作者：石元春

 

   
    专 家 简 介

    石元春  中国科学院院士，中国工程院院士。土壤学专家。曾任北京农业大学校长，中国科协副主席，国务院资源环境委员会科学顾问。现任中国农业大学教授。国务院学位委员会委员。长期从事土壤地理和盐渍土改良的研究和实践。近年来参与制定国家重大基础研究和高技术研究规划工作，从事农业和科技方面的宏观性和战略性研究，并在农业高技术产业化方面作了有益的尝试。

    一石激起千层浪

    工业社会已经高度发达，而惊回首，推动它发展和运行的动力与“血液”要出问题。上世纪末，就不断有化石能源还能用多久的文章，2005年美国能源信息署（IEO2005）又发布了：剩余可采储量、储量增长潜量以及待发现资源量之和，全球石油还可用53年，天然气可用63年，煤炭可用90年。此外，化石能源导致全球变暖和环境恶化的消息也是频频传来。整个人类社会都在反思、忧虑和寻求对策。

    上世纪70年代全球性石油危机中，巴西和美国开发了能够替代车用燃油的甘蔗乙醇和玉米乙醇，瑞典发展了生物质燃烧发电，德国建设了第一座工业化生产沼气工程。1983年，瑞典开始对9种燃料车做了十多年的替代汽油车试验，最终选择了沼气车和乙醇车，现已广泛使用，运行良好。也是在80年代，美国开始了以甲醇作为运输用替代燃料的试验，1996年发展到1.3万辆，但因使用过程中出现的种种问题而被迫停止。

    2001年，布什在《国家能源政策报告》中提出发展氢能。2003年《国情咨文》又说：“让今天诞生的婴儿成为未来驾驶第一辆氢动力无污染汽车的人。” 本世纪初曾在全球掀起过一阵氢能和“氢经济”热。但是2006年的布什《国情咨文》却改了口：“这不是近期的解决办法，也不是中期的解决办法，而确实是远期的解决办法。”

    水中的氢、海里的氘（1升海水中的氘经热核反应后可释放相当于300升石油的能量）、月球上的氦3（每公斤可获6×108 MJ/kg能量），人类都想到了，而且依据十足，信誓旦旦。只要假以时日和加大投入，人类大可不必为未来的能源发愁。该发愁的倒是“青黄不接”的近三五十年里，如何面对化石能源的渐趋枯竭，全球变暖的日益沉重，以及油价的居高不下。能解此燃眉之急，比较现实的还是风能、太阳能、生物质能和核能等可再生能源和新能源。

    脱颖而出的生物质能源

    众多的可再生能源和新能源中，生物质能源脱颖而出了。

    1999年8月美国发布的《开发和推进生物基产品和生物能源》总统令提出：“到2010年，生物基产品和生物能源要增加3倍，2020年增加10倍，以此替代全国燃油消费量的10％（2050达50％）和石化原料制成材料的25％，以此减少7000万辆汽车的碳排放量（1亿吨）和每年为农民增加200亿美元的收入”。2005年在《能源法案》中“要求燃料制造商到2012年，在汽油中必须加入2250万吨生物乙醇”，这就将原克林顿制定的燃料乙醇生产指标调高了37％。布什在他2006年的国情咨文演说中说：“美国在使用石油上，像吸毒一样的‘上瘾’，而这些石油是从世界上不稳定地区进口的。最好的办法就是依靠美国人的才智和技术进步，打破对石油的这种过分依赖，改善我们的环境、摆脱石油经济。我们的一个伟大目标是到2025年，替代75％的中东石油进口。”布什采取的主要办法就是发展乙醇等生物质液体燃料。上世纪的一二十年里，美国燃料乙醇的年生产量一直徘徊在四五百万吨，2000年后迎来大发展，2006年达到1600万吨。

