臧良震¹，張彩虹²

(1.清華大學中國農村研究院，北京100084；2.北京林業大學經濟管理學院，北京100083)

　　摘要：發展生物質能源產業是實現低碳經濟的一項重要措施，而生物質能源的原料供給程度直接決定著生物質能源產業的發展程度。為探討生物質能源原料供給的研究現狀和趨勢，本文在參閱相關文獻的基礎上從市場和環境需求、最適宜區域選擇、空間集中性和土地資源等多個角度對近年來國外學者有關生物質能源原料供給的研究熱點問題進行了概括和歸納，并提出注重生物質能源原料供給適宜范圍研究、強化土地資源與生物質能源原料供給能力關系研究、拓展生態環境問題與生物質能源原料供給關系研究等今后我國生物質能源原料供給研究的新趨勢。

　　一、引言

　　在全球氣候變暖的背景下，發展低碳經濟成為今后各國應對氣候變化的基本途徑(Cintas，2016)。低碳經濟的實質是提高能源利用效率和清潔能源使用比例，核心是能源技術創新和制度創新(Chang，2015)。而生物質能源是一種蘊藏在生物質中的能量，具有污染少、易燃燒、灰分低等特點，是一種廣泛的可再生能源(Bilgen，2015)。目前，全球生物質能源的潛力范圍每年大約在200EJ至600EJ之間(Ofermann，2011)，資源潛力巨大，因此，發展生物質能源是實現低碳經濟可持續發展的一項重要措施。國外生物質能源產業發展起步較早，相比之下，我國生物質能源產業體系尚不成熟，產業發展尚未形成共識，專業化市場程度較低(國家能源局，2016)。在生物質能源產業發展落后的同時，我國到2020年要完成萬元國內生產總值能耗比2015年下降15％的目標，在低碳減排方面也面臨著較大的壓力(國務院，2017)。因此，通過開發生物質能源等可再生能源，可以優化能源結構，實現低碳減排，對中國能源、經濟和環境的全面協調發展具有重要的戰略意義(Elmore，2008；Zhang，2015)。

　　《生物質能發展“十三五”規劃》中指出，當前我國生物質能源發展中面臨著原料難以大規模收集、就近轉化程度低、分布式商業化開發利用嚴重不足等重要問題，這嚴重制約著生物質能源的區域發展。因此，如何實現原材料的就近收集和就近轉化成為保證我國生物質能源產業可持續發展的一個最基本問題。

　　本文以生物質能源原料供給為研究點，通過剖析當前國外的研究文獻，把握有關生物質能源原料供給的研究熱點，掌握現有國外學者的研究視角和研究思路，在評述的基礎上提出國內生物質能源原料供給問題的研究方向和趨勢，這將為今后國內學者在生物質能源原料供給方面的研究提供思路，進而為我國“十三五”時期生物質能源產業發展目標和節能減排目標的實現提供重要的科學參考。

　　二、需求視角下的生物質能源原料供給研究

　　(一)市場需求視角下的原料供給研究

　　生物質能源是可再生能源中的一種重要類型，生物質能源的現代化利用對全球氣候變化和能源安全具有重要的貢獻作用，尤其是在能源缺乏地區其地位尤為顯著(Mao，2015)。當前，生物質能源已經成為全球繼石油、煤炭和天然氣之后的第四大能源，在國際能源轉型中具有重要的戰略地位，目前全球生物質能源每年大約占能源需求總量的10％左右，尤其是近年來隨著生物質能源開發技術的不斷發展，極大地提高了生物質能源的供給能力，并取得了一定的成就(Horst，2011)，截止到2015年，全球生物質成型燃料產量約3000萬噸，生物質發電裝機容量約1億千瓦，沼氣產量約為570億立方米，生物液體燃料消費量約1億噸，整體來看與過去相比均有大幅增長(國家能源局，2016)。并且在一些國家，生物質能源極大地滿足了當地的能源需求，如加納的生物質能源利用已經占到主要能源利用總量的64％左右(Duku，2011)。

