。发达国家均将以林业生物质能源产业技术量的53%。然而,同世界其他国家相比八国集团研究与开发列为国家关键技术和优先发展领域林业生物质燃料仅占原木生产总量的14%,其他国4.1.1林业生物质能源的发展和利用概况家占6%。从地区分布看,亚洲林业生物质燃料生2001年,林业生物质能源大约占世界一次能源产比重最大(约4%),其次是非洲(约12%);亚供给总量(TPES,系指未加工燃料,如燃油煤气和洲、非洲、中南美洲林业生物质燃料生产占全球总最煤的供应量不包括精炼或转换的能源产量,如汽油的72%。和电)的5%,而且薪材是最重要的林业生物质能未来全球林业生物质燃料产量将有望适量增源(见表1)。长,从2000年的18.85亿m3增加到2010年的192亿m3,200年达到19.54亿m3。预计非洲和表12001年林业生物质燃料所占的相应比例(%南关洲的薪材产量会有所增加,亚洲会减少,但这3区域名称木材能源,木材燃料、黑液木材燃料占原本个地区的木炭产量都将有所增加。另外,一些纸浆和造纸业规模不断扩大的,把黑液用于能源生产的世界4.000.70八国集团1.200.470.73数量将会增大。世界其他地区8.007.300.704.1.2林业生物质能源的研究进展发展中国家8.15在林业生物质能源的选择、开发以及转化利用非洲22.3021.590.715.31上,发达国家以美国、瑞典等国家的研究最为突出。0.30中南美洲14.26早在北美洲中国煤化家已开始对野生油2.341.34686859脂植的是从油料植物0.500.50中提CNMHGu工成石油替代产(引自FAO,2005)品。据有关资料报道,富含碳氢化合物的植物多达然而,林业生物质能源在能源供给总量中的重数千种,主要集中在:大戟科( Euphobiacaea),蔓费世民,等:林业生物质能及其研发进展科( Asclepiadacaea)、夹竹桃科( Apocyhacaea)、桑科推荐了刺槐、赤按、云南石梓等树种。另外美国科学( Monacaea)、菊科( Compositae)、桃金娘科(Myta-院薪炭林专业小组,按世界主要气候区推荐了木麻caea)、豆科( Leguminosae)等植物中黄、银合欢桉树、铁刀木等树种。巴西大量培育了许多国家为了以森林能源来代替化石能源都在以按树为主的薪炭林。瑞典的短轮伐期林业主要树积极营造速生短轮伐期能源林,在温带地区主要营种由柳树、灰桤木( Alnus incana)赤杨( Alnus spp.)造杨柳等能源林现已定向培育耐瘠薄、耐水和抗及杨树组成,其中以青冈柳( salix viminalis)为主网。寒性强的杨树杂交种和柳树无性系。在热带、亚热关于林业生物质能转化利用的技术研究,早在带地区主要营造金合欢、桉树等能源林。目前在美20世纪70年代国外的一些国家如欧盟、美国、巴国、瑞典、巴西、印度等国有大面积的速生林用于林西澳大利亚等以及东南亚、非洲的一些国家已将农木质能源生产作物和林木制取生物燃气、固体燃料以及甲醇、乙在美国,1978年美国成立能源部,并建立了橡醇、生物柴油等液体燃料。树岭国家实验室( Oak Ridge National Laboratory),专在气化、热解反应的工艺和设备研究方面,流化门从事生物能源( Bioenergy)的研究,已在能源植物床技术是科学家们关注的热点之一。印度Anna大选择和选育、栽培以及转化利用等方面做了大量的学新能源和可再生能源中心最近开发研究用流化床研究工作。以橡树岭国家实验室为主体,与华盛顿气化农林剩余物如稻壳、木屑、甘蔗渣等,建立了大学德克萨斯农业和机械工程大学、美国林务局个中试规模的流化床系统,产生气体用于燃气发动南、北方试验站、田纳西大学密西根大学、纽约州立机驱动发电机发电。