全 文 ：中国生态农业学报 2009年 3月 第 17卷 第 2期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, March 2009, 17(2): 375−378


程序(1944~), 男, 教授, 博士生导师, 主要研究方向为可持续农业与生物质能。E-mail: chengxu@cau.edu.cn
收稿日期: 2008-08-17 接受日期: 2008-10-11
DOI: 10. 3724/SP.J.1011.2009.00375
生物质能与节能减排及低碳经济
程 序
(中国农业大学生物质工程中心 北京 100193)
摘 要 生物质(Biomass, 原意生物量)一词出自生态学, 现已成为生物质能和生物基材料的惟一可再生性原
料的专用词。生物质可部分替代化石能源, 减少化石能源使用产生的温室气体及污染物。我国农业和农村在
节能减排中应有所作为。农业是惟一生产生物质的产业, 在我国的节能减排及向低碳经济战略转型中, 生物质
能可发挥重大作用, 也能成为生态农业的新内涵。
关键词 生物质能 节能 减排 低碳经济 生态农业
中图分类号: F3 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2009)02-0375-04
Bioenergy, reduction of energy consumption and waste discharge,
and low-carbon economy
CHENG Xu
(Center for Biomass Engineering, China Agricultural University, Beijing 100193, China)
Abstract The term ‘biomass’ has been frequently used in recent years. Borrowing from ecology, it refers to bio-energy and
bio-based materials which can significantly substitute for fossil fuel and reduce GHG (green house gases) emission. China’s agricul-
ture is a major consumer of fossil fuel and releaser of GHG. It may contribute to the less energy consumption and GHG emission in
the nation. Agriculture is a unique industry that produces biomass—a renewable feedstuff of bioenergy. In the transition period from
conventional high-carbon economy to low-carbon economy, bioenergy plays an important role in enriching China’s eco-agriculture.
Key words Bioenergy, Energy consumption reduction, Waste discharge reduction, Low-carbon economy, Eco-agriculture
(Received Aug. 17, 2008; accepted Oct. 11, 2008)
近年来, 不但“碳汇(库)”[C sink (pool)]、“碳
排放“(C emission)和“碳循环”(C cycling)这类生命
科学(含生态学)的学术用词进入了通俗话语, 甚至
连自然科学界新创造的专业用语, 如“碳中性”(C
neutral)、“碳封存”(C sequestration)、“碳足迹”(C
footprint)等, 也都很快地被西方社会科学界接受和
