爐具網訊：以下文章來源于科技導報，作者石元春。

作為第一產業(yè)的農林業(yè)是唯一的碳匯產業(yè)，具有碳減排與碳吸存雙重功能，在實現(xiàn)國家碳中和目標中處于重要位置。

農林碳中和工程是集保護環(huán)境、能源換代、做強農業(yè)-鄉(xiāng)村振興-惠及農民于一役的國家工程，乃國之重器。

2020年9月，習近平主席在第75屆聯(lián)合國大會上提出，中國“二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”，這是時代強音、偉大承諾和艱巨的國家使命。

“碳中和”是通過全方位的碳減排與碳吸存，達到碳零增長的終極目標；是政府主導、企事業(yè)單位和全民參與的偉大動員。

作為第一產業(yè)的農業(yè)（含林、牧、漁業(yè)）在實現(xiàn)國家碳中和目標中處于重要位置。

碳交換的前世今生

地球大氣圈的組成主要是氮和氧，二氧化碳很少。

4億年前，地球陸地出現(xiàn)生物，特別是出現(xiàn)光合力強的高等植物，利用太陽輻射能，吸收大氣二氧化碳與土壤中的水分，合成碳水化合物，構成生物體，使碳和化學態(tài)能量得以保存和積累。

生命與生物質的出現(xiàn)，是地球發(fā)展史上的一座偉大里程碑。

導致地球上碳與化學態(tài)能量不斷加積的載體是生物質，在長期地質過程和地質作用下，生物質體的碳水化合物持續(xù)脫氧，轉化為碳氫化合物，始有今日之煤炭、石油與天然氣，故稱之“化石能源”。

生物體將地球大氣圈的二氧化碳吸收富集并轉移封存到了巖石圈。

18世紀工業(yè)革命至今的200多年里，人類打開了“潘多拉魔盒”，將深埋地下的煤炭、石油和天然氣大量開采使用，將億萬年前封存地下的碳又放回到大氣中，其溫室效應導致全球氣候變暖和人類生存環(huán)境惡化。

這些溫室氣體的80%來自于化石能源。

20世紀后半葉，人類社會開始覺醒，提出“可持續(xù)發(fā)展”的概念，于1992年簽署《聯(lián)合國氣候變化框架公約》，并于2015年通過《巴黎協(xié)定》，急切要求替代化石能源，減少二氧化碳排放，放慢全球變暖步伐。

中國正在大規(guī)模進行工業(yè)化建設，能源消費劇增，2018年二氧化碳排放量約為100.2億t，要在2060年實現(xiàn)碳中和，目標非常艱巨。

中國的第二、三產業(yè)是化石能源的主要消費者，主要碳排放者，是碳源；唯有從事生物性生產的第一產業(yè)是吸多排少的碳匯，是為二、三產業(yè)持續(xù)提供替代能源的重要基地。

地質時期的生物質吸碳聚能，當代的生物質不僅能吸碳聚能，還可通過現(xiàn)代技術轉化為可再生清潔能源，替代化石能源以減排二氧化碳。

生物質還可以實現(xiàn)負碳排放，防治大氣污染與農業(yè)面源污染，生產綠色材料與有機化工產品，做強農業(yè)與振興鄉(xiāng)村經濟等。

農林生態(tài)系統(tǒng)像個萬花筒與百寶箱，需要人們去了解、探尋和開啟它豐富的碳中和潛能。

解鈴尚須系鈴人，且觀今日之生物質將何為！

據國際政府間氣候變化專門委員會（IPCC）第五次評估報告（2013）披露，“生物質能和碳捕獲/封存（BECCS）是極少有的，能將近幾百年來被大氣吸收積存的二氧化碳吸出與移走的技術”。