1995年美国 Hawaii大学和大学等开展了合作研究,为不同气候条件和土壤条 Vermont大学在国家能源部的资助下开展了流化床件选育出了众多的杨树杂交种和柳树无性系,并开气化发电技术开发工作。欧洲一些发达国家的研究发了高密度、短轮伐期、萌芽更新经营体系(SRC经人员在催化气化方面做出了大量的研究开发成果营)。美国较重视木质能源在林产品工业中的利在生物质转化过程中,应用催化剂通过降低反应活用,有些工厂将木材剩余物和低质木材转变为热能化能、改变生物质热分解进程,分解气化副产物焦油和电力,提供工厂自身所需的能量。成为小分子的可燃气体,以增加煤气产量,提高气体瑞典国家能源委员会资助了一个“瑞典国家能热值降低气化反应温度提高反应速率和调整气体源林计划”( NSEFP)。此后,从国外共引进3000组成进一步加工制取甲醇和合成氨多个以柳树为主的无性系进行筛选试验,选取柳树通过热化学工艺使木材汽化或液化的方法可以作为能源林的主要树种;并把1/6现有林用作能源获得酒精、甲烷、碳氢化合物、氢气等混合燃料,通过林,全国至少有50100万hm2农田适宜于发展能源生物化学工艺可利用含高糖、高淀粉纤维素等的碳林把发展能源林作为一项国策开始实施,同时提出水化合物发酵生产酒精。美国新西兰、日本、德国、能源林业”的新概念,瑞典能源林专家 G. Siren先加拿大等国先后开展了从生物质制取液化油的研究生于1983年提出用杨柳树营造短轮伐期能源林的工作。将生物质粉碎处理后,置于反应器内,添加催设想,并在其研究结果中发现,在瑞典的气候条件化剂或无催化剂,经化学反应转化为液化油,其发热下柳树比杨树具有更大的生产潜力。这是由于柳量达35×104kJ·kg左右,用木质原料液化的得树不像杨树那样对立地条件有较苛刻的要求,柳树率为绝干原料的50%以上。可以在较贫瘠的沙地上生产出远高于杨树的生物在生物质成型燃料方面,日本从20世纪40年量代开始了生物质成型技术研究,开发出单头、多头螺法国把1980年称为绿色能源计划的元年,由政杆挤压成型机,生产棒状成型燃料。其年生产量达府组织规模宏大的开发工作。英国利用8万hm2土25万t左右。欧洲各国开发了活塞式挤压制圆柱及地专门发展能源林。日本制定了本国的生物质能转块状成型设备。20世纪70年代研究开发了颗粒成换计划。芬兰设立了国家能源林委员会计划80年型设颗粒怏料在瑞曲丹麦、德国、意大利代末使森林能源利用量达到全国总耗能的30%。等国中国煤化工印度能源计划部在80年代初拟订了一份报告,建议CNMHG构正在研究“柴油在今后每年种植燃烧林并决定充分利用荒地造林。树”,主要树种有大戟科的续随子,黄杨科的霍霍巴世界银行援助杆材—薪材方案,对亚非国家分别以及豆科植物美洲香槐、苦配巴等东南亚国家主要四川林业科技28卷利用麻疯树(小桐子)棕榈等树种生产生物柴油。在林木生物柴油研发方面,仅涉及小桐子、黄连4.2我国林业生物质能开发利用概况木、文冠果、光皮树等植物,已在生物柴油的原料生我国是个少林国家,农村人口众多,人均占有薪产种植技术及产品开发方面取得了较大的进展。材量低,供求缺口大。长期以来,以薪炭林为主,由七五”期间(1986年-1990年),四川省林业于掠夺取薪很少抚育管理现有资源大多是经过乱科学研究院等单位承担国家计划委员会(现国家发砍濫伐后的残败次生林、灌木林。进人20世纪80改委)下达的“野生植物油作柴油代用燃料的开发年代,薪炭能源林的重要性逐渐被人们认识。1981应用示范”项目,在全国率先对攀西地区野生小桐年,原林业部建立了全国薪炭林造林统计制度,把薪子(麻疯树)的适生条件及发展评价、栽培技术与千炭林建设列人全国造林计划和国家农村能源建设计亩示范林营造、生物柴油提取与生物柴油混合燃料划。1983年,薪炭林研究开始列人国家科技攻关项应用试验等进行较为系统研究。“八五”期间,中国目,在优良树种、栽培技术、综合效益、利用开发等方科学院开展了“燃料油植物的研究与应用技术”项面取得了一大批先进成果。