采用。生态经济学家们更开发了“碳税”(C tax)、“碳
交易”(C- certificate trading)、“零碳排放能源技术”
(C-free energy technology)等概念, 在公共领域和媒
体频繁出现。“低碳经济”(Low-carbon economy)则首
次出现在 2003年英国政府能源白皮书中。“碳”之所
以受到如此重视, 盖因以 CO2 和以其为代表的温室
气体造成的全球气候变化 , 已对人类造成巨大威
胁。从近代工业革命人类大规模使用煤炭算起, 到
20 世纪前期开始加速开采石油, 再到可预见的今后
300~500 年中全球煤炭资源耗尽(石油和天然气只有
几十年)。其生态实质, 就是把自然生态系统经几十
亿年的漫长进化, 才将巨量的碳, 通过具长碳链形
态的烯烃类(化石能源)封存于地下, 从而使大气中
CO2、CH4等的浓度降低到适合人类和动物生活; 而
如今, 却要在短短的几百年中, 把这些封存的碳集
中、快速地释放出来。如同打开了“潘多拉魔盒”,
必然极大地破坏生态平衡, 造成巨大灾难。
大量使用和依靠煤和石油(含天然气)的经济是
“高碳经济”, 它注定要排放巨量的 CO2, 还有 SO2
和氮氧化合物等其他温室气体, 是不可持续的。“低
碳经济”则要改用含碳量很少甚至不含碳的、并且
是可再生的燃料[1,2]。它是针对依靠使用属长碳链烃
类的煤、石油的传统“高碳”经济模式而言的, 由
国际发展界和生态经济学界的一些有识之士近年提
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出和倡导。联合国环境规划署将 2008年“环境日”
的主题定为“转变传统观念, 推行低碳经济”。
生物质(Biomass)的形成是植物同化和固定阳光
能和大气中 CO2的结果。它是释放 CO2的化石能使
用的逆向过程。从本质而言, 它应能对替代部分化
石能源和减少碳排放的绝对量起相当作用。
1 形成目前我国能耗过高、污染物和温室气
体排放量巨大的“高碳经济”的成因
近年来, 我国高层领导再三强调要走新型工业
化道路, 包括要发展“跨越式经济”。这些提法完全
符合可持续发展的要义。节能减排——具体说是在
“十一五”期间单位国内生产总值能源消耗要比“十
五”末降低 20%, 主要污染物 SO2和 COD(化学需氧
量)排放总量要减少 10%——也早已成为国家最重要
的发展目标, 写入国民经济“十一五”计划及多个
重要文件之中, 也是我国应对越来越大的国际温室
气体减排压力的利器。
1.1 中国是典型的高碳经济
目前中国仍处于“高能耗经济”阶段, 是典型
的高碳经济。“十五”和 2006 年, 我国都没有实现
年初确定的节能及减排的目标。为此“十一五”规
划提出了约束性指标, 即到 2010 年万元 GDP 能耗
在 2005年基础上降低 20％左右。2007年第一季度,
经济同比增长 11.1%, 而电力消耗却增长 14.9%。这
里涉及所谓“能源弹性系数”的概念, 即国民经济
总值每提高 1%, 相应需能源消耗量增加的百分点。
发达国家, 即使是能源利用效率最高的日本, 在工
业化阶段都经历了能源需求与国内生产总值(GDP)
之间弹性系数为 1.0 以上的阶段。但他们都登上了
廉价石油的车, 甚至是末班车; 且弹性系数很快降
至 0.5以下。而我们就没有那么幸运了。
1.2 高能耗不可持续
1980~2000 年间, 我国能源需求与 GDP 之间的
弹性系数为 0.43。但 2000~2005 年间 , 一次能耗
(Consumption of primary energy)从每年 13.86亿 t标
准煤迅速增至 22.25亿 t标准煤; 弹性系数则超过了
1.0(可持续发展要求需求弹性系数低于 0.5), 其中电
力更达 1.4。若该弹性系数水平持续到 2020 年, 届
时的年能耗将超出 50 亿 t 标准煤, 比此前最高的预
测值还要高出 50%[3]！而届时一次能源的年产量只
有不到 30 亿 t 标准煤, 特别是原油的进口依赖度已
接近 50%, 能源安全受到严重威胁。
大量化石能源(主要是煤)消费是空气污染的主
