摘要：目前世界面臨著能源短缺和環(huán)境保護的雙重壓力，大力開發(fā)生物質能源是實現經濟社會可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。文中對竹類植物作為一種全新的可再生能源資源的開發(fā)現狀、利用途徑進行探討，分析了在我國發(fā)展竹類生物質能源具有資源豐富、土地充足、市場巨大、政策支持等優(yōu)勢。同時針對竹類能源產業(yè)化所面臨的問題，提出竹類生物質能源發(fā)展的對策，并展望竹類能源產業(yè)的發(fā)展前景。

　　21世紀人類面臨著能源問題的嚴峻挑戰(zhàn)，全球能源政策正進行著決定性的轉折。生物質等可再生能源正在逐步替代礦物能源，不但能源短缺的國家如此，而且能源豐富的發(fā)達國家也在悄然調整能源政策，大力研究開發(fā)新型清潔能源，促進能源消費結構從單一化向多元化轉變，走多能互補、綜合利用的道路，人類正在開始步入可再生能源時代。我國是一個化石能源十分短缺，但生物資源十分豐富的國家。生物質能具有清潔、高效、安全、可持續(xù)等特點，因此，調整能源發(fā)展戰(zhàn)略，極積發(fā)展生物質能是保障我國能源安全、改善生態(tài)環(huán)境、增加農民收入“一舉三得”的重要戰(zhàn)略舉措。

　　中國是世界上竹類資源最豐富的國家，有竹類植物39屬500余種，被公認為“竹子王國”。與其他植物相比，竹類植物具有品種多、生長快、再生能力強、一次造林成功即可持續(xù)經營利用等特點，而且竹類植物的灰分含量較低、纖維素含量高，非常適合做生物質原料。另外，竹材生產加工中有60％為加工剩余物，如何充分有效地利用這些廢料，已成為竹材綜合利用的一個緊迫問題。以竹子為原料進行能源化利用，可為生物能源產業(yè)提供新的原料，也為竹業(yè)的發(fā)展開拓新的途徑和增長點，是當前值得探索的一個重要問題。本文對此相關問題進行探討，以期為我國竹類生物質能源產業(yè)的發(fā)展提供參考。

　　1我國竹類生物質能源開發(fā)利用概況

　　1.1竹類能源利用途徑

　　竹類植物是一種具有多種用途的可再生生物資源，如何充分利用豐富的竹種資源日益被人們所關注。目前，竹類生物資源的利用方式主要有以下2種，一種方法是以竹類為原料生產生物乙醇，另一種則是以竹類為原料進行發(fā)電。

　　利用竹類生產生物乙醇主要有2種方法。其一是利用一些特殊竹種，如酒竹（Oxytenanthera braunii）產酒，勃氏甜龍竹（Dendrocalamus brandisi）含糖率高可產糖產酒。據報道，酒竹的天然傷流液中含酒精和多種微量元素，在原產地每株傷流液達1kg/d，每棵竹子合計可產酒30kg，天然發(fā)酵后可形成酒精含量高達20％以上的液體，成為植物資源利用中最奇特的亮點。勃氏甜龍竹、馬來甜龍竹（Dendrocalamus asper）等熱帶叢生竹種其竹筍的總糖含量最高達24％以上，具有進一步轉化為生物乙醇的潛在利用價值，也是天然可資利用的優(yōu)良竹種。利用竹子生產生物乙醇的另一種方法是將竹質纖維轉化為乙醇。

　　竹材主要成分是纖維素、半纖維素和木質素，平均含量分別為50.38％，23.86％，25.45％，是一類高纖維的植物。其中，毛竹嫩材的纖維素含量高達75％，是生產生物乙醇的優(yōu)質原料。

　　利用竹加工剩余物發(fā)電是竹類可再生能源利用的另一個重要途徑。竹類發(fā)電技術類似于用稻殼發(fā)電，即將竹子干燥后再熱解氣化，然后用產生的可燃氣體來發(fā)電。研究表明，竹材的平均燃燒熱值達到19331.26J/g。其中，毛竹（Phyllostachys heterocylacv.pubescens）熱值為18996.6J/g，稍低于木本植物，但高于多數草本植物和作物秸稈，是生產生物能源的優(yōu)質原料。而且，以竹類為原料發(fā)電還具有對環(huán)境污染少、發(fā)電穩(wěn)定、熱解后剩余的竹炭或竹灰具有較高的應用價值和經濟價值等優(yōu)點。