    世界也兴起了生物质能源热。1997年，欧盟发布的《欧盟战略和行动白皮书》，提出可再生能源在总能源消费中的比例要由1997年的6%提高到2010年的12%，其中生物质能源要达到2亿吨标煤；2003年又提出，汽车燃料消费中生物液体燃料的比例要由2005年的2％提高到2010年的5.57％和2020年的8％。中国于2001年在吉林等四省兴建了年生产能力为73万吨的陈化粮燃料乙醇工厂；日本于2002年内阁会议通过了《日本生物质综合战略》；印度于2003年开始在9个邦推广使用E5乙醇汽油；世界经合组织（OCED）于2004年发布：“各国政府应大力支持和鼓励生物质能源领域的技术创新，减小它与传统原油及天然气产品的价格差距，以最终达到替代的结果。”短短的三五年里，生物质产业在世界范围形成了一股磅礴发展之势。

    生物质能源的多功能性

    作为一种替代能源，生物质能源具备了可再生、清洁、能效高、技术/经济可行、能大规模生产等各种条件，而且它还有独到的多功能性。它不仅有能源功能，还可以进行生物基的物质生产，和石油一样地能生产千百种化工产品，而风能、太阳能、核能等均做不到；它还可以利用污染环境的有机废弃物为原料，做到资源的循环利用和保护环境，而风能、太阳能、核能等做不到；它能够发展农村经济，增加农民收入，推进农村工业化、城镇化和社会主义新农村建设，可以使尚无现实经济价值的边际性土地“点土成金”地成为生物质能源生产基地，这些风能、太阳能、核能等还是做不到。而这些功能对发达国家很重要，对于中国等发展中国家更加重要。

    上述美国总统令的第一节就开宗明义地提出：“目前生物基产品和生物能源技术有潜力将可再生农林业资源转换成能满足人类需求的电能、燃料、化学物质、药物及其它物质的主要来源。这些领域的技术进步能在美国乡村给农民、林业者、牧场主和商人带来大量新的，鼓舞人心的商业和雇佣机会；为农林业废弃物建立新的市场；给未被充分利用的土地带来经济机会；减少我国对进口石油的依赖和温室气体的排放，改善空气和水的质量。”这些说的也是生物质能源的多功能性。

    什么是生物质能源产业？它是以种植、养殖、加工和生活等有机废弃物，以及利用边际性土地种植的能源植物为原料，从事生物质能源和生物基产品生产的产业，是资源可以再生和循环利用，可以持续发展和保护环境的一种新兴产业。

    生物质能源的主要产品

    生产燃料乙醇的原料资源丰富多样，技术成熟，需求量大，是发展生物质能源的首选产品，2006年全球产量已超过3000万吨。与之相匹配的是从5％到100％配比的乙醇汽油（E5到E100）和灵活燃料汽车（FFVs）。生物柴油是另一重要液体生物燃料，大规模发展的主要制约是油脂原料较缺乏和价格较高，目前国内外正在攻克以木质纤维素为原料，气化后经FT合成（FT柴油）以及热裂解（TDP）或催化裂解（CDP）生产生物柴油的技术。

    沼气的生产利用技术有很大进展。以大型养殖场和加工业的大宗有机废弃物为原料进行规模化沼气生产，可以供热发电，可以经净化压缩后作为车用及罐装灌输生活/生产用燃料，以替代天然气。

    生物质成型燃料是将各种农林废弃物粉碎成型的燃料，能效可以提高三到五倍，甚至更高。在欧洲已广泛用于家庭、小区和工业锅炉的供热和发电，瑞典的成型燃料已占到全国集中供热的20%。成型燃料的原料资源十分丰富，技术和设备成熟而又比较简单，投资少成本低，见效快效益好，宜于分散以及农村中小规模生产，特别适合我国国情。我国生活和工业用普通锅炉的煤炭年消费量约7亿吨，热效率低(60%左右)，污染严重，零星分散，是成型燃料替代的重要对象。