因。我国大气中 70%的 CO2、90%的 SO2以及 67%
的 NOx, 还有一半以上的总悬浮颗粒均来自煤炭。
2006 年我国因能源使用的碳排放量 14 亿 t, 仅次于
居第一位的美国。一些国际专家认为中国的碳排量
很快将超过美国。
1.3 形成高碳经济的最重要原因
形成高碳经济的最重要原因主要是过于依靠工
业特别是重化工业和常规制造业。之所以如此是因
为内需严重不足 , 因而不得不依赖基本建设投资 ,
从而产生对高耗能产品钢、水泥、玻璃等建材的巨
量需求; 同时也不得不依赖出口, 经济的外贸依存
度近 40%, 大大超过以出口商品著称的日本 (约
20%)。而重化工业及相匹配的火力发电均是耗煤特
大户; 还使第三产业的比例迟迟不能提高, 传统的
制造业虽然对 GDP增长很有贡献, 但大量消耗能源
和资源, 并大量排放温室气体(包括替那些进口中国
造产品的国家背“黑锅”), 特别是因为能源效率低
下, 使问题更加严重。
2 扩大应用生物质能有助于节能减排
2.1 农村生活和生产用能量可观且增速快
2006 年, 全国能源消费统计总量 24.6 亿 t 标准
煤, 而农村生活用能(不计入统计量)和生产用能每
年分别达 5.0 亿 t和 4.2 亿 t标准煤。其中生产用能
2/3 是煤, 能效亦不高, 生活用能的 55%仍靠沿用了
几千年传统的、热效率极低(<10%)的直燃生物质方
式, 因此排放 CO2的总量巨大。同时, 由于目前农民
人均能源消费水平只及城市居民的 1/2。可以预料,
随着农村全面“小康”和农民收入的不断提高, 农
村生活用能和生产用能数量还将会较快地大幅增
加[4]。
以渔业生产为例, 2005年我国渔船捕捞、养殖、
水产品加工、渔船/渔机制造和渔业饲料的能源消耗
折合标准煤 1 935.2 万 t, 约占我国大农业总消耗量
(2005 年为 7 971.53 万 t 标准煤, 国家统计局数据)
的 1/4。而且渔业的单位产值能耗是全国第一产业总
体水平 1.84倍, 其中捕捞业高达 8倍。
2.2 农业是污染物和温室气体的排放“大户”
在污染物和温室气体排放 [5]方面, 除农业造成
的非点源污染物(氮、磷化肥)的排放已被很多人认识
外, 还有鲜为人知的有机污染物——COD排放问题。
农产品加工业特别是淀粉、酿酒、造纸等排放大量
以 COD 衡量的高有机物浓度废水。COD 是地表水
体(湖泊、河流)富营养化的主要源泉之一, 被列为国
家考核污染治理的两大指标之一(另一项是 SO2排放
量, 主要涉及空气质量)。全国每年工业/城市 COD
总排放量 1 400余万 t, 大部分来自农产品加工业和
食品工业。
第 2期 程 序: 生物质能与节能减排及低碳经济 377


渔业生产中主要是水产养殖和海洋捕捞业排放
污染物。养殖生产的污染物主要是养殖过程中氮和
磷的排放, 捕捞生产的污染主要是柴油机燃烧的废
气、废油排放和船上生活污水排放。据推算, 我国
海水网箱养殖和池塘养殖的氮排放量可分别达 3.7
万 t和 45万 t(相比之下我国每年城镇生活污水排放
氨氮总量仅 90 多万 t)。另据测算, 全年渔业动力机
械主要是 20 多万艘海洋捕捞渔船, NOx排放总量为
42.55万 t, 占全国氮排放总量 1 860万 t的 2%(2004
年), SOx的排放总量为 19.2万 t, 相当于全国火电厂
SO2排放量 1 281万 t的 2.3%(2003年)。
2.3 有机污染物排放案例
再来看广西壮族自治区农产品加工的例子。以
甘蔗和木薯为原料的制糖业和淀粉(含酒精)业一直
是广西壮族自治区两大支柱产业。但甘蔗和木薯在
加工糖与淀粉、进而加工酒精过程中, 产生数量巨
大、以 COD衡量的有机污染物含量达数万 mg·L−1
的废液, 即所谓“高浓度有机废液”。广西全境内
分布着数百家制糖、淀粉和酒精厂, 且绝大部分是
中小规模, 缺乏彻底根治废液污染的理想技术和设
备的状况长期存在。加上还有若干造纸厂、食品厂
和酿造厂, 使得广西工业废水年 COD 排放量高达
70万余 t, 居全国各省(市、区)之首。按国家有关环
保规定, 这些废水的 COD 值必须经处理降至 300
