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燃料材利用在全球扩大引起的问题

日本《木材情报》2012年5月- 发表了日本鸟取环境大学教授根本昌彦的文章,题为“燃料材利用在全球扩大”,副标题为“资源占有与碳中性问题”。

一、引言

生物量是“碳中性”的,被解释为即使燃烧也没有碳排放。但是,由于世界燃料材需求迅速扩大,对生物量的特权地位提出质疑的声音正在扩大。最初碳中性形成于森林资源的持续管理,但在其不能得到充分保证的情况下扩大了生物量利用。相反,也有将碳中性作为一件好事抢先碳排放的动向,理由是后算账,但到几十年后,其信誉令人怀疑。而且指出,为获取生物量资源推动了土地取得及投资的国际化,无视以粮食生产为主的当地人的需求,这一事态进展很快。甚至担心,本应有益于减缓地球变暖的生物量实际上引起了社会问题和助长了地球变暖。

为理解包含这些问题在内的生物量问题的现实性,本文整理了生物量能源利用的进展状况,尤其是在观察先行发展起来的欧美动向的基础上,着眼于资源占有以及围绕碳中性问题的讨论内容。这一系列问题在日本尚未显现,但是通过固定价格采购制度木材用于发电的环境正在形成,将来生物量利用的扩大也在预料之中,这也是现在要认真考虑的重要问题。

二、世界木质类生物量的利用状况

生物量约占世界一次能源消费量约500 EJ(500×1018)的约10%。这个规模甚至大于核电和生物量以外的全部可再生能源之和。根据对2050年预测,如果在世界能源总需求量每年约600~1 000 EJ中,生物量能够提供50~250 EJ,那么就可能占能源总需求的40%(IEA,2009)。

占生物量能源90%弱的木质类原料(燃料材)在全球的利用正处于扩大的趋势。木质类原料的年均消费量已从1989-1993年的17.05亿m3增至2004-2008年的18.62亿m3,15年里增加近10%,其主要原因是占需求2/3的发展中国家薪炭材的利用。在利用量上亚洲最大,但近年以撒哈拉以南为主的非洲地区增长很快,在上述同期内已从4.52亿m3增至5.96亿m3,增长30%。在这些发展中国家,燃料材的利用是传统利用,伴随人口的增加和家用薪材需求的持续扩大而增加(巴西例外,主要是用于炼铁的木炭消费),这是森林退化和消失的原因之一。

另一方面,在欧洲燃料材利用规模较小,但在上述同期内,利用量也从1.21亿m3增加到1.44亿m3,增加20%。这是为应对气候变化,谋求在政策上从化石燃料向生物量转变的结果。例如,在供热供电领域,生物量以木质颗粒及木片的形态得到了利用。

欧盟决定并实施的2020目标提出,在2020年之前欧盟全体要实现能源需求的20%由可再生能源供应。各国设定了目标,瑞典的目标值最高,为49%。很多国家将目标的一半以上转向利用生物量来实现,因此欧盟各国使用了补助金,推进了生物量利用的政策诱导。的确,对生物量的倾斜进一步加大,但现在也有人质疑,这一政策能否持续下去。

三、木质颗粒生产与贸易动向

颗粒化技术在20世纪80年代到90年代取得了进展,但从数量上看,直到90年代末也只有斯堪的纳维亚诸国及奥地利等国有少量的木质颗粒生产。一般情况下将制材厂等木材加工厂排出的锯屑固化制成颗粒,但最近越来越多的是以原木及木片为原料生产颗粒。

木质颗粒的含水率为10%以下,热值平均为每吨17.5 GJ(17.5×109),高于其他生物量,而且便于储存和运输。木质颗粒可适应各种规模的利用,从家用暖炉到中等规模的地区供暖及热电联供系统,甚至可作为大型火力发电厂的燃料使用。

现在,木质颗粒的生产以欧洲和北美为主要地区,贸易主要发生在欧洲区域及欧美之间,但对其数量很难掌握,因为在HS公约(《商品名称及编码协调制度》国际公约)中尚未对木质颗粒进行分类。但是,根据欧盟统计局(EUrostat)2009年以后的统计,得到了在产品代码为44.01.3020(大锯屑及颗粒加工物)下的产品统计结果。

根据对2008年的估计,世界木质颗粒生产量约为1 150万t,贸易量为400万t。其中,欧洲30个国家估计有630套设备,可生产约800万t(与生产能力相比利用率为54%)。欧洲各国生产的颗粒大多为本国消费,出口量估计为270万t,且大部分为欧洲区域内的贸易。

另一方面,北美的生产量从2003年的110万t猛增至2008年的320万t。美国为180万t(生产能力的66%),加拿大为140万t(生产能力的81%)。加拿大生产的颗粒大部分用于出口,主要销往瑞典、比利时和荷兰,最近对美国及日本的出口也增加了。2007年对美国出口49.5万t,对欧洲出口74万t,对日本出口11万t等。

四、欧盟的颗粒消费动向和交易所的开设

欧盟木质颗粒消费量2009年为850万t,瑞典、丹麦、荷兰、比利时、德国和意大利消费量较大,尤其是瑞典达到180万t,而其他国家均在100万t左右。国内自给率高的国家很多,但荷兰、比利时、丹麦等在很大程度上依靠进口。