    生物塑料是另一重要产品，以替代石油基塑料，消除“白色污染”。美国已规模化生产以淀粉为原料的聚乳酸（PLA），我国已拥有用淀粉与合成降解材料复合生产生物塑料的技术。以生物质为原料可以生产各种生物化工产品。如乙醇的下游产品有乙烯（成本已低于石油基乙烯），环氧乙烷、醋酸、乙醛、1，2-丙二醇、丙烯等十数种。 

    生物质能源与中国

    我国的一次能源消费结构中，化石能源占90％以上（煤炭67.1％，石油天然气25.5％，2003年）。据专家估算，我国的煤炭资源可用60－100年，石油约能用到2040年（王干生，2005）。当前我国能源的紧张，突出表现在石油上，其储量仅占世界总量的5％，而消费量是世界第二。自1993年成为石油净进口国后，2004年的进口量就达到1.4亿吨，对外依存度46％，预计2020年将超过55％。进口依存度越高，国家能源安全度就越低，我国进口石油的80％来自中东，需要经过马六甲海峡，受国际政治形势影响很大。难怪美国兰德公司说：“中国执政党石油进口的咽喉掌握在美国海军手上”。

    能源是我国经济高速发展的基础。石油价格的飚升对我国经济的冲击很大，“由于国际原油价格屡创新高，我国全年多支付外汇达数十亿美元，长此以往，越来越多的企业将不堪重负，国家将不堪重负。”（陈至立，2005）

    以化石能源为主的能源消费结构还给我国造成了很大的环境压力，二氧化碳和二氧化硫的排放量已分居世界第二和第一位，酸雨区已经占到国土面积的三分之一。2000多万辆汽车排放的尾气已占到大城市污染源的一半以上。我国是《京都议定书》的签约国，温室气体减排的压力很大。

    显然，生物质能源可以缓解上述我国能源的紧张形势，减轻环境污染压力，还可以为“三农”作出重要贡献。

    生物质能源以农林及其加工生产的有机废弃物，以及利用低质土地种植的能源植物为原料生产生物能源和生物基产品，既拓展了农业生产领域，增加了农民增收渠道，又可以使作物秸秆、畜禽粪便、加工业及生活的污染源无害化和资源化，促进资源节约和循环利用，提高农村的能源消费质量。通过发展农村生物能源工业，还可以加速农业和农村的工业化、城镇化和社会主义新农村建设的进程，是“工业反哺农业”，“以工促农，以城带乡”的一条可操作的现实途径。

    生物质能源直接面对我国的“三农”、“能源”和“环境”三大主题，发展生物质能源可谓是“一石三鸟”。

    我国的原料资源状况如何

    我国水土资源短缺，人吃的粮食都紧张，哪有什么资源去发展生物质能源？这是大家最关心的问题。

    美国生产乙醇用的是玉米，我国第一批燃料乙醇厂用的陈化粮主要也是玉米，这就产生了车与人争粮的“第一印象”。其实，这只是在发展初期，现在美国为适应大发展，也要由“玉米乙醇”转向“纤维素乙醇”了。船小好掉头，我国更不必担心会影响粮食安全。在我国发展生物质能源有一条“红线”，就是“不与人争粮，不与农争地”，发展生物质能源用的原料主要是农林等有机废弃物和低质土地种植抗逆性强的能源植物。

    那么，我国生物质能源的原料资源状况如何呢？通过专题研究表明，我国的有机废弃物原料主要有农作物秸秆、畜禽粪便、林业剩余物、工业有机废弃物和城市有机垃圾五大类，合计年产出实物量20.29亿吨，其中可用于生物质能源生产的实物量是13.24亿吨，折算能量为3.82亿吨标煤，其中农业废弃物占70.9％，林业剩余物和薪柴占18.6%,工业和城市有机废弃物占10.5%。

