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1生物质资源总量
植物进行光合作用所消耗的能量占地球所接收太阳总辐射量的0.2%,因光合作用效率较低,所吸收的太阳能最终只有少部分转化为生物质。世界全部生物质存量约为1.9万亿t,陆地与海洋合计平均最低更替率为11年,可以计算出每年新产生的生物质约为1700亿t,折算成标准煤850亿t或油当量600亿t,约相当于2007年全球一次能源供应总量的5倍(表4)。生物质产量与气候、温度、降水量、土壤、海陆位置等多种原因密切相关。一般来说,温度越高、降水量越大,生物质产量就越高,例如,热带雨林地区的平均净初级生产率达2.2kg/(m2˙年),是地球上生物质生产率最高的生态系统类型。地球陆地面积仅相当于地球总面积的29%,但陆地的生物质产量占地球全部生物质产量的比重为68%,远高于海洋所占的比重。
2耕地的生物质能资源潜力
森林每年所产生的生物质约占全球陆地生物质年产量的2/3,其次是草原和草地,约占1/5,而耕地上所生产的生物质仅占8%。目前,商业化的生物燃料生产技术还处于第一代,原料基本来自于耕地上所生产的农作物,主要有生产乙醇的玉米(美国)、甘蔗(巴西)、甜菜(欧洲)、小麦(欧洲),生产生物柴油的油菜籽(欧洲)、大豆(美国、法国)、油棕(东南亚)等,其中以玉米、甘蔗和油菜籽为原料所生产的生物燃料占80%以上。2006年,全球耕地面积为1635万km2,上述7种作物的种植面积为500多万km2,其中,玉米、甘蔗和油菜籽合计为193万km2。
3种最重要生物质原料的生物燃料生产率分别为:玉米1.4toe/(hm2˙年),甘蔗4.8toe/(hm2˙年),油菜籽1toe/(hm2˙年)(表5)。如果把这3种农作物全部用于生物燃料的生产,每年的产量加起来为3.3亿toe,仅相当于2007年全球原油产量的8%,或全球一次能源供应量的2.7%。如果将上述所列7种农作物全部用于生物燃料的生产,每年的合计产量为6.8亿toe,仅相当于2007年全球原油产量的17%,或全球一次能源供应量的5.8%。人类所生产的粮油首先应该满足食用的需要,真正可供人类作为能源开发利用的粮食和油料是非常有限的。因此,充分利用森林资源、宜林宜农边际土地资源及海洋水域资源等非耕地土地资源,研发不需要消耗粮油的纤维素乙醇等新一代生物燃料技术是生物质能未来发展方向。
3生物质能资源开发潜力预测
虽然地球上的生物质资源量丰富,然而每年新产生的生物质不可能全部用于生物质能的生产,人类能够开发利用的只是其中很小一部分。根据有关学者的研究,到2050年全球生物质能资源潜力为10~262亿toe,平均60~119亿toe,相当于生物质每年产生量的10%~20%(表6)。理论上,如果把生物质能的最大潜力充分发挥,能够满足人类对能源的全部需求,但受生态环境、可获得性、开发成本、粮食安全等多重因素的制约,可被开发利用的生物质能资源可能连表6中所列数字的下限值都达不到。
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