　　1.2竹類能源研究開發(fā)現狀

　　長期以來，對竹類的研究利用涉及材用、筍用、造紙等方面。竹類生長快，適應性強，一次種植即可永續(xù)利用。另外，竹類生物量較高，如版納甜龍竹生物量達141598kg／hm²，可保證竹類能源產業(yè)所需原料的穩(wěn)定供應。當前利用竹類生產酒精和發(fā)電，發(fā)展新能源的研究在國內外還處于探索階段，也少有報道。雖然有學者提出了一些具有能源開發(fā)潛力的竹種，但對于如何判斷這些竹種具有能源潛力則未討論，對竹種的能源特征也不清楚。國內僅林益民等對華安竹種園46個竹種的竹葉平均干重熱值、灰分含量等指標進行了測定，并與不同植被類型的干重熱值進行了比較（表1）。結果表明，竹類植物葉的平均干重熱值（17672.1J/g）高于巴拿馬的熱帶濕潤森林（15614.7J/g）和美國猶他州的荒漠植被（17070.7J/g），而低于其他植被類型葉的平均干重熱值。美國學者2000年對竹類的能源潛力進行了探討，認為竹材熱值高、灰分含量低，是一種潛在的能源植物。日本靜岡大學通過研究則將竹纖維素乙醇轉化率提高到75％，印度和巴西對竹類燃燒氣化發(fā)電的潛力和技術進行了研究。目前，印度作為世界上第2大產竹國，已在境內建立了第1家用竹類發(fā)電的發(fā)電廠。

　　當前我國纖維乙醇能源技術基本成熟，雖然還存在一定的技術缺陷，但已經進入了邊研究邊產業(yè)化的階段。竹類生物質資源的開發(fā)利用是新世紀可持續(xù)竹業(yè)發(fā)展的一個重大課題，我國在竹類資源的能源利用方面尚處于起步階段，尤其在對一些特殊竹種的生物質能源的系統研究上尚處于空白。國家林業(yè)局竹子研究開發(fā)中心近年來從國外引進了1種十分獨特的竹種———酒竹，目前已對酒竹進行了引種擴繁，并進行了生理生態(tài)等方面的研究，為該竹種的開發(fā)利用奠定了基礎。

　　2中國發(fā)展竹類生物能源的有利條件

　　2.1廣泛的分布、豐富的資源是竹類能源發(fā)展的物質基礎

　　中國地處世界竹類分布的中心，竹類植物資源十分豐富，其種類、面積、立竹量和采伐量均居亞太地區(qū)之首，世界前茅。根據我國第7次森林資源清查，現有竹林面積538萬hm²，占全世界竹林面積的30％，且每年以11.7萬hm²的速度在增長。竹類適應性強，適生于不同的自然地理條件，有適生于熱帶地區(qū)的合軸叢生型竹種，也有適于亞熱帶地區(qū)的單軸散生型竹種，以及高海拔區(qū)耐寒性強的復軸混生型竹種。我國竹類植物主要分布在南方13個省區(qū)的丘陵地區(qū)，竹林面積在1萬hm²以上的縣有130多個。福建、浙江、江西3個產竹大省竹林面積均已超過66.7萬hm²，已成為森林資源的主要組成部分。目前，我國竹林蓄積量約達1.4億t，每年可采伐毛竹6億根、雜竹300萬t。由于竹加工材的利用率較低，不足40％，形成了大量的加工廢棄物，是竹纖維乙醇的良好原料。因此，竹種的多樣性為竹類生物質能源的原料提供了多樣的選擇性，而豐富的資源則為竹類能源產業(yè)的發(fā)展提供了堅強的物質保證。

　　2.2廣闊的市場需求是竹類能源發(fā)展的內在動力

　　隨著世界各國對能源和環(huán)保問題的重視，大力開發(fā)和使用新能源已成為實現經濟社會可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。中國是一個能源非常短缺的國家，目前中國能源的總儲量雖然占世界能源總儲量的3.9％，但如果按人均計算則遠低于世界平均水平，僅及世界平均水平的19.4％，人均煤炭、石油、天然氣資源量分別為世界平均水平的21％，10％和2.5％。據英國石油BP公司2003年世界能源統計報告，中國的石油、煤炭、天然氣儲采比分別為15年、82年、46.3年，能源短缺已經成為制約我國經濟發(fā)展的重要因素之一。2004年我國進口原油和成品油突破1億t（達到1.4億t），對外依存度超過40％。2010年我國石油消費總量已達4億t，而國內生產能力僅為1.6億～1.7億t。到2050年我國一次能源供給能力為30億～37億t標準煤（包括除水電外的可再生能源）；按屆時人口16億估算，國內人均能源供應量將達2t～2.3t標準煤，僅為2000年經濟合作發(fā)展組織（OECD）國家人均能源消費量的30％～35％。人均能源不足將長期制約我國走向繁榮富強，嚴重影響經濟發(fā)展和國家安全。從長遠來看，我們只有通過節(jié)約能源、開發(fā)新的可再生替代能源才能保障能源安全。因此，開發(fā)竹類生物能源具有廣闊的市場前景。