    根据国土资源部及国家林业局正式发布的资料，我国有后备性土地8254万公顷，现有能源林地5176万公顷。如不计条件差的，约22％的后备性土地，即具能源开发潜力的边际性土地面积为11608万公顷，经过综合产能评估，年总产能潜力为4.15亿吨标煤。

    我国是个植物资源非常丰富的国家，南方的木薯和甘蔗，北方的甜高粱和菊芋，还有其它薯类、油料作物、木本油料植物、能源灌木等都是很优秀和可规模化开发的能源植物，以后还会有更多的发现。

    有机废弃物和能源植物（边际性土地）二者产能之和约为8亿吨，相当于现年能源消费量的45％左右。如能开发利用现资源量的1/4，就是2亿吨，这将对缓解我国能源紧张形势，减轻环境压力和发展农村经济起着重要作用。

    年产亿吨的生物质油田

    2005年我曾提出“种出一个大庆”。后经专题研究，提出了年产1亿吨的生物质油田（2020）的设想。

    内容之一是年替代石油5983万吨。含燃料乙醇及其下游产品2300万吨、生物柴油及其共生产品500万吨、车用甲烷60亿m3、生物塑料1200万吨，以及生物质化工产品150万吨五类产品。其中可直接替代车用液体燃料的是2800万吨。

    内容之二是年替代煤炭5891万吨。含成型燃料8000万吨、沼气/生物质供热发电360亿kWh两类产品。可替代7％的工业及生活低效锅炉用煤，年减排二氧化碳1.5亿吨。

    内容之三，实现本方案需要动用的生物质原料资源是：作物秸秆5300万吨，畜禽粪便及工业/城市有机废弃物1.37亿吨（干重），边际性土地2000万公顷（含300万公顷现有薯田），三者分别占本类型可用资源量的10.3％、19.2％和14.6％。

    内容之四是本方案实施后，可以使工农业和城乡有机污染物无害化和资源化；可以使2000万亩尚无经济价值的土地成为生物质产业的原料生产基地；可以吸纳7000万农村劳动力从事能源农业；可以创建1.4万个生物质企业，提供120万个加工业岗位；可以使农民年新增收入750亿元；可以显著提高约3000万农户的能源消费质量和热效率；可以推动农村工业化、城镇化、富余劳动力转移和社会主义新农村建设。

    替代石油5983万吨和煤炭5891万吨，合计折原油10166万吨，故简称“年产1亿吨的生物质油田”，相当于一个大庆油田和三个开滦煤矿。

    这个方案是否切合实际？经论证，其资源保障度高（资源动用量占可用总量的1/7，各分项资源量的动用率也在10％到20％之间）、技术成熟、市场竞争力较强以及社会需求极大。而瓶颈之一是国家的战略部署和政策引导/扶持的外环境；之二是提高自身技术和经营水平，降低成本。

    早觉悟  早起步

    本世纪初，我国就开始了以陈化粮为原料规模化生产燃料乙醇；2005年通过的《中华人民共和国可再生能源法》提出，“国家鼓励清洁、高效地开发利用生物质燃料，鼓励发展能源作物”；国家“十一五”规划纲要也提出“加快开发生物质能，扩大生物质固体成型燃料、燃料乙醇和生物柴油生产能力”。2006年8月，国家发改委、农业部、林业局联合召开了“全国生物质能源开发利用工作会议”，在全国部署发展生物质能源；11月财政部、国家发改委等五部委联合发布了《关于发展生物能源和生物化工财税扶持政策的实施意见》。

    发展生物质能源，国家在行动，中石油、中石化、中海油、中粮等大型国有公司和许多民营企业在行动，广西、海南、新疆、山东等生物质资源大省在行动，学界在行动。2006年4月，温总理总理在国家能源领导小组会议上就发展可再生能源和生物质能源时说：“在这个问题上，我们要早觉悟，早行动。”

（出处：《科学中国人》2007年第四期）