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摘要:為了有效控制二氧化碳等溫室的吸收和排放，人們將目光從傳統的化石能源轉向了林木生物質能源。通過分析當前林木生物質能源的資源與技術水平現狀，并結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，闡明了林木生物質對二氧化碳等溫室氣體減排方面的重大作用，林木生物質能源可有效減少溫室氣體的排放。
關鍵詞:林木生物質能源、溫室氣體減排、作用機制
隨著化石能源的枯竭，發達國家對高效率能源利用的要求也逐步提高。根據能源部和政府間氣候變化專門委員會(IPCC)的數據，當前世界所使用的可再生能源77%來自生物質能源，而林木生物質能源占生物質能源的87%[1]。所以伴隨著世界經濟新一輪產業革命的到來，以低碳環保為目標的林木生物質能源產業一定會在能源發展的經濟格局中占據重要位置。同時，發展能夠替代高污染化石能源的林木生物質能源可以提高資源利用率，加強森林生態系統的抗氧化和碳匯作用，實現二氧化碳等溫室氣體的減排。
1林木生物質的發展現狀
1.1資源現狀
與全國第七次森林資源普查相比，第八次的全國森林面積凈增長了122.3億㎡，覆蓋率提高了1.27%，覆蓋率提高了1.27個百分點,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資源、木本油料和淀粉植物，而我國主要使用木質資源和木本油料。木質資源在我國含量分布廣泛，加工技術較為純熟，利用率是化石燃料的10倍，廣泛應用于發電和氣化。木本油料是較好的物柴油原料，雖然在我國分布面積較廣但加工技術相對落后，因此在“十一五”“十二五”之后，該原料的開發利用被特別確定為未來能源發展的重點之一[2]。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超過8.4億㎡，果實產量已經超過1000萬t。
1.2技術水平現狀
林木生物質能源可以作為生物液體燃料的原料來源,同時也可以用于生物質發電和制取生物質成型燃料。目前林木生物質能源的轉換技術已較為成熟，并逐步實現產業化。一些發達國家已建立了一套綜合技術系統以更好地開發利用林木生物質能源，其中熱電聯產技術和木煤混燃利用技術已在瑞典等國家得到了廣泛應用[3]。目前我國對于林木生物質能源的轉化利用技術已經獲得了許多科技上的創新，2013年，南京林業大學、河北豐寧宏森木業有限公司等五家科研單位針對林木高含水率碎料的分選問題，共同研發出了可同時進行多輥式鉆石篩選和比重力分析的清潔生產技術，大大提高了生物質燃料產品的質量和設備的使用壽命，降低了能源的耗用量。能源轉化技術的不斷發展和成熟，調整和優化了我國的能源結構，促進了林木生物質能源的產業化和市場化發展。
2林木生物質對二氧化碳減排的作用機制
2.1森林固碳
森林資源是林木生物質資源系統發展的物質基礎[4]。森林在進行光合作用時，大量吸收二氧化碳和水分，并將其以生物質的形式留存在樹木體內，這種能力和過程就是森林固碳效應[5]。由于森林被普遍視為陸地生態系統中容量巨大的碳儲存庫，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?？芍?，每生產162g干物質（多糖）就需要吸收約264g二氧化碳[7]。換句話說，在光合作用的條件下，二氧化碳通過吸收碳而成為木材的主要成分，同時氧被大量還原出來成為空氣的主要組成部分。國內外學者對森林固碳能力的估測方法做了大量研究，主要可以分為3類:樣地清查法、模型模擬法和遙感估測法[8]。樣地清查法主要根據樣地生物量的觀測數據推算碳儲量，種類較多，是最傳統的估算方法，包括生物量法、蓄積量平衡估算法和植物碳儲量估算法。模型模擬估算法主要建立在數學模型上，適用于理想土地利用條件下森林生態系統生產力和碳儲量的評估模型，包括生產力碳儲量平衡估算模型、生物森林生理科學模型、生物森林地理科學模型和森林生物地球化學模型。