摘要：林業(yè)生物柴油作為可替代柴油的生物質(zhì)能源之一，已在印度、中國、馬來西亞等國家得到快速發(fā)展，其發(fā)展是否可持續(xù)值得重點關(guān)注。在概述主要國家林業(yè)生物柴油發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，基于自2010年來的國內(nèi)外相關(guān)研究，分別從經(jīng)濟、環(huán)境、社會3個方面分析了當(dāng)前林業(yè)生物柴油發(fā)展的可持續(xù)性，探討了影響其可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。結(jié)果表明：當(dāng)前林業(yè)生物柴油發(fā)展的可持續(xù)性較弱，絕大多數(shù)生產(chǎn)項目經(jīng)濟不可行;GHG減排效益明顯，與石化柴油相比可減少49%~85%，但其SO2、NOx等污染物的排放明顯高于石化柴油，環(huán)境綜合影響仍然較大;社會效益尚不明顯;原料供應(yīng)系統(tǒng)決定了當(dāng)前林業(yè)生物柴油發(fā)展的經(jīng)濟和環(huán)境可持續(xù)性。因此，突破良種選育、高效栽培關(guān)鍵技術(shù)體系、高值化副產(chǎn)品開發(fā)等關(guān)鍵技術(shù)問題，建立多聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式是保障林業(yè)生物柴油可持續(xù)發(fā)展的重要途徑;此外，提高LCA清單數(shù)據(jù)質(zhì)量和建立綜合評價指標(biāo)體系可提高可持續(xù)性評價結(jié)果的準(zhǔn)確性。

　　關(guān)鍵詞：林業(yè)生物柴油，油棕(ElaeisgunieensisJacqin.)，麻瘋樹(JatrophacurcasL.)，可持續(xù)性，全生命周期評價

　　隨著世界經(jīng)濟的快速發(fā)展，化石燃料消費不斷增加導(dǎo)致能源短缺與環(huán)境污染日趨嚴(yán)重。大氣中85%的硫、35%的懸浮顆粒物、75%的CO2來自化石燃料的燃燒。據(jù)預(yù)測，隨著能源需求的增加，到2030年，全球CO2排放量可能高達52%[1]。生物質(zhì)能源(bio-energyresource)作為僅次于煤炭、石油、天然氣的第四大能源，一直是人類賴以生存的重要能源之一，占世界總能耗的14%，在發(fā)展中國家占60%以上，具有資源分布廣泛，可再生，受自然因素制約小，環(huán)境污染較輕，轉(zhuǎn)化利用技術(shù)相對簡單等特點[1]。

　　大力發(fā)展生物質(zhì)能源對緩解能源緊張，實現(xiàn)全球能源結(jié)構(gòu)多元化，緩解氣候變化等方面具有重大意義。作為替代柴油的生物質(zhì)能源，生物柴油(biodiesel)又稱脂肪酸甲酯，其原料包括大豆、油菜籽和花生等油料作物，麻瘋樹、烏桕、油棕、黃連木、無患子、文冠果等油料林木果實，動物油脂、廢餐飲油，以及工程微藻等油料水生植物。目前，歐盟(德國、法國、意大利、西班牙等)主要利用油菜籽生產(chǎn)生物柴油，美國主要以大豆油為原料，日本主要以地溝油為原料，印度主要以麻瘋樹油為原料，印度尼西亞、馬來西亞等東南亞國家主要以棕櫚油為原料發(fā)展生物柴油。以木本油料植物果實種子、植物導(dǎo)管乳汁及汁液等為原料，通過化學(xué)方法轉(zhuǎn)化所含油脂獲得的生物柴油稱為林業(yè)生物柴油(forest-basedbiodiesel)[1]。