綠色供暖與發(fā)電

煤碳是第一大碳源，替煤的擔子最重。替煤者多，然效果大相徑庭。

2013年霧霾大爆發(fā)，國務院緊急發(fā)布的《大氣污染防治行動計劃》提出的重要舉措是“煤改氣”。

本已“氣荒”多時的國內天然氣驟然吃緊，四方告急。

氣不夠，“煤改電”行不行？不行，太貴，且多來自于煤。風能太陽能行不行？不行！杯水車薪，遠水不解近渴。

此時，原料充足、制作簡便、靈活機動、改燒容易，且熱值接近于煤卻比煤干凈，排放標準接近天然氣卻價格便宜一半的生物質顆粒燃料脫穎而出，臨危受命。

當時每年有上億噸秸稈被露地焚燒，污染大氣，肆意排碳，如以秸稈制成成型燃料替煤，豈非一舉兩得，雙重環(huán)保？

克霾減排，用煤大戶可以清潔燃燒，然而年耗煤約5億t，高度分散的60多萬個中小燃煤鍋爐是最大難題。生物質成型燃料無疑是最佳選項。

《大氣污染防治行動計劃》發(fā)布后的一年多時間里，國務院與國家能源局連發(fā)8次“緊急通知”，要求以成型燃料供熱緩解“煤改氣”。

2015—2019年的4年間，生物質成型燃料年生產能力由900萬t增長到1500萬t，已發(fā)展成為一個覆蓋酒店、學校、醫(yī)院、居民小區(qū)、商業(yè)辦公區(qū)、工業(yè)園區(qū)，涉及食品、醫(yī)藥、機械、化工等眾多領域的綠色供熱產業(yè)。

同此，生物質發(fā)電也是替煤減排的簡便有效辦法，特別是對遍布中小城市的中小火電廠。

到2020年底，生物質發(fā)電累計投產項目1353個，裝機容量2952萬kW，年發(fā)電量1326億kW·h，可比肩于一座三峽電站。

生物質發(fā)電的年均小時數在7000 h以上，而風電僅2000多h，光伏發(fā)電1600多h；據測算，每投資1億元人民幣，可生物質發(fā)電7.49億kW·h，風電僅2.48億kW·h，光伏發(fā)電1.68億kW·h。

且生物質發(fā)電穩(wěn)定，原料貼近消費市場，不需遠程傳輸，又有利于振興農村經濟，優(yōu)勢突出，何樂不為。

然而，“十三五”期間政府大量投資風電與光伏發(fā)電，裝機容量分別是生物質發(fā)電的8.86倍和8.65倍，且“十四五”仍然如此，建議在實現(xiàn)碳中和目標中，將“綠色供熱發(fā)電”作為重點之一。

就全球而言，商業(yè)生物質能源中的“綠色供熱發(fā)電”占到七成，以歐洲最發(fā)達。

石油替代與減排

石油，碳中和中的另一重要碳源和替代減排重點。液體燃料是運輸工具的主要動力，現(xiàn)代社會的“血液”。

然而，石油基液體燃料不僅排放二氧化碳和一氧化碳，還有碳氫化合物、氮氧化合物等有害物質，汽車尾氣與輪船劣質柴油嚴重污染大氣與水體。

20世紀70年代的世界石油危機，催生了生物乙醇等生物基燃料對石油的替代。

美國自2005年頒布新能源法到2015年的10年間，玉米乙醇減排二氧化碳5.9億t和減少石油進口19億桶。2018年以38%的玉米總產生產了4830萬t玉米乙醇，占全國石油消費量的10.3%，減少石油消費5.4億桶。

2018年歐盟的可再生運輸中90%是生物燃料。在巴西，甘蔗乙醇已成為國家支柱性產業(yè)，是全國汽油消費量的1.5倍。

但是，以糧食為原料生產燃料，詬病不斷。

于是人們將目光從生物質組分中的淀粉移向了占組分2/3的纖維素、半纖維素與木質素，并稱之二代生物基原料。

美國還提出溫室氣體排放比化石燃料低50%以上者方為“先進生物燃料”，于是，纖維素乙醇成為各國研發(fā)熱點，只可惜久攻而不克。

2015年聯(lián)合國巴黎氣候峰會后，大多數簽約國在上報的承諾計劃書中，都把開發(fā)生物燃料作為減排溫室氣體的重要手段，特別是基于熱化學法生產車用液體燃料，以及生物天然氣成為新寵。