据统计,1981年~1995目研究,完成了金沙江流域燃料油植物麻疯树资源年,全国累计营造薪炭林约500万hm2,其中1万的调查及栽培技术研究。“十五”期间,四川大学联2-10万hm2的有8个省、10万hm2~30万hm2合长江造林局等企业对麻疯树生物柴油及其综合开的有14个省、30万hm2以上的有5个省。薪炭林发利用技术进行了深入研究,采用微乳化复合添加发展较快的有黑龙江、辽宁、广东、河南、北京、陕西、剂合成B20型麻疯树生物柴油,并进行试车运行应甘肃、福建、四川浙江等。为加快森林能源建设,用。近几年,四川省林业科学研究院对麻疯树良种1995年9月,林业部推出了建设以薪炭林为重点的选育、快速繁殖、低产林改造、集约经营管理等技术森林能源工程”。进行初步研究,已收集国内外小桐子资源66个,初2005年国家林业局生物能源办组织了20多名步选育优良种源5~8个。目前,四川攀西地区发展专家学者,对内蒙古、吉林浙江、四川等9省(区、麻疯树面积50多万亩,已成为目前全国麻疯树现有市)的林木生物质能源资源总量、开发利用和发展资源规模最大的区域。此外,云南省林科院、中国林潜力等情况进行调研,初步掌握了我国林木生物质科院资昆所、西南林学院等科研机构相继开展了小能源种类、分布、数量和开发利用现状(吕文等,桐子种质资源调查、优良品种选育、丰产栽培和制备2005)。为指导林木生物质能源的开发利用,切实生物柴油的研究。贵州大学也开展了小桐子种子提推动林木生物质能源发展,国家林业局正在抓紧制炼的生物柴油研究。定《全国能源林培育规划》。为加快能源林培育试自20世纪90年代初开始,长沙市新技术研究点示范推动林木生物质能源利用示范项目开展,所与湖南省林业科学院对能源植物和生物柴油进行2007年1月11日,国家林业局和中国石油天然气了长达十年的合作研究,“八五”期间,完成了光皮股份有限公司(以下简称“中国石油”)就发展林业树油制取甲脂燃料油的工艺及其燃烧特性的研究;生物质能源开展全方位合作,签署了战略合作框架“九五”期间,完成了国家重点科研攻关项目“植物协议。决定于2007年在云南、四川河北、安徽、湖油能源利用技术”研究。“十五”期间,湖南省林科南和内蒙古等资源优势省(区)正式启动第一批6院承担的国家“863”计划能源技术领域、能源植物万公顷的林业生物柴油原料林示范基地建设项目。及液体燃料利用新技术研究示范目前,国内在林业生物质能转化的开发利用尚十五”期间,中国林科院组织各省林业合作单处于刚刚起步阶段,大都是试验和示范的过程,尚未位对主要燃油木本植物(黄连木、文冠果、绿玉树开始实质性的产业化。但已有不少科研院校和企业等)全国资源进行摸底,开展种质资源调查,对黄连进入了林业生物质能源开发利用领域木、文冠果进行了相关研究与开发。东北师范大学、4.2.1林业生物柴油开发方面吉林省林业科学院和长春市亿高生态工程研究所联生物柴油研发是目前生物质能源研究与开发的合开屏了产?牛些油的延究工作。从2001年热点。总体上,我国林业生物质柴油开发发展较快,开始中国煤化工河北武安市建成了部分科研成果已达到国际先进水平。研究内容涉我国CNMH(置,年产生物柴油及油料树种的筛选、良种选择、培育及其加工工艺和1万t,达到美国ASTM生物柴油标准,还建立了设备,并取得了阶段性成果。0.67万hm2黄连木资源基地。此外,2005年12月,6期费世民,等:林业生物质能及其研发进展安徽省芜湖市林木生物质能源树种黄连木建设规划通过高温热解技术将林业生物质转化为一氧化编制完成并通过审定,规划从2006年~2015年,投碳为主的可燃气体,用于居民生活燃料和发电燃料资2500万元,建设黄连木能源林基地500途径,由于其生物质热解气体的焦油问题还难以处2004年~2006年科技部先后启动了“十五”国家科理,致使目前生物质热解气化技术难以得到实际应技攻关计划生物燃料油技术开发项目、国家农林生用。