　　與以油料作物等其它原料生產(chǎn)生物柴油相比，其全生命周期環(huán)境綜合影響較小，緩解溫室效應(yīng)能力更強[2]。此外，因不與人爭糧、不與糧爭地，原料可再生，栽種一次收獲多年，利于農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等優(yōu)點，林業(yè)生物柴油被中國、印度、馬來西亞等發(fā)展中國家所青睞。在《全國林業(yè)生物質(zhì)能源發(fā)展規(guī)劃(2011—2020年)》的基礎(chǔ)上，國家林業(yè)和草原局于2017年發(fā)布了《林業(yè)生物質(zhì)能源主要樹種目錄(第1批)》，其中包括油棕、麻瘋樹、文冠果、無患子等在內(nèi)的47種生物柴油原料樹種[3]。隨著林業(yè)生物柴油產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模在發(fā)展中國家的迅速擴大，其原料林種植及生物柴油生產(chǎn)的經(jīng)濟效益，對區(qū)域環(huán)境及社會的影響備受關(guān)注。筆者在前人研究的基礎(chǔ)上，對世界林業(yè)生物柴油發(fā)展現(xiàn)狀及國內(nèi)外對其可持續(xù)性的評價研究進行了綜述，以期為其產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展提供參考。

　　1林業(yè)生物柴油發(fā)展現(xiàn)狀

　　林業(yè)生物柴油的研究始于20世紀(jì)70年代后期，當(dāng)時美國加州大學(xué)諾貝爾獎獲得者M.Calvin博士的研究團隊在世界各地尋找類似于石油成分的樹種，篩選了續(xù)隨子(EuphorbialathylrisL.)和綠玉樹(EuphorbiatirucalliL.)等開發(fā)價值高的樹種進行栽培試驗，并在加州南部種植了大面積的油脂植物，由此拉開了林業(yè)生物柴油研究的序幕。但林業(yè)生物柴油仍處于研發(fā)階段，尚未實現(xiàn)真正意義上的規(guī)�；�生產(chǎn)應(yīng)用。目前世界上主要發(fā)展的林業(yè)生物柴油樹種為油棕和麻瘋樹。

　　1.1油棕

　　油棕果實含油量高達50%，有“世界油王”之稱。根據(jù)USDA(UnitedStatesDepartmentofAgriculture)的統(tǒng)計[4]，棕櫚油生產(chǎn)量前五的國家分別為印度尼西亞、馬來西亞、泰國、尼日利亞和哥倫比亞。印尼是世界第一大棕櫚油生產(chǎn)國，并憑借其豐富的棕櫚油資源大力生產(chǎn)生物柴油。棕櫚油是目前印尼最常用的生物柴油原料，產(chǎn)量預(yù)計可達3.2×107t，且隨著未來新種植園的逐漸成熟，舊種植園被高產(chǎn)品種取代，原料產(chǎn)量將會繼續(xù)增長。同時，印尼生物柴油生產(chǎn)能力在不斷提高，2015-2016年間至少有兩家煉油廠建成并投產(chǎn)，總生產(chǎn)能力達8.77×108L。

　　馬來西亞是世界上最大的棕櫚油出口國和第二大棕櫚油生產(chǎn)國，早在1982年就開始從事棕櫚油生物柴油開發(fā)與利用技術(shù)的研究。2005年，馬來西亞政府制定了“國家生物燃料政策”，在該政策的刺激下，2006年全國生物柴油產(chǎn)量為1.58×105t，約有1%的棕櫚油料用于生物柴油的生產(chǎn)，2007年生物柴油產(chǎn)量增加到1.3×106t，用于生物柴油生產(chǎn)的棕櫚油達7.9%[5]。截至到2012年，馬來西亞約有362家棕櫚油加工廠，年處理鮮果達7.13×107t，生產(chǎn)棕櫚生物柴油的能力為1.02×107ta-1。然而，在原料價格、生物柴油生產(chǎn)成本、原油價格和稅收等的影響下，大規(guī)模商業(yè)化的棕櫚生物柴油生產(chǎn)尚未實現(xiàn)[6-7]。

　　1.2麻瘋樹

　　麻瘋樹又名小桐子，含油率43%~61%，被IPCC認(rèn)為是目前最具開發(fā)潛力，也是被研究最多的生物柴油原料樹種[1,8]。自20世紀(jì)70年代以來，國內(nèi)外對麻風(fēng)樹油用作柴油機燃料進行了一系列的研究，發(fā)現(xiàn)以麻瘋樹種子為原料生產(chǎn)的生物柴油可適用于各種柴油發(fā)動機，其性能明顯由于普通石化柴油和其它植物柴油[1,9]。此外，較強的抗旱性和耐瘠薄能力使得麻瘋樹在熱帶亞熱帶地區(qū)發(fā)展中國家大受歡迎。截至到2008年，全球共有55個國家，242個麻瘋樹種植項目，主要集中在亞洲(印度、印度尼西亞、中國)、非洲(馬里、坦桑尼亞、津巴布韋)和拉丁美洲(墨西哥和巴西)。