在這場全球性的，以二代技術開發(fā)二代原料的競技場上，出現(xiàn)了一支中國奇兵。

武漢陽光凱迪集團對生物質氣化-費托合成燃油技術攻關8年，一座1萬t級生產線于2013年1月正式投產，進入同類技術的國際領先行列。

2015年8月，中國科學院向中央呈文稱，“我國有望破解當前生物質能發(fā)展困局”，建議國家“加強對生物質合成燃油產業(yè)的政策支持”。

遺憾的是，2018年，凱迪集團內部發(fā)生問題退市，這個即將大放異彩的國際領先項目不幸擱淺。

此外，內蒙古俏東方集團自行開發(fā)的“碳酸二烷酯型生物柴油”，品質與環(huán)保性能顯著優(yōu)于常規(guī)柴油；中國科學院廣州能源研究所研發(fā)的秸稈制生物航空煤油，清華大學的甜高粱稈乙醇重整制氫等在技術上都處在國際前列，都有沖鋒陷陣的潛質。

生物乙醇在中國出現(xiàn)最早，卻20年乏善可陳，但不等于液體燃料替代不重要。恰恰相反，中國石油的對外依存度接近70%。

為了國家能源安全與保護環(huán)境，為了實現(xiàn)碳中和目標，石油替代減排十分重要，大有可為，大有作為。

負碳排放，潛力巨大

生物體吸碳排碳，理論上是零碳排放，怎么會有“負碳排放”？

畜禽糞便在自然條件下發(fā)酵釋放出的甲烷，其溫室效應是二氧化碳的25倍，如以其生產沼氣與生物天然氣去替代化石能源，即是“以污治污”，再加上飼料生長期間的吸碳，其全生命周期為負碳排放。

據瑞典Lund大學研究，按每獲得1kW·h 做功，煤、天然氣、風能、沼氣與生物天然氣的二氧化碳排放量分別是508~897g、398g、61g、-414g。即沼氣的碳減排能力是風能和太陽能的4.6~18倍。

又據德國能源署資料，每行駛公里排放的二氧化碳當量，汽柴油、天然氣、生物天然氣分別為156~164g、124g、5g。即生物天然氣的碳排放只是化石天然氣的1/25。

在歐洲，重型柴油車改用生物天然氣后，微粒物（PM）和NOx排放量分別減少了97%和86%。

國際能源組織（IEA）報告稱，以生物天然氣替代常規(guī)天然氣是最有希望的減排技術。

德國有沼氣-天然氣生產廠1萬余家，全國生物發(fā)電產能的68%（7.1GW）來自沼氣-生物天然氣。

生物天然氣還有一個可貴稟賦，即物質循環(huán)優(yōu)質。

生物質在高溫燃燒條件下，植物營養(yǎng)元素揮發(fā)固結殆盡，不能繼續(xù)參與物質循環(huán)。而常溫條件下的厭氧發(fā)酵，生物質的植物營養(yǎng)元素全部保留于沼渣沼液和以優(yōu)質有機肥回歸土壤。

負碳排放的微生物沼氣發(fā)酵與提純?yōu)樯锾烊粴饧婢呷ノ邸p排、保土、增收的效果，一石四鳥。

“十二五”期間，中國農業(yè)面源污染上升為第一污染源，主要是養(yǎng)殖場每年產生的大量畜禽糞便不經處理排向水體以及上億噸秸稈的露地焚燒。

如果以畜禽糞便與作物秸稈為原料生產沼氣和生物天然氣，全國有機物污染的化學需氧量（COD）總排放量則可減少一半。

2016年12月，習近平總書記在中央財經領導小組第十四次會議上指出：“加快推進畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理和資源化，關系6億多農村居民生產生活環(huán)境，關系農村能源革命，關系能不能不斷改善土壤地力。治理好農業(yè)面源污染，是一件利國利民利長遠的大好事，要堅持政府支持、企業(yè)主體、市場化運作的方針，以沼氣和生物天然氣為主要處理方向，以就地就近用于農村能源和農用有機肥為主要使用方向。”

習近平總書記將沼氣-生物天然氣與農業(yè)廢棄物處理和資源化、防治農業(yè)面源污染、能源革命、改善農民生產生活環(huán)境、提高土壤肥力聯(lián)成了一體。