　　然而，雖然生物質能源資源潛力總量較為豐富，但是由于社會能源總需求量在不斷提高，生物質能源的供給總量遠遠不能滿足當前的能源總需求。如歐洲地區由于土地可利用面積相對較小，并且部分地區受氣候條件等因素的限制無法進行生物質能源原料供給，因此生物質能源產量將無法滿足歐洲地區的生物質能源需求(Cosentino，2012)；Szymanska等(2015)通過對波蘭生物質沼氣發電產業的研究也證實了以上觀點，認為雖然市場能源需求總量較大，但是生物質沼氣發電由于受到資源供給因素的制約而發展緩慢，生物質沼氣發電裝機總量僅為總裝機容量的0.5％左右。因此，對某一區域而言，由于受到諸多條件的限制，生物質能源只能作為傳統能源的補充，如Xue等(2014)通過對美國康涅狄格州生物質能源原料供給能力進行研究后便證實了以上觀點；Duarte等(2016)在對哥倫比亞咖啡作物截桿資源進行研究后指出，該資源不足以滿足市場對生物質能源生產的需求，并且在2014年、2017年、2020年和2023年分別只有需求總量的81.07％、76.61％、52.23％和51.09％左右，市場滿足能力在逐步下降”。

　　(二)環境需求視角下的原料供給研究

　　生物質能源的原材料主要包括能源作物、薪柴、農業殘余物、林業殘余物、動物糞便等多種形式。眾所周知，生物質能源具有污染少、易燃燒、灰分低等特點(Bilgen，2015)，尤其是農業生物質能源和林木生物質能源，因其以植物為載體，而農作物和森林資源遍布世界各地，資源量較大，植物在生長過程中還可以通過光合作用將大氣中的二氧化碳進行吸收，并以生物量的形式固定下來，因此在應對碳減排中能夠發揮重要作用，所以生物質能源是實現低碳經濟和應對氣候變化的重要選擇(Long，2013)。絕大部分研究認為，生物質能源利用是整個社會低碳經濟發展的必然趨勢，其對生態環境改善能夠產生較大的促進作用(Cosentino，2012)。

　　但有的學者對此提出不同的觀點，認為生物質能源作為一種自然資源，過度的開發利用將破壞整個生態環境的平衡，具有一定的負向影響作用，因此區域生物質能源的原料供給需控制在一定程度范圍之內。

　　如Ooba等(2016)研究指出，日本東部地區雖然生物質能源資源潛力較為豐富，但是生物質能源發展與生態服務之間存在較為突出的矛盾，這些區域生物質能源的集中生產將會降低該區域的生態系統服務功能，因此生物質能源原料需在生態系統服務功能不被破壞的前提條件下進行供應；Sesmero(2014)通過研究美國內布拉斯加州的農業剩余物類纖維質生物質能源生產與地下水資源之間的關系后指出，隨著生物質能源的開發利用，該區域地下水資源的消耗量剛開始呈現出持續減少的變化狀態，之后才緩慢地恢復到正常水平，因此生物質能源原料的供給還需考慮到水資源的保護。除生態系統服務功能和水資源對生物質能源原料供給具有約束力之外，生物多樣性保護也同樣存在一定的要求。若大規模開展農林生物質能源作物種植，農林作物的品種結構將產生單一化趨勢，因此將會破壞地區的生物多樣性。Blanchard等(2015)建立了一個涵蓋生物種類分布、地表屢被、土地容量和生物多樣性保護等多因素結構框架，系統的分析了南非東開普地區生物質能源生產對生物多樣性保護的影響及潛在風險，研究發現，若實現生物多樣性目標則可利用的土地資源將減少15％左右，因此對農林生物質能源的原料供給將會產生一定的影響。