遙感估測法主要是將通過遙感技術獲得的植被參數與實測數據相結合，進行較大型森林生態系統碳儲量的動態估算，并分析其空間變化的意義。此外應用較多的固碳估算方法還有渦旋相關法、箱式法[9]。森林生態系統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別。2011年,馬煒等人對黑龍江長白落葉松人工林的固碳釋氧效益進行了估算，結果表明不同林齡長白落葉松人工林的碳儲存能力大小依次為：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白樺林的固碳能力，結果發現：其喬木層和土壤層碳含量與林齡正相關，凋落物層碳含量與林齡負相關，而灌木層和草本層碳含量隨林齡的增加先降后升[11]。
2.2林木生物質能源的替代減排
與化石燃料相比，林木生物質能源是可再生的，污染小，燃燒時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和消費結構目前以煤炭等化石燃料為主，根據2013年BP公司的統計數據：中國煤炭的消費占一次能源消費的67.5%，這使得中國成為世界上主要的碳排放國家之一。在世界性的氣候變化會議上,針對全球氣候變化問題，中國均以大國的身份承擔溫室氣體減排的責任。如果長期依賴不可再生且污染性較高的化石燃料，全球終將面臨嚴重的氣候變化的問題和能源危機。生物質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。林木生物質能源不同于傳統的化石能源，主要通過熱化學、物理、生化等方法，將儲存在樹木和土壤中的化學能轉換成其他能量并投入應用，這樣可以有效減少二氧化碳等溫室氣體的排放[13]。對于林木生物質能源替代化石能源潛力的估算，多數學者是采用林木生物質與標煤的替代比例估算替代量。2009年，李順龍等人根據第六次全國森林資源清查計算得出，我國每年可獲得的林木生物質能源中，超過3億t的林木生物質可作為能源,可替代2億t標煤,進而減少二氧化碳的排放量高達4.26億。
2.3生命周期評價
生命周期評價(LCA)是評價某種產品、工藝過程或活動，從原材料采集到產品的生產、運輸、銷售、使用、最終處理和回收循環利用整個生命周期系統有關的環境負荷的過程[15]。Carlywhittaker等人運用生命周期評價分析了將英國森林砍伐剩余物作為生物質能源利用時對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出并作切碎處理運送這一生命過程，結果表明用林木剩余物以碎片形式生產1t林木生物質，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林木生物質能源的碳流動
農林生物質能源可以部分地通過固碳來減少二氧化碳的排放，在固碳和生產生物質燃料方面具有很大的潛力。林木生物質作為能源進行碳元素輸入輸出的過程，在循環角度來看，其利用能夠實現零排放。
3結論
森林系統具有固碳的作用，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值評估方面，國內外眾多學者進行了探究，通過有效的森林管理實現森林資源的可持續利用，實現其經濟和環境的外部性。同時，世界面臨著化石燃料枯竭的威脅，林木生物質能源的替代性具有較大優勢。此外，林木生物質能源可以作為原材料用于發電或制取乙醇等多種液體燃料，同時可以制成生物質成型燃料。而從生命周期分析角度來看，與化石能源相比，利用生物質能源可有效減少二氧化碳等溫室氣體的排放，對實現全球二氧化碳減排的目標做出了重大貢獻。且從長期循環角度來看，其二氧化碳的排放是零。介于林木生物質對二氧化碳等溫室氣體減排的有效性，我國應加強對林木生物質能源的重視程度[17]。一方面，相關部門應該加大對林木生物質的宣傳，鼓勵更多更好地培育林木生物質資源。另一方面，學校和研究機構應該重視林木生物質能源利用的技術革新，提高利用率。此外，政府可以完善相關法律法規，加快發展清潔能源，以實現可持續發展的目標。
作者:陳媛 俞少君 單位:南京林業大學