mg·L−1 以下才能向农地排放; 如果是向水系排放,
COD 值更须降至 100 mg·L−1以下, 其处理难度之
大可想而知。
2.4 治污与获取生物质能的“双赢”
换一个角度看, 这些高浓度有机废水却是生物
质能源的理想原料。一个年产 10万 t糖蜜酒精厂, 废
液量 120 万 t,可以回收沼气 4 032 万 m3, 沼气发电
6 109万 kW·h。据估算, 广西糖厂年产生废水 800
多万 m3, 淀粉厂年产生废水 1 300多万 m3, 酒精厂
年产生酒精废水 600万 m3左右。若将其所含能量回
收利用,估计每年可获得 10 亿 m3沼气。2000 年起,
广西必佳环保科技公司与中国农业大学合作, 在引
进 TLP-UASB 技术的基础上, 针对糖蜜酒精废液和
木薯酒精废液的特点, 进行了菌群筛选优化、颗粒
污泥最适宜培养条件以及厌氧罐内部结构的改进 ,
获得了初步的成功: 在中试规模下, COD 负荷达到
25 kg·m−3·d−1, 并通过了自治区科技厅组织的科
技成果鉴定, 被认定为“居国内领先水平”。该成
果使高浓度有机废液的处理效率比目前国内通用的
UASB 技术提高近 10 倍, 而造价只有约 1/3。更有
意义的是, 由于能在 24 h内将 COD大幅降解, 可规
模化地产生数量可观的沼气, 从而为沼气的产业化
利用创造了前提条件。
2.5 我国生物质能资源潜力大
我国生物能源的资源(农、牧、林业废弃物和下
脚料)丰富, 仅农作物秸秆即年产近 8亿 t, 畜禽粪便
20多亿 t。如加以充分利用, 再加上在不适于种粮棉
油的边际性土地种植薯类(特别是木薯)、甜高粱等能
源作物, 专家估计可有年替代相当于近 1亿 t原油的
潜能[6]。而我国原油的年总产量仅 2亿多 t。生物质
能在我国未来的节能和低碳经济中占有重要地位。
主要利用家庭畜牧业的废弃物, 在 1990~2005年
的 15 年中, 我国的农户产沼气累计提供了相当于
2.84×107 t标煤的能量。按照国家 2008年可再生能
源“十一五”规划对农户沼气以及规模化沼气工程
到 2010 年年产沼气 190 亿 m3的目标推算, 到 2020
年畜禽粪便和各类有机废水(物)如充分利用, 将可
达到年产超过 600 亿 m3沼气(甲烷含量约 65%), 相
当于当前我国天然气(甲烷含量95%以上)一年的产量。
2.6 生物质能是生态农业题中应有之义
我国生态农业的基本原则之一, 就是尽量扩大
农业生态系统的第一性生产力 , 即获取尽可能多
的生物量(Biomass); 同时, 亦强调质、能的循环和多
层次利用并减少对化石能源及农用化学品的依赖。
因此 , 发展生物质能应视为生态农业的一个新
内涵。
3 应用生物质能是减少温室气体排放和实现
低碳经济的重要手段
生物质能是典型的低碳燃料[7]。就能源利用对
大气环境造成的影响而言, 生物质能有两大基本特
点 : 一是燃烧时获单位能量所产生的温室气体量 ,
只有化石能源的 1/8 左右; 二是如从生物质能的全
生命过程(Life cycle, 指从植物的种植到最终被焚烧)
来讲, 生物质能的温室气体“投”、“产”平衡, 是所
谓“碳中性”的。
3.1 生物质能的低碳性
使用生物质能特别是燃料乙醇和沼气的实质 ,
是应用碳原子远少于烃类的醇、烷类, 不但热效率
高, 而且在使用中空气污染物(如 SO2)和悬浮颗粒
(TSP)的排放量很低。如燃料生物乙醇的 CO2排放量
只有汽油的 1/8, 而生物柴油只有柴油的 1/2。它能
对节能减排和推行低碳经济作出积极的贡献。
以火力发电为例, 对比不同燃料的碳排量(每发
1 kW·h 电的 CO2排量), 无烟煤为 750 g, 石油为
500 g, 天然气为 370 g, 而生物质如以全生命周期计,
CO2 的净排量为 0 g。再比较几种主要燃料的 CO2
排放系数(每获得 4.18×106 kJ的能量排放的CO2量),
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煤炭为 360.8 g, 柴油为 294.9 g, 天然气为 210.4 g,