物质工程科技专项和科技支撑项目。在林业生物柴4.2.4林业木质固体燃料加工开发方面油生产加工与制备方面麻疯树、黄连木等木本油料上世纪90年代以来,辽宁省能源研究所、西北植物生物柴油具备了一定的产业化技术条件。一批农业大学、中国林科院林产化工研究所陕西武功机生物柴油项目正在审批和运作过程中海南正和生械厂、江苏东海县粮食机械厂等10余家单位研究和物能源公司、四川古杉油脂化工公司和福建卓越新开发生物质成型燃料技术和设备。先前比较成熟的能源发展公司等都积极开展林业生物柴油加工生技术是在高温高压条件下使林业生物质固体成型(颗粒或木质煤块),但受其生产过程限制,高温高4.2.2林业燃料酒精开发方面压造成能耗比较大、设备容易磨损等缺陷无法克服,目前我国现行市场和规模生产的生物乙醇主要推广并不广泛。是通过陈化粮、秸秆、甜高粱等农产品生产,在木质清华大学清洁能源研究教育中心和北京惠众科液化研发方面,中国林科院林化所、中国科技大学等技公司合作,简化和改进了现有的热压缩颗粒成型单位进行了林业质能源催化热解技术研究并取得试系统,发明了“冷压缩成型技术”,其技术核心是验成功,中国林科院林化所在北京光华木材厂建立 High zones颗粒成型机。因其能效高、成本低、灵活了一套生产能力为500kg·h的木屑热解工业化性强解决了生物质收集运输消耗高的难题,克服了生产装置。黑龙江铁力木材干馏厂曾从前苏联引进热压缩主要不足。为林业生物质固体燃料在工业锅了年处理木材10万t的大型木材热解设备,这些生炉替代煤炭或发电应用提供了很好的前景。产装置的目标均是为了解决当时我国石油资源紧缺4.2.5木质燃料发电方面问题。东北林业大学机电学院在引进技术的基础目前,以利用秸秆发电为主,江苏、河南河北等上,开发了一套转锥式生物质热解液化装置,用高温省都已经开工建设一批秸秆发电站。在木质燃料发裂解、快速冷却的方式最大限度地生产液态生物质电方面研究与开发相对较少,也有一些公司正在积极进行研究与开发。但林业生物质燃料醇类加工生产技术上还需要中国国能生物发电有限公司在山东省单县建进一步改进和提高。主要瓶颈是纤维素原料预处理设一座装机容量2.5万kW的以林木生物质生物发以及降解纤维素酶等生产成本过高,而且,水解法污电厂,已建成投产;还正在黑龙江庆安建设一座装机染性较大。容量2.5万kW林木生物质生物发电厂4.2.3林业燃料气体开发方面北京国林山川生物能源有限公司在内蒙通辽中国林业科学研究院林产化学工业研究所从市奈曼旗正在建设一座以灌木林资源为主要原料的20世纪80年代初期开始研究开发木质原料和农业林业生物质热电厂,第一期装机容量为2x1.2万剩余物的气化和成型技术,研究开发了以林业剩余kW。第二期拟装机容量为25万kW。物为原料的上吸式气化炉,同时在出热量达4.18我国的林业生物质能源研究和产业,虽然取得10KJ·h2的中试装置中,进行了气化发电试验研了很大的进步,但是与国外相比,生物质资源利用技究,电的转化率为13%左右。最近在江苏省研究开术还有较大差距。我国已经把生物质资源的研究开发以木屑、稻壳、稻草和麦草为原料,应用内循环流发和产业化计划,列人国家的中长期发展规划,作为化床气化系统,并研究应用催化剂和富氧气化技术我国缓解化石能源危机的战略。近年来,国家林业产生接近中热值煤气供乡镇居民使用的集中供气局开量中国煤化工化栽培、固体成型系统较同类生物质气化的热值提高了近30%,气燃料物酒精等一系列研化热效率达70%以上。广州能源研究所开发了外究,看CNMH又的关键技术,培养循环流化床生物质气化技术,制取的木煤气作为干了一支专门从事生物质能源开发的科研队伍,成立燥热源和发电。