　　2.3廣大的山區(qū)和荒山荒地為竹類生物質能源發(fā)展提供了廣闊的發(fā)展空間

　　中國是一個人口大國，人均耕地不到0.1hm²。為維護國家糧食安全，必須保護基本農田。但是中國有廣大的山區(qū)和林地，據國家林業(yè)局統計，目前我國尚有宜林荒山荒地5400多萬hm²，邊際性土地近1億hm²，這些土地資源為竹類能源林的發(fā)展提供了廣闊的發(fā)展空間。另外還可利用山地及四旁地、荒山荒坡、溪谷河岸等不適宜糧食種植的土地種植能源竹，如果結合退耕還林工程、防護林工程建設大力發(fā)展竹類能源林，將有助于農村產業(yè)結構調整、增加農民收入、推進小康建設進程、保護環(huán)境、創(chuàng)建環(huán)境友好型社會，對我國生物質能源的全面開發(fā)利用具有重要的示范和推進作用。

　　2.4現有政策導向是竹類生物質能源發(fā)展的外在動力

　　為了全面促進我國生物質能源的開發(fā)和利用，2005年2月28日《中華人民共和國可再生能源法》通過并實施，以法律的形式明確了對生物能源發(fā)展的政策支持和法律保障。國務院有關領導和國家計委、發(fā)改委、經貿委、科技部等部委對生物質能源產業(yè)化高度支持，將發(fā)展生物質能源列入“十一五”發(fā)展綱要并制定了產業(yè)發(fā)展方向。2006年財政部、發(fā)改委、農業(yè)部、國家稅務局、林業(yè)局聯合發(fā)布了《關于發(fā)展生物能源與生物化工財稅扶持政策的實施意見》，進一步制定了具體的財稅扶持政策。2007年《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》中提出要重點發(fā)展生物質發(fā)電、沼氣、生物質固體成型燃料和生物液體燃料。

　　2007年國家林業(yè)局《林業(yè)發(fā)展“十一五”和中長期規(guī)劃》也提出要建設林木生物質能源林基地，開發(fā)林木生物質高效能的轉化技術。可見我國政府對生物質能的政策導向，為竹類生物質能源發(fā)展提供了強有力的政策支撐。

　　3發(fā)展竹類生物質能源產業(yè)存在的問題與對策

　　3.1存在的問題

　　竹類作為一種新的能源植物，具有重要的開發(fā)利用價值和潛力，但是發(fā)展相對滯后，存在許多限制因素，主要表現在：

　　1）原料收集困難，持續(xù)穩(wěn)定的原料供應難以保證。雖然竹類資源總量很大，但多呈零星分布，竹類加工廢棄物較分散，集中困難，收集的效率低，需要專門組織勞動力去收集，而且林區(qū)的交通條件較差，運輸距離較遠，運輸成本較高，很難保證原料的持續(xù)穩(wěn)定供應。

　　2）還沒有專門以竹類纖維為原料的生產工藝。竹類生物質資源的利用主要以竹纖維素為主要原料，雖然目前國內外對纖維素乙醇生產工藝研究很多，但是由于纖維素酶和木聚糖酶的生產成本過高以及戊糖的發(fā)酵轉化效率低，使纖維素乙醇還停留在技術研發(fā)階段。要使纖維素乙醇達到商業(yè)化的程度，需要進一步提高乙醇產率和固體廢物的利用率，進行竹類能源技術開發(fā)，完善生產加工工藝。當前尚未有專門以竹類纖維為原料的生產加工工藝，從而限制了竹類生物能源的開發(fā)利用。

　　3）認識不足，有關木質能源的優(yōu)惠政策尚未制定。當前利用竹子生產酒精和發(fā)電，發(fā)展新能源的研究在國內外還處于探索階段，社會各界對竹能源的重要性和發(fā)展?jié)摿φJ識不足，導致國家在實施農林生物質能源工程中存在重農業(yè)秸稈開發(fā)、輕竹木生物質利用的現象，也沒有社會資金注入竹能源的研究和開發(fā)。而在政策方面，雖然我國對可再生能源高度重視，制定了一系列關于生物質能源的優(yōu)惠政策，但沒有針對林業(yè)生產經營特點而出臺相應的政策，政策作用發(fā)揮相對較小，使得林木生物質能源發(fā)展相對緩慢。

　　3.2發(fā)展對策

　　3.2.1采用定向栽培新技術，實行規(guī)模經營，發(fā)展原料生產基地

　　當前我國竹類生物能源的開發(fā)利用還處于起步階段，酒竹、馬來甜龍竹等雖可產酒、產糖，但分布面積小，資源總量少，還無法進行竹能源的產業(yè)化生產，而且竹類資源零星分布、收集困難，難以向生產企業(yè)提供穩(wěn)定的原料。因此，應開展主要能源竹種良種培育、栽培技術和經營模式研究，采用定向栽培技術，實行規(guī)模經營，發(fā)展原料生產基地，為生產提供持續(xù)穩(wěn)定優(yōu)質的原料。