薪柴为 446.6 g。可以推知, 大量使用煤炭和农村燃
烧效率很低的薪柴, 是我国 CO2 排放量巨大的主要
因素之一。
3.2 生物质能的减排效应被国际广泛看重
在美国农业部和能源部联合制定的发展生物能
源及相关化工产品 2020年的三大目标中, 除部分替
代燃油及石化原料和为农民增收外, 很重要的是要
每年减少相当于 7 000 万辆汽车的碳排放量, 相当
于 1亿 t碳(或约 3.7 亿 tCO2)。欧盟国家则更将减排
列为发展生物质能的首要出发点[8]。
3.3 沼气的特殊温室气体减排效应
在我国, 发展沼气(主要成分为 CH4, CH4 的温
室气体增温当量值是 CO2的 25 倍)产业的特殊温室
气体减排效应尚未被很多人所认识。自然界特别是
农业, 每年要产生大量的 CH4。农业废弃的有机物
在很多情况下会降解和产生 CH4。如水稻田因其厌
氧环境会不断将有机物转化 CH4 进入大气; 反刍动
物因纤维素和淀粉等在胃内厌氧发酵, 会产生和通
过嗳气排出大量 CH4。全球大气中 70%多的 CH4来
自农业。若有意识地收集农业废弃的各种有机物 ,
在控制条件下转化为沼气并加以利用, 即开发沼气
产业, 就可产生巨大的减排温室气体的效果。
沼气燃料的温室气体排放因子远低于煤和石
油[9], 分别为 748 g·kg−1的 CO2和 0.023 g·kg−1的
CH4; 而煤炭则分别高达 2 280 g·kg−1CO2和 2.92
g·kg−1CH4。1990~2005 年的 15 年中, 我国的农户
沼气累计提供了相当于 2.84×107 t 标煤的能量, 相
当于减排 7.3亿 t温室气体当量[10]。按照农户沼气以
及规模化沼气工程的发展规划, 到 2020年将达到年
产约 600 亿 m3沼气, 可相应减排温室气体当量 1.2
亿 t。届时如全年全国温室气体排量达 40亿 t, 则沼
气可做 3%的直接减排贡献。如果考虑到沼气纯属
“新生”出的清洁能源这一因素, 则总的减排贡献
率将超过 5%。
3.4 生物质能的温室气体减排效应不容否定
顺便指出的是, 近日在因 2008年初世界粮价暴
涨引发的对生物能源的种种非议中, “减排效应远
不像原来说的那么大”被若干媒体反复宣传, 而且
据说有在权威科学期刊发表的研究报告的根据。事
实上, 这些研究的对象是特定的 [11], 是专指如果通
过砍伐热带雨林或开垦湿地来种植能源作物(如油
棕)再加工出生物柴油, 则这样的生物燃油的 CO2的
净减排量几乎是零。显然, 绝大多数的生物燃油并
非通过这样的方式生产。只引研究结论而不谈前提
的做法必然会产生误导。
4 结语
农业和农村问题在我国历来容易被忽视, 在节
能减排问题上可能也依然如此。但实际上, 农业和
农村既能可观地增加化石能消耗及增排污染物和温
室气体, 反过来如加以重视并处理好, 也能为节能
减排做出很大贡献。在当前和今后相当长时期内, 8
亿农民仍然是人口的主体。农民的生活、生产用能,
农业及其加工业既是全国能源消费总量和因化石能
使用导致的污染物/温室气体不可忽视的组成部分,
也是很多污染物, 包括面源污染和 COD等的主要排
放源之一。国际上在温室气体减排方面出现的机制
创新——碳排放权交易, 以及重视生物质能源对减
少温室气体排放和减轻对不可再生能源的依赖所能
起的重要作用, 都启发我们, 节能减排一定要有新
思路和新的着力点。更重要的是, 从高碳经济转为
低碳经济, 形势不允许我们像西方国家那样, 再经
历二三百年。但如何实现这方面的“跨越式发展”,
生物质能至少让我们看到一种可能性, 就像英国前
环境大臣米利班德 [8]用“跳蛙经济” (Leapfog
economy)来形容包括生物能源在内的可再生能源给
发展中国家带来的难得机遇那样。总之, 不但不应
在节能减排中忽视“三农”, 甚至将其视为包袱, 相
反, 应把农村当作节能减排战线广阔的大后方, 把
农业和农民当作节能减排的生力军, 使包括开发使
用生物质能等可再生能源在内的各种措施为节能减
排作出重要贡献。
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