中國有241個畜牧大縣，有年800億m³生物天然氣的產量。中國是農業(yè)大國，生物天然氣的資源非常豐富，具有年生產生物天然氣2000億m³和減排4.2億t二氧化碳的潛力。

負碳排放，潛力巨大，是實現(xiàn)碳中和目標的強大武器。

防治白色污染，兩全其美

石油基塑料的大分子與復雜結構使它在自然條件下幾百年也不能降解，塑料垃圾導致的“白色污染”已嚴重威脅人類社會的可持續(xù)發(fā)展。

中國是年消費過億噸的世界最大塑料消費國，更令人擔憂的是，也是農用地膜使用量最大的國家。

覆膜的增產效果明顯，然殘存在土壤的塑料碎片越積越多，影響作物根系發(fā)展和吸收水分養(yǎng)分，導致土壤結構惡化和肥力下降，中國農田每6畝就有1畝覆膜。

世界上越來越多的國家發(fā)布了“限塑令”和“禁塑令”。

2019年9月，習近平總書記在中央深化改革委員會第十次會議上強調：“應積極應對塑料污染，牢固樹立新發(fā)展理念，有序禁止、限制部分塑料制品的生產、銷售和使用，積極推廣可循環(huán)易回收可降解替代產品，增加綠色產品供給。”

尋求對石油基塑料的替代，已有半個世紀。

一種是與10%左右的淀粉或碳酸鈣共混并加入光熱催化劑，可以讓廢棄塑料破碎成微粒，但90%的石油基成分仍不能降解。這肯定不是解決問題的辦法，但卻流行于市。

另一種是生物基的聚乳酸PLA生產的全生物降解塑料，可以在自然條件下全部降解，且生產過程的二氧化碳排放量只相當于石油基塑料的20%，這才是真正解決問題的辦法。目前世界上只有美國與荷蘭兩國可以規(guī)模化生產，因價格高而市場有限。

2018年全球生產塑料近3.6億t，而生物基塑料占比不到1%。可見對全生物降解塑料需求之急與市場潛力之大。

《科學美國人》與世界經濟論壇聯(lián)合發(fā)布的2019年全球十大新興技術中，全生物降解塑料排位第一。

令人高興的是，中國安徽豐原集團攻關20年，自主研發(fā)的年產10萬t聚乳酸項目首期工程于2020年8月成功投產，包括塑料與化纖產品。由于采用了非淀粉的甜高粱桿和纖維素原料，成本比用玉米生產聚乳酸低20%，技術、產品質量與成本都在世界前列。

中國有望在“白色污染”防治上，像“高鐵”一樣為世界做出貢獻。

1998年美國國家科學院給總統(tǒng)的咨詢報告中說：“生物基產品行業(yè)最終可以滿足美國90%以上的有機化學產品和50%液體燃料的需求。”1999年克林頓發(fā)布的“開發(fā)和推進生物基產品和生物能源”總統(tǒng)令也是將生物基產品居前。

以全生物降解塑料為突破口，可開啟中國石油基產品向生物基綠色低碳產品升級之門。

“全生物降解塑料”，又一治污與替代減排雙馨的，農林碳中和工程中的得力戰(zhàn)將。

碳吸存中的“三擦邊球”

農業(yè)稻麥棉，林業(yè)喬木樹，五千年如是。

這里提的思路是，在既不能種莊稼又不能長喬木的邊際性土地上種植抗逆性強，生命力旺盛的能源灌草，此一板打出了3個擦邊球。

一民營企業(yè)在河北康?？h沙地上種植了約5萬hm²灌木檸條，既防風固沙，又用每3~4年平茬下來的枝條發(fā)電。

該電廠替代了10萬t標煤，輸出了2.5億kW·h綠色電力，年減排二氧化碳17萬t，還為千余農民就業(yè)，千余農戶脫貧作了貢獻。

又一民營企業(yè)在內蒙古毛烏素沙地種植約4萬hm²灌木沙柳，防風固沙與平茬枝條發(fā)電并舉，年發(fā)電2.1億kW·h，還將電廠排放的二氧化碳收集起來養(yǎng)殖螺旋藻，叫“三碳經濟”。