　　三、生物質能源原料供給的空間區域研究

　　(一)原料供給最適宜區域研究

　　當前，生物質能源產業緊緊圍繞著農林牧產業的發展而發展，大多數原材料均來自于農林牧產品的副產物，因此，大農業產業的區域布局從實質上影響了生物質能源的原料供給分布狀況。當前，國外較多學者從宏觀的角度對生物質能源原料適宜性區域進行了分析。如Shane(2016)研究指出，贊比亞生物質能源最適宜原料供給區域位于東部地區和南部地區的Eastern和Southern兩個省份；Hiloidhari(2014)研究指出印度生物質能源原料供給最適宜的區域位于UttarPradesh省及其周邊地區；Rios(2013)研究指出墨西哥農業生物質能源原料供給最適宜的區域位于東北地區和西北地區，林木生物質能源原料供給除以上兩個區域外東部沿海區域也較為適宜。以上研究均是從宏觀的角度出發，通過評價現有農林牧產業發展的分布狀況，在此基礎上剖析生物質能源原材料的供應程度，進而對生物質能源發展的最適宜區域進行甄選。

　　除此之外，也有國外學者從微觀視角出發，研究某一具體區域內生物質能源原料供應的范圍和距離，對原料供應的核心區和緩沖區進行劃分，進而判斷適于生物質能源生產的最優范圍。如Paredes—Sanchez等(2016)研究了西班牙Asturias地區煤炭生產區域的林木生物質能源資源潛力狀況，研究指出，在中央煤炭生產區域林木生物質能源資源潛力每年大約為18843噸，并且以區域內中心點出發其周邊50千米范圍內的范圍為林木生物質能源原料供給的核心區域，每年供給潛力可以達172163噸。

　　(二)原料供給的空間集中性研究

　　雖然當前全球蘊藏著豐富的生物質能源資源，然而由于受到自然條件、技術條件、政策支持、社會經濟發展等多種因素的影響，不同地區不同類型生物質能源原料供給分布極不均衡，并呈現出較強的空間集中性特征(Pettersson，2015)。從全球生物質能源原料供給潛力分布來看，供給潛力較高的區域主要集中在亞洲、非洲和南美洲，歐洲、北美洲和大洋洲的供給潛力較低(Offermann，2011)；全球生物柴油原料供給主要集中在美國、巴西、西班牙和荷蘭，而木質顆粒燃料的原料供給主要分布在美國、加拿大、俄羅斯和德國(Kuparinen，2014)E27；全球微藻類生物質能源原料供給能力較高的區域主要集中在澳大利亞、巴西、哥倫比亞、埃及、埃塞俄比亞、印度、肯尼亞和沙特阿拉伯等國家(Moody，2014)。

　　除此之外，也有國外學者就某一具體國家的不同類型生物質能源原料供給的空問集中性進行了研究。如美國的微藻類產量每年能夠達到20—27m／ha以上的區域主要分布在太陽輻射較強的區域及全年溫度高于零度以上的區域，具體來看主要分布在美國東南地區、夏威夷、佛羅里達和德克薩斯西部地區，微藻類產量每年在8—14m／ha的區域主要分布在輻射強度和溫度較低的區域，主要集中在美國東北區域和山地西部區域(Quinn，2012)；美國玉米秸稈類剩余物生物質能源的原料供給將長期集中在愛荷華州及其周邊區域，大麥和小麥秸稈類剩余物生物質能源的原料供給將長期集中在中東平原地區和西北太平洋地區，稻谷類剩余物生物質能源的原料供給將長期集中在中南地區和加州地區，高粱類剩余物生物質能源的原料供給將長期集中在中南地區和中東平原地區(Muth，2013)；美國以柳枝稷為原料進行生物質能源生產的區域主要集中在東南和中西部地區，其次為東北區域(Evans，2010)；澳大利亞農作物生物質能源原料供給的集中區域主要分布在東南地區和西南沿海地區(Herr，2011)。

　　四、土地資源與生物質能源原料供給關系研究

　　(一)土地可利用量對原料供給的影響研究

　　當前，在全球氣候變暖和社會經濟發展的雙重壓力下，生物質能源的需求在不斷增加，生物質能源產業得到快速發展(PaschMidou，2016)。但是，隨著產業的不斷發展，糧食供給與生物質能源原料供給之間的矛盾日益突出，尤其是對農業生物質能源而言，在土地資源有限的條件下，能源類作物種植面積的增加必將會導致糧食作物種植面積的減少，因此如何解決土地與生物質能源原料之間的供需問題成為當前國外學者研究的一項熱點問題(Bos，2016)。