　　3.2.2加強科學研究，改進和完善生產工藝，進一步降低纖維素乙醇生產成本

　　目前還沒有開發(fā)出具有自主知識產權且成熟的竹纖維素乙醇生產工藝。要把竹類資源轉變成乙醇燃料，還必須研究改進和完善生產工藝，解決生產中預處理成本過高等關鍵問題。需要通過技術集成，降低每個單元操作的工藝成本和運行成本，完善纖維素乙醇的制備工藝，以全面實現纖維素乙醇生產的產業(yè)化。

　　3.2.3提高認識，制定相關的優(yōu)惠政策，加速生物乙醇產業(yè)化的步伐

　　國外的成功實踐表明，生物乙醇產業(yè)的發(fā)展離不開政府強有力的支持。凡是生物能源產業(yè)取得發(fā)展的國家，都實施了相應的國家產業(yè)發(fā)展計劃，制定了相配套的產品質量標準，給予生產者、用戶或銷售商以可觀的經濟激勵政策，并由此帶來了可觀的能源、環(huán)境和經濟效益。為了促進我國林木生物質能源的發(fā)展，需制定針對林木生物質能發(fā)展的專門政策，加大資金補貼力度。鑒于竹類生物質能具有較高的生態(tài)效益和社會效益等特點，尤其是在環(huán)境問題上作用大于農業(yè)等其他行業(yè)，理應獲得更多的資金支持，以鼓勵竹類生物能源的生產、銷售和消費，從而促進其產業(yè)和市場的迅速拓展。

　　4我國竹類生物質能源開發(fā)利用前景展望

　　雖然當前發(fā)展竹類生物質能源還存在不少問題，但隨著世界能源危機的不斷加劇，不斷地開發(fā)可再生能源來替代有限的石化能源，已是當今人類社會面臨的一項重大而急迫的任務。我國從上世紀末開始發(fā)展生物燃料乙醇產業(yè)?！笆灏l(fā)展綱要”己明確提出發(fā)展各種石油替代品，并將發(fā)展生物液體燃料確定為新興產業(yè)發(fā)展方向。加快我國生物乙醇的研發(fā)和應用是新時期賦予我們的千載難逢的發(fā)展機遇?！笆濉逼陂g，在試點的4個省燃料乙醇年產量達到102萬t，與900萬t的普通汽油混合后的生物汽油占全國消費量的1／5以上。由于我國燃料乙醇的生產是以陳化糧為原料，生產成本難以降低，原料供應沒有保證，且依賴國家財政補貼。從長遠發(fā)展來看，我國原油依賴進口和糧食短缺問題會更加嚴重，發(fā)展以生物質為原料制備乙醇的產業(yè)已勢在必行。

　　根據國務院《可再生能源中國石油石化中長期發(fā)展規(guī)劃》，到2010年增加非糧原料燃料乙醇年利用量200萬t，到2020年生物燃料乙醇年利用量達到1000萬t。當前我國已成為世界第3大生物乙醇生產消費大國，而且國家還出臺了一系列政策，從重大意義技術產業(yè)化示范補助、生物燃料原料基地財政補助到免征生產企業(yè)消費稅等稅收優(yōu)惠，扶持非糧乙醇有序快速發(fā)展。竹類具有生長快、生物量高以及品種多、資源豐富、分布廣泛等優(yōu)點，可選用特用竹種進行能源開發(fā)和生產燃料乙醇，還有不爭糧、不占用耕地、保護環(huán)境等特點，體現了我國生物質能源的政策走向。目前國內外在纖維素乙醇生產工藝領域研究很多，但竹類纖維轉化成葡萄糖的轉化率一般只有2％。日本《每日新聞》報道，最近日本靜岡大學研發(fā)出將竹子研磨成50μm大小的超細粉末的新技術，并選擇分解效率高的微生物進行分解，使轉化率提高到75％。相信在不遠的將來會研發(fā)出低成本、高產量的纖維素乙醇生產工藝，從而推動纖維素乙醇的產業(yè)化進程?？梢灶A言，化石能源總有一天會用盡，而太陽能和風能等其他能源生產及利用又難以控制，隨著世界能源需求持續(xù)走高，生物液體燃料產業(yè)的發(fā)展將進一步加速，竹類燃料乙醇產業(yè)必將成為竹業(yè)發(fā)展的又一個增長點，發(fā)展?jié)摿薮?，應用前景廣闊