經聯(lián)合國認證，該項目每年減排碳25.6萬t，移存二氧化碳15萬t，加上沙柳地下部的固碳量，每年可實現(xiàn)50~60萬t二氧化碳的吸存與減排，并為社會提供8000多個就業(yè)崗位，人均收入1.2萬元。該項目獲聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會2012年度頒發(fā)的“20年防沙治沙特別貢獻獎”。

有資料稱，新疆克拉瑪依地區(qū)的灌木紫穗槐和檸條的年公頃生物量產出分別為16.162t和10.541t；年固碳量分別為7.866t和5.185t。

另有一種能在黃土高原和東北地區(qū)能安全越冬的芒草，年公頃生物量產出30t，此二地有約1億公頃邊際性土地可種此芒草，其生物量產出與固碳量之大可想而知。

中國有多少不能種農作物和樹木，但可種能源灌草的邊際性土地？

根據國土資源部2015年更新的資料，基于全國1km柵格25個地類的土地利用數據，綜合考慮了人口、交通和生態(tài)保護等因素，選出了灌木林、疏林地、低覆蓋度草地、沙地、鹽堿地等11類，面積1.44億hm2，比現(xiàn)有耕地面積還大。每年可生產生物質14.4億t，能源潛力為7.2億t標煤。

據此繪制了自然條件下全國可能源用邊際性土地的能源潛力分布圖。

綠地、生物量產出，以及8.2t標煤的綠色替代能源全部都是新增。

邊際性土地實現(xiàn)能源灌草種植后，祖國大地將出現(xiàn)一道新的風景線，億萬公頃荒地禿嶺將被灌林草叢所染，生態(tài)環(huán)境改觀，綠色油田片片，美麗的座座“金山銀山”。

三片農林碳中和場

中國有3片農林碳中和場，農田、能源灌草與喬木林，它們的面積分別為1.35億、1.44億、1.86億hm²，合計4.65億hm²。

3個碳中和場的碳狀況的主要計算參數是：1t生物質年吸存0.5t二氧化碳和產能0.5t標煤；1t標煤排放2.6t二氧化碳；1t生物質能的排放量是煤碳排放量的40%。

農田碳中和場的碳交換最頻繁。據2015年資料，中國農田生物量產出15億t，可吸存二氧化碳7.5億t；另可供能源用農林有機廢棄物產出量折標煤4.92億t，轉化替代能源可減排二氧化碳9.3億t（含負碳減排）；農林牧漁共消費化石能源8232萬t標煤，排放二氧化碳2億t（均僅為全國總量的2%）。農田碳中和場匯多源少，合計年增匯潛力為14.8億t二氧化碳。

能源灌草碳中和場，建成后按年公頃地上及地下部生物量產出10t計，年生物量產出14.4億t，吸存二氧化碳7.2億t，轉化為替代能源折標煤7.2億t，減排二氧化碳4.4億t，合計年增匯潛力11.6億t二氧化碳。

喬木林碳中和場是長時段碳吸存，現(xiàn)總生物量155億t和年吸存二氧化碳11億t（《中國森林資源報告2019》），林業(yè)三剩物的替代減排已計算在農田碳中和場。

以上3片農林碳中和場的二氧化碳年增匯量合計37.4億t。這是現(xiàn)量，如果考慮到2060年的40年間的增量，農林碳中和工程的貢獻將在年增匯50億t二氧化碳以上，約當于現(xiàn)年排放量的一半。

同時具有生產12.1億t標煤生物質能源的潛力，相當于全國現(xiàn)年能源消費總量的30%。

與“第二農業(yè)”共進同輝
從事生物質生產的農業(yè)，五千年來只認淀粉性籽實和二性產品肉蛋奶，而生物量產出的另一半——纖維素與木質素，被視為廢棄物。

隨著科技進步，人們發(fā)現(xiàn)不僅淀粉，纖維素、半纖維素與木質素也可生產出綠色能源、材料與有機化工產品。

21世紀初，世界對生物質能與生物基產品開發(fā)進入高潮，生物乙醇也成為中國“十五”計劃的10項重點建設工程之一。

2016年，筆者提出了“第二農業(yè)”概念，即對非糧農林生物質及有機廢棄物的資源化利用，生產能源、材料和有機化工等綠色產品。

“第二農業(yè)”根本性地改變了五千年的農業(yè)觀與產業(yè)結構，根本性地改變了工農與城鄉(xiāng)關系，是鄉(xiāng)村振興與農業(yè)農村現(xiàn)代化的得力抓手與引擎。