　　亞洲的麻瘋樹種植面積占全球的85%、非洲占13%、拉丁美洲占2%。盡管諸多項目在之后的10年里已終止，這些國家和地區(qū)仍然是麻瘋樹栽培的主要區(qū)域[9]。在我國，麻瘋樹生物柴油作為新興產(chǎn)業(yè)，早期吸引了多家大型企業(yè)投資，包括中石化、中石油、中海油，及一些國外和當(dāng)?shù)氐乃綘I企業(yè)。從“十五”到“十一五”，我國麻瘋樹生物柴油原料林面積增加到15.0×104hm2[8]。云南神宇新能源有限公司作為我國麻瘋樹生物質(zhì)能源示范企業(yè)，已建成年產(chǎn)3000t麻瘋樹油、3000t麻瘋樹生物柴油和3000t脫毒飼料蛋白的生產(chǎn)線，共建立100hm2科研及良種苗繁育基地，收集國內(nèi)外小桐子種源600多份，選育優(yōu)良種質(zhì)資源300余份，建設(shè)優(yōu)質(zhì)種源采穗圃26.7hm2;獲得發(fā)明專利14項，云南省林業(yè)廳認(rèn)定的小桐子優(yōu)良品種8個，新品種1個;建設(shè)3.33余萬hm2麻瘋樹基地。麻瘋樹是印度最受歡迎的生物柴油原料之一。

　　2003年，印度政府制定了“國際生物燃料發(fā)展計劃”(NationalMissiononbiofuel)，重點發(fā)展麻瘋樹生物柴油。2005年，印度石油與天然氣部宣布自次年起由石油銷售公司在12個省的20個收購中心以25盧比/升的價格收購生物柴油(含稅和運輸成本);在2006—2007年間建立了4×105hm2的麻瘋樹示范基地，對麻瘋樹生物柴油全產(chǎn)業(yè)鏈的各個階段提供資助，并計劃向種植戶提供為期4年的優(yōu)惠貸款，由國家或企業(yè)與種植者簽訂合同，以不低于5盧比/kg的價格回收種籽;2011—2012年間麻瘋樹種植面積達1.12×107hm2，以生物柴油替代20%的石化柴油[5,10]。此外，東南亞和非洲也是發(fā)展麻瘋樹生物柴油的主要地區(qū)。

　　2林業(yè)生物柴油發(fā)展的可持續(xù)性

　　可持續(xù)性決定了產(chǎn)業(yè)發(fā)展的可行性及發(fā)展前景，林業(yè)生物柴油的可持續(xù)發(fā)展是其能夠部分替代石化柴油、有助于節(jié)能減排的基礎(chǔ)。若將林業(yè)生物柴油的生命周期劃分為原料種植，收獲與運輸，生物柴油生產(chǎn)、配送、消費等5個階段，各階段均會對環(huán)境造成一定的影響[11]。例如：大規(guī)模原料種植引起的直接或間接土地利用變化、生物多樣性和森林碳儲量變化，化肥、除草劑、殺蟲劑等的使用造成的土壤質(zhì)量和森林水質(zhì)的污染，原料采儲運、柴油生產(chǎn)及運輸造成的能源消耗和廢棄物排放，生物柴油燃燒引起的污染物排放等[12]。

　　與此同時，林業(yè)生物柴油的大規(guī)模發(fā)展對區(qū)域經(jīng)濟和社會環(huán)境的影響也不容忽視，如社會福祉(就業(yè)機會、家庭收入、生活滿意度)、經(jīng)濟結(jié)構(gòu)及增長方式、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和社會文化等[13]。林業(yè)生物柴油可持續(xù)，即森林可持續(xù)經(jīng)營及生物柴油可持續(xù)生產(chǎn)使用的統(tǒng)一。森林的可持續(xù)經(jīng)營保證了生物柴油原料的可持續(xù)供應(yīng)，原料的可持續(xù)供應(yīng)是生物柴油產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，生物柴油生產(chǎn)和使用的可持續(xù)是產(chǎn)業(yè)得以恒久發(fā)展的核心。目前，關(guān)于林業(yè)生物柴油可持續(xù)性的研究多集中在全生命周期環(huán)境排放、經(jīng)濟可行性、能量平衡等方面，與其它生物質(zhì)能源可持續(xù)性研究類似[2,14-15]，然而，基于樹木生長周期長的特點，針對原料培育階段可持續(xù)性的深入研究甚少，尤其是不同時期產(chǎn)量、經(jīng)營措施等對原料林可持續(xù)性的影響等。