最终消费形态各国不同,瑞典、芬兰、丹麦推进了小到大的多种利用规模,奥地利、意大利和德国则主要是家庭利用,而荷兰、比利时和英国主要用于大型发电厂的混合燃料。荷兰拥有1 800兆瓦(MW)级(供应300万家庭需求)发电容量的火力发电厂,推动了木质颗粒与煤炭混燃,混燃比例将从30%提高到2015年的50%。据测算,该发电厂不久的将来将每年使用100万t规模的木质颗粒。英国也将建很多利用生物量的发电厂,不久的将来也将是木质颗粒的主要消费国和进口国。

欧洲木质颗粒贸易,以鹿特丹为中转港集结货物并运往各国。2011年11月,在鹿特丹港成立了木质颗粒交易所,这是由Anglo-Dutch电力公司、天然气交易所APX恩德公司和欧洲最大港口鹿特丹港3家公司共同成立的合资企业。交易所不仅是货物交易场所而且还是实质上决定国际行情的场所。

鹿特丹港CEO汉斯·史密斯(Hans Smits)预测,欧盟区域内颗粒交易在2020年之前至少是现在的6倍,达到6 000万t左右,预期仅在鹿特丹港,2025年之前每年大概有200万~300万t的货物交易。而且,APX恩德公司预定在颗粒交易所开展期货交易,预定3个月、8个月或3年的期货等。该公司在2012年之前开始证券业务。

针对木质颗粒需求的迅速扩大,市场基础设施也在迅速完善,但对此也出现了批评的声音。

五、英国生物量需求膨胀与批评

在英国,承担电力供应10%的RWE公司表示,在英国东南部蒂尔伯里(Tilbury)的煤炭火力发电厂将全面转向使用木质颗粒燃料。发电容量为750 MW,相当于1座核电的容量,年发电量为75万Kwh(千瓦小时)。运转开始后将成为世界最大的生物量专用发电厂。蒂尔伯里自古就是煤炭发电厂鳞次栉比的地区,但由于欧盟环境限制严格,要求在2015年之前关闭煤炭发电厂。

所需的颗粒燃料为百万吨规模,这些由美国建在乔治亚州的工厂运往英国。该州南部还盛产松树及阔叶树,年产3 000 m3,颗粒生产可持续进行。而且,RWE公司2012年度将以20亿英镑在苏格兰建设50 MW的热电联产发电厂。

生物量发电不止RWE公司,英国国内现在有31家生物量发电厂在运转,还有39家在建设中。如果这70家发电厂全部投入运转,燃料生物量按原木换算每年约5 000万t。据测算,生物量燃料中进口占有率将从现在的13%提高到68%,仅木材进口量,将相当于英国现在木材生产量3倍的规模。

对英国电力产业的生物量发展趋势,也有很多批评。例如,英国野鸟保护王立协会报告(RSPB,2011)在对迅速扩大的英国生物量产业进行综合分析之后指出,英国政府对生物量的补助金投入是典型的“政府失败”。虽然起初可从美国、加拿大、俄罗斯等以可持续的形式获得资源,但如果世界各地开展同样的项目,获取资源的竞争将加速对世界森林资源的掠夺,结果会加剧气候的变化。该报告提出了一个方案,就是利用国内的间伐材。这样也可为喜欢疏林的夜莺等野生鸟类及林内蝴蝶提供良好的栖息环境。而且,2009年运往填埋地的木质废材达到600万t、食物残渣900万t,应该将补助金用在这些废弃资源的利用上。

英国环境团体IIED的报告指出,为弥补供需缺口,对生长量旺盛的南半球国家生物量的关心迟早也会提高,巴西生物量用木片的出口日趋活跃,非洲也在迅速推进预测欧洲需求的体制建设。而且,以发展中国家为主,世界各地也在加快用于生物量造林的土地的收购及投资,“如果对生物量生产中发展中国家(尤其是最贫困国家)的问题置之不理,对土地的压力将会威胁到贫困人群的生活及粮食安全。”因此,“英国政府应该对试图在全球范围扩大的生物量扩张计划,以向市民公开的方式进行检验”(IIED,2011)。

六、碳中性问题

在2011年3月29日的欧洲议会上,讨论了重新评估碳核算规则问题,因意见对立,引起了争执。焦点在于将生物量全部作为碳中性的现行碳核算方法存在问题,必须采取什么样的评价标准是关键。例如,树木被采伐作为能源利用的时间和直到树木吸收排放的时间差问题,以及如何保证生物量供给源的森林的可持续性等问题。讨论了以级联利用为原则以及称得上碳中性的应该仅限于“附加部分”(以林地剩余材为典型)。欧盟成员国都意识到了问题的存在,但重新认识的具体提案遭到芬兰、瑞典等生物量依赖度高的国家的强硬反对。也有人认为,假如重新认识,欧洲2020年目标就难以实现了。

无论怎样,如果考虑到应对气候变暖,应该一方面阐明碳中性的概念,一方面推进生物量利用;同样一方面要考虑发展中国家的土地问题,一方面在生物量利用结构中使发展中国家处于合理的位置。的确,燃料材利用在贫穷的发展中国家在增加,成为森林消失和退化的原因。但在其他地区,通过可持续人工林(种植林)集约经营提高资源供给能力也是现实存在。问题的关键是合理的土地配置及供需平衡等综合协调的平衡发展受到质疑,这也是今后要研究解决的问题。