正如諾貝爾獎得主舒爾茨所言，“改造傳統(tǒng)農業(yè)的關鍵是要引進新的現(xiàn)代農業(yè)生產要素”。“第二農業(yè)”，正是引進的一個全新和極強力的“農業(yè)生產要素”。

引進“第二農業(yè)”要素也遇到一個實質性難題。即與石化原料相比，生物質組分中的非能源性氧含量接近一半，所以現(xiàn)有技術與產品，在質量與經濟性上均不具競爭力。

因此在戰(zhàn)略設計上應將生物基的目標產品定位在高含氧生物材料及高含氫生物能源上。

如現(xiàn)代生物肥料、生物飼料、生物農藥以及生物可降解地膜等農用生產資料；又如生物天然氣、生物氫燃料、生物氨燃料、生物碳電池燃料等綠色能源；又如高含氧量可降解塑料與工程塑料、生物基超微粉膜材/建材等生物基產品。

這種全新理念與戰(zhàn)略將構建強大的第二農業(yè)綠色產業(yè)體系。

新木集團攻關15年，在現(xiàn)代生物質經濟產業(yè)技術體系上邁出了可喜一步，技術、產品質量與成本多處于國際領先水平，可做借鑒。

以后的中國田園，不只是“鵝湖山下稻粱肥，豚柵雞塒半掩扉”，還有綠色能源、材料與有機化工工廠星羅棋布。

農民或在農田，或在車間；或在山莊，或在市鎮(zhèn)，過著現(xiàn)代桃花源式生活。

全生物質生產才是完整的農業(yè)，缺失“第二農業(yè)”不是現(xiàn)代農業(yè)。實現(xiàn)國家碳中和目標與發(fā)展“第二農業(yè)”相輔相成，共進同輝。

農林碳中和工程，國之重器

農林生態(tài)系統(tǒng)和3片碳中和場具有碳吸存與替代減排雙重功能，是實現(xiàn)國家碳中和目標的主要陣地，又是生物質資源庫與生物質能田。

農林碳中和工程由2個部分組成，第一部分是改善3片碳中和場的農作物、能源灌草及喬木林的群體結構與管理，增加碳吸存與生物量產出；第二部分是非糧農林生物質與有機廢棄物的資源化利用，發(fā)展生物質能、材料和化工產品等綠色產業(yè)，增加替代減排力度。

農林碳中和工程具有年增匯37.4億t二氧化碳和年增12.1億t標煤生物質能的潛力。

農林碳中和工程的核心與重點是在3個碳中和場加強植物體培育和生物量產出基礎上，全面、科學部署綠色供熱與發(fā)電、液體生物燃料、沼氣-生物天然氣和全生物降解塑料4大支柱產業(yè)體系，以實現(xiàn)國家碳中和目標，改善全國能源消費結構，推進“第二農業(yè)”發(fā)展。

4大支柱產業(yè)的一代技術與商業(yè)化在中國已經成熟，熱化學合成生物燃油與全生物降解塑料的二代技術已處世界前列，正蓄勢待發(fā)，報效國家。

實施農林碳中和工程的建議是：作為重大專項列為國家長期計劃；成立有相關業(yè)務部門參加的“農林碳中和工程”辦公室，建議辦公室設在農業(yè)與農村工作部；成立基于5G的“農林碳中和工程”研究設計院，為工程實施提供技術支撐與指導；設置“第二農業(yè)”學科、專業(yè)與學院，培養(yǎng)人才；選擇300~600個縣（市）進行不同類型農林碳中和工程項目先行示范，爭取在2030年碳排放達峰前為中國乃至世界找到碳中和綠色方案。

農林碳中和工程是集保護環(huán)境、能源換代、做強農業(yè)-鄉(xiāng)村振興-惠及農民于一役的國家工程，乃國之重器。