　　3結(jié)論與建議

　　3.1結(jié)論

　　1)林業(yè)生物柴油發(fā)展集中在亞洲、非洲和拉丁美洲等發(fā)展中國家，如馬來西亞、印度、泰國、中國、墨西哥、坦桑尼亞等地，原料主要來自棕櫚油和麻瘋樹油;林業(yè)生物柴油發(fā)展的可持續(xù)性研究分為經(jīng)濟、環(huán)境和社會3方面，其中，環(huán)境可持續(xù)性研究主要集中在測算全生命周期GHG排放量、評估GWP和能量平衡、分析副產(chǎn)品的效益等方面，不同的原料培育系統(tǒng)及由種植原料林導(dǎo)致的LUC引起的碳排放逐漸成為熱點。

　　2)對于LCA而言，原料培育階段的清單數(shù)據(jù)有50%以上來源于數(shù)據(jù)庫和文獻等二次數(shù)據(jù)，實地測量或調(diào)研的較少。原料產(chǎn)量，施肥量、PFIs施用量、灌溉量等都是選取某一年的數(shù)據(jù)或平均值作為評價數(shù)據(jù)，副產(chǎn)品利用率、LUC等其它數(shù)據(jù)多停留在預(yù)估和假設(shè)水平，通常偏高，影響評價結(jié)果的準(zhǔn)確性，也造成了不同研究間難以比較的現(xiàn)象。

　　3)總體上，當(dāng)前林業(yè)生物柴油發(fā)展的可持續(xù)性較弱，絕大多數(shù)生產(chǎn)項目經(jīng)濟不可行;與石化柴油相比，在GHG減排和減少非再生能源消耗方面優(yōu)勢明顯，但在其它污染物如SO2、NOx等的排放方面未顯示出優(yōu)良的環(huán)境友好性，環(huán)境綜合影響較高;產(chǎn)業(yè)社會效益尚不明顯。

　　4)原料供應(yīng)系統(tǒng)決定了當(dāng)前林業(yè)生物柴油發(fā)展的經(jīng)濟和環(huán)境可持續(xù)性。原料產(chǎn)量和原料價格是決定其經(jīng)濟可行性的關(guān)鍵因子;提高原料產(chǎn)量、減少化肥及PFIs施用可大幅減少GHG及其它氣體污染物的排放量，同時提升凈能量增益;LUC導(dǎo)致的碳收支對全生命周期GHG平衡影響巨大，熱帶雨林、灌木林等高碳儲量土地轉(zhuǎn)變?yōu)樵�料林將�?dǎo)致巨大的碳債務(wù)，償還期至少在30a以上，而荒山荒地、退化草原等低碳儲量土地轉(zhuǎn)變?yōu)樵�料林，則可增加碳儲量，從而促進全生命周期GHG減排。此外，加強林業(yè)生物柴油生產(chǎn)系統(tǒng)中的剩余物處理(空果實串、果殼、種殼、生產(chǎn)廢水等)，提高副產(chǎn)品利用率，如生產(chǎn)生物肥料、生物甘油，熱-氣-電聯(lián)產(chǎn)等，可有效提升凈能量增益、減少GHG及其他污的排放量，減小環(huán)境綜合影響。

　　3.2建議

　　林業(yè)生物柴油產(chǎn)業(yè)具有極廣闊的發(fā)展前景，但目前國內(nèi)外尚無成功案例，如全球各地的麻瘋樹生物柴油項目在建立后不到十年的時間里幾乎均以失敗告終。本文在分析了近十年的研究的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)原料供應(yīng)不足，培育成本居高不下是導(dǎo)致林業(yè)生物柴油項目失敗的核心因素，其根本原因是缺乏良種資源及高效栽培關(guān)鍵技術(shù)體系等。因此，保障林業(yè)生物柴油可持續(xù)發(fā)展，亟需突破以下產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)問題：