了相关科技机构,为未来林业生物质能源的加快发四川林业科技28卷展奠定了坚实的技术、人才基础和组织保障ment,2001,42:1357~1378目前,国家林业局已完成中国林业生物产业发2] Fangrui M,DwCL, HannaM A. Biodiesel production:r展战略研究,制定了全国能源林建设规划根据生物wiew. Bioresource Technology, 1999, 70(1): 1-15柴油发展需要制定了“十一五”油料能源林建设方[3]姚向君田宜水生物质能源清洁转化利用技术[M]北京:化学工业出版社,2005案,全面部署林业生物质能源开发。林业生物质资(41]翟秀梅刘奎仁韩庆,新能源技术[M].北京:化学工业出版源以其种类多生物量大生产力高等特点,成为生社,2005.物质能源的主要来源。从在北京召开的中国林业生[5]吴创之,马隆龙,生物质能现代化利用技术[M].北京:化学工物质能源发展研讨会上获悉,“十一五”期间,我国业出版社,2003将以市场需求为导向,以能源林培育、生物酒精、生6]方升左,关于加速发展我国生物质能源的思考[北京林业管理干部学院学报2005(2):30物柴油、气热电联产、固体成型燃料、石油基产品替[7]吕文,王春峰王国胜等中国林木生物质能源发展潜力研代、生物质快速热解制备生物质油等七方面为重点究(1)[打.中国能源,2005,27(1):21-研究开发领域,为生物质能源的发展提供科技支撑8]刘守新李海潮张世润,木质生物能源利用技术研究[中(方升左,2005)国林副特产,2001(3):37~39随着新材料技术新能源技术、纳米技术等高新9]路明开发生物质能发展能源农业[求是杂志,2005(5):58-60技术的飞速发展林业生物质资源化学转化利用正[101蒋剑春生物质能源应用研究现状与发展前景[林产化学朝着以绿色化学为特征的高效高附加值精深加工、与工业,2002,2(2):75-79定向转化、功能化、环境友好化等方向发展。目前已11费世民陈秀明等.四川麻疯树生物柴油研究腰望[.生在生物质能源、生物提取物和生物化学品等方面取物质化学工程2006,40(增刊):193-199得大量成果(方升左,2005;费世民等,2006)。[2]雏廷亮.生物质能的应用前景分析,能源研究与信息[J003(4):19-197参考文献:13]贵世民,张旭东等.国内外能源植物资源及其开发利用现状[].四川林业科技,2005,26(3):20-26[1] Demibas A. Biomass resource facilities and biomass conversion[14]钱能志,费世民,等中国林业生物柴油[M].北京:中国林业processing for fuels and chemical. Energy conversion and manage-出版社,2007(上接第17页)棕榈科植物的树种资源,引种成功的树种只是解决发芽力。如12a生的假槟榔开始始花,14&开始结了生长问题,而发育过程中的开花结实问题还需进果,种子有发芽力;15a的加拿利海枣已开花结实,一步研究。但种子不饱满,无发芽力;15a生的蒲葵和10a生的越南棕竹、大叶棕竹,细棕竹粗棕竹等均已开花參考文献:结实,采集的种子已经繁育出了新的一代苗木[1]杨钦周四川树木分布[M].贵州:贵州科技出版社,1997通过棕榈科植物引种使四川地区的棕榈科植2)陈蝶中国树木分类学棕榈部分[M.上海:上海科技出版社,1957物由原产1属1种增至30属37种为四川增加了3]杨玉坡等.四川森林[M].北京:中国林业出版社,190棕榈科植物品种资源和园林绿化景观树种资源同[4]中国树木志编委会中国主要树木造林技术M]北京:中国时为我国南棕北引提供了一定的理论和实践依据。林业出版社,1981由于本试验的目的之一是为四川园林绿化提供中国煤化工CNMHG