　　土地資源的可利用量是生物質能源原料產量的決定因素(Saha，2015)，若可用于能源類作物種植的土地面積增加，在氣候和其它自然條件穩定的情況下生物質能源資源原料的產量也伴隨著增加，所以生物質能源產業的發展則具有最基本的保障(Wightman，2015)。因此，估算和分析某一區域生物質能源原料生產的可利用土地面積是當前關注的一個焦點。

　　Lossn等(2015)研究了巴西現有可利用土地資源是否對農業生物質能源的原料供給產生影響，研究指出，除亞馬遜河流域生態保護區域之外，巴西共有37Mha的剩余土地資源可供進行農業生物質能源原料生產，其面積相當于當前農作物種植面積的一半左右，從區域分布來看，一半左右的可利用土地主要在巴西的東南區域，在國土面積中占20％左右，其次為東北區域(約為8Mha)、中東區域(約為7Mha)和南部區域(約為3Mha)，并且MinasGerais州的土地可利用面積最大，面積約12.5Mha。

　　既然生物質能源原料生產與部分農作物尤其是糧食作物生產之間存在爭地矛盾，為此，有的學者研究了農作物產量目標實現的前提下生物質能源原料供給能力問題。eyereisen等(2013)以美國玉米和大豆生產區域為例研究了冬季黑麥作物可種植的面積和生物質能源原料供給能力的問題，研究發現，在現有的用于玉米耕種的土地上，有7.44Mha的土地適于冬季黑麥種植，在玉米和大豆交替耕作的土地上，有31.7Mha的土地適于冬季黑麥種植，黑麥生物質的供給潛力大約為112至151Tg之間，所產生的生物質能源資源潛力大約在2至2.6EJ之間。

　　(二)邊際土地對原料供給的影響研究

　　若可利用土地資源較為集中，生物質能源原料供應成本下降，生物質能源最終產品的成本則較低(Ha，2015)。然而，土地資源具有多用途性，除了耕地、林地、草地、工礦交通和居民點用地之外，可利用土地的分散性較為嚴重，因此若用這部分土地進行生物質能源原料供應，則需進一步判別成本與收益之間的關系，因此研究邊際土地對生物質能源原料的供應影響具有重要的實際意義。全球75％的能源需求主要來自于城市，盡管城市地區的能源生產無法滿足自身的能源需求，但城市中的部分土地資源可以用于農林生物質能源原料的生產，進而滿足城市內小區域范圍的供熱和發電(Pantaleo，2014)。因此，研究城市邊際土地利用背景下的農林生物質能源原料供給潛力問題是當前國外關注的一個焦點。但現有的研究均指出，邊際土地對生物質能源原料供應的潛力較小。如Saha等(2015)對美國波士頓城市邊際土地用于生物質能源原材料生產的潛力進行研究后發現，若城市邊際土地用于楊樹種植，每年大約可以提供42130噸生物質，通過生產每年大約可獲得生物質能源745TJ至830TJ，從比例來看僅相當于馬薩諸塞州2012年能源需求總量的0.6％；Xue等(2014)以美國康涅狄格州為研究對象，通過運用土地利用適宜模型評價了該地區邊際土地中用于乙醇生產的小黑楊森林資源的可種植程度，并指出該州43％的邊際土地無法進行小黑楊種植以進行生物質能源原料供應，6％的邊際土地進行種植時生產率將會較低，剩余土地中只有27％的邊際土地符合適宜性的概念，但其中只有5％的邊際土地具有高度適宜性。