　　1)良種選育。加強油料樹種種質(zhì)資源收集力度，在長期、深入研究其遺傳及生態(tài)特性的基礎(chǔ)上，篩選區(qū)域優(yōu)良種質(zhì)和特異性種質(zhì)，采用嫁接育種、雜交育種和分子輔助育種等技術(shù)選育高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病性強的品種，保證原料產(chǎn)量[55]。

　　2)高效栽培關(guān)鍵技術(shù)體系。因地制宜，建立包括造林整地、矮化密植、水肥管理、整形修剪、花果調(diào)控、病蟲害防治和高效采收在內(nèi)的區(qū)域種植園高效栽培關(guān)鍵技術(shù)體系，以提高產(chǎn)量，同時減少化肥、PFIs及勞力等的使用，縮短投資回報期，降低培育成本;在我國，應(yīng)充分利用采伐跡地、自然災(zāi)害毀壞的林地等營造原料林，減少因LUC造成的碳排放;除種植園培育模式外，也可采用農(nóng)林復(fù)合經(jīng)營、四旁植樹等發(fā)展原料林。

　　3)高值化副產(chǎn)品開發(fā)。積極開發(fā)生物柴油的高值化副產(chǎn)品，實現(xiàn)原料無損耗利用，可在全生命周期內(nèi)最大程度地降低能耗和生產(chǎn)成本;尤其在我國，生物柴油市場尚未成熟，但大規(guī)模的原料林已建立，且其面積持續(xù)在增長，若能在此階段形成一種或幾種高價值的副產(chǎn)品，如生物皂苷、生物甘油生產(chǎn)，熱-氣-電聯(lián)產(chǎn)等，形成多聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)業(yè)鏈模式，不僅能扭轉(zhuǎn)企業(yè)虧損的局面，保障林業(yè)生物柴油項目的持續(xù)運營，也能在很大程度上減小其對環(huán)境的影響。與此同時，政府應(yīng)盡快完善相應(yīng)扶持政策，出臺相應(yīng)地方性法規(guī)條例。

　　當(dāng)前各國林業(yè)生物柴油發(fā)展處在起步階段，亟需政府大力支持。政府應(yīng)明確提出林業(yè)生物柴油產(chǎn)業(yè)的潛力與發(fā)展的必要性，完善相應(yīng)扶持政策，如財稅優(yōu)惠政策、農(nóng)業(yè)機械化扶持政策、碳稅政策等，給予合理的財政補貼。地方政府應(yīng)結(jié)合本地實際資源特征，出臺相應(yīng)的地方性法規(guī)條例。在林業(yè)生物柴油發(fā)展的可持續(xù)性評價方面，應(yīng)關(guān)注以下兩個方面：1)提升LCA清單數(shù)據(jù)的質(zhì)量，深入分析原料培育階段的經(jīng)濟可行性及環(huán)境影響。在樹木生長的不同階段，原料林物質(zhì)、能量的投入不同，原料產(chǎn)量不同，不同時期的經(jīng)濟收益和環(huán)境影響也各不相同。因此，可參考果園LCA的研究方法[56,57]，完善數(shù)據(jù)收集機制，詳細記錄并測算自造林年起每一年或每個階段原料林的投入、產(chǎn)出及環(huán)境排放，同時利用二次數(shù)據(jù)作為補充，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。2)完善可持續(xù)性評價體系，全面評估林業(yè)生物柴油發(fā)展的可持續(xù)性。目前，LCA主要用于環(huán)境影響評價，重點測度每個階段的輸入和輸出，未涉及因LUC及森林經(jīng)營引起的生物多樣性保護、土壤質(zhì)量、水質(zhì)等生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量的評價，在經(jīng)濟和社會影響評價等方面涉及較少。因此，在LCA的基礎(chǔ)上，可通過建立綜合評價指標(biāo)體系的方法研究原料林可持續(xù)經(jīng)營與生物柴油生產(chǎn)全生命周期的經(jīng)濟、環(huán)境和社會可持續(xù)性。

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