　　五、評述與啟示

　　發展生物質能源產業是實現低碳經濟的一項重要措施，而生物質能源的原料供給程度直接決定著生物質能源產業的發展程度。本文梳理了國外生物質能源原料供給相關研究成果，發現國外生物質能源原料供給研究主要涵蓋在以下幾個方面：市場和環境需求下的生物質能源原料供給研究、原料供給的最適宜區域選擇研究、原料供給的空間集中性研究和土地資源與原料供給的關系研究等?？傮w來看，國外關于生物質能源原料供給的研究呈現出以下幾個方面的特征：第一，研究內容具有較強的系統性。如對生物質能源的原料供給研究已不再僅僅局限于市場需求的角度，既涵蓋市場因素，又涵蓋環境因素，在整個能源一環境一經濟系統中探討生物質能源的原料供給問題成為國外研究的一個新趨勢。第二，研究結論具有較高的實踐應用價值。如對區域內原料供給的最適宜范圍研究、城市邊際土地在生物質能源原料供給中的作用研究等，均具有較強的實踐價值，對區域生物質能源原料供給方案制定或項目選址具有一定的指導意義。第三，研究視角具有較強的創新性。如從逆向角度研究環境約束下的生物質能源原料供給問題、從邊際土地視角研究原料供給問題等，拓展了有關生物質能源原料供給問題的研究范圍和領域。整體來看，國外生物質能源原料供給研究內容較為全面，研究視角呈現多樣化。“十三五”時期是我國實現能源轉型升級的重要時期，因此我國生物質能源產業發展面臨著重大的機遇(國家能源局，2016)，作為產業研究的基礎，生物質能源原料供給研究也必將成為研究的新焦點，在今后的研究中，應充分借鑒國外經驗，加強以下幾個方面的研究：

　　首先，注重生物質能源原料供給適宜范圍研究?？v觀國外生物質能源原料供給適宜范圍的研究文獻，研究視角從全球層面研究、國家層面研究逐步向小區域研究等微觀層面擴展，研究內容逐步深化。當前，我國《生物質能發展“十三五”規劃》中已經從國家層面明確了生物質能源原料供給的區域分布和供給優勢，但存在生物質原料難以實現大規模收集等諸多困難，“探索就近收集、就近轉化、就近消費的生物質能分布式商業化開發利用模式”是當前我國生物質能源發展面臨的一項重要難題，也是“十三五”時期我國生物質能源發展的一項重要任務。因此，充分借鑒國外學者對微觀區域原料供給最優范圍選擇研究的思路和視角，結合我國各地區生物質能源原料分布的實際情況，探討微觀區域生物質能源原料供給的最優范圍和供給能力，這應是今后國內研究所注重的一項重要課題。

　　其次，強化土地資源與生物質能源原料供給能力關系研究。土地是進行生物質能源原料供給最基本的保障，國外學者有的從土地可利用量的角度對原料供給能力進行分析，也有從邊際土地的角度進行分析。我國的現實情況是人多地少，2020年人口將由當前的l3.75億達到14.2億(國家衛生計生委，2017)，耕地保有量將繼續維持在現有水平即18.65億畝左右(國務院，2017)，因此土地資源與原料供給即相互矛盾又相互補充，即一部分生物質資源原料生產存在與糧爭地的問題，一部分生物質能源原料依賴于作物產量，所以我國土地資源與生物質能源原料供給能力的研究應充分借鑒國外的研究成果，加強微觀區域內土地資源對原料供給能力的影響研究，尤其是結合地區糧食用地的實際情況加強研究邊際土地對區域生物質能源原料供給能力的提升問題。

　　最后，拓展生態環境問題與生物質能源原料供給關系的研究。國外學者除了對生物質能源利用產生的環境效益進行評價之外，還從逆向的角度出發研究環境約束下的生物質能源原料供給問題，具體涉及到生態系統服務、水資源、生物多樣性等生態系統平衡問題。國內當前研究還僅局限于前者研究，對區域內生態環境約束下的原料供給能力問題的研究相對較少，而我國地域面積廣闊，生態環境系統復雜，因此探討不同區域生態環境對生物質能源原料供給能力的影響研究需成為今后關注的一項重要問題。