主题：【原创】生物质 二十三 资源循环 -- 橡树村

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人类文明史，大约只有几千年。这几千年里面，大部分的时间，人类虽然在不断的改变着自己周围的环境，但是总的来说影响不大。在完全依靠人力和简单的机械的时代，大自然的资源对于人类来讲，几乎是无穷无尽的。

不过18世纪化石能源占据了人类使用能源的主导地位之后，事情就变了。特别是20世纪廉价的石油的开采利用，使得人类的活动开始给自然界带来巨大影响，这个影响越来越严重，以至于不那么深绿的，都会认为在这样发展下去，人类最终会危及到自己的生存环境。我们这一代人，已经感觉到地球不够大，已经感觉到大自然再也不是无穷无尽的资源了。

无论出于什么目的，人类的生活水平不能下降。反现代文明的行为虽然也有人提倡，甚至也有人实施，但是相信很多人拿这些人当作行为艺术的，根本不当真。人类的生活水平只能越来越高，而提高生活水平，是以消耗能量为代价的。所以有效的利用资源就成了重要的方向，于是尽可能减少人类活动对环境的影响就显得日益重要，于是就有了一个概念，叫做可持续发展。

人类活动产生大量的废弃物。这些废弃物很多都不是大自然本来存在的，这些废弃物在影响着我们的环境。那么，人类要减少对环境的影响，首先就要减少废弃物，降低环境负荷。而减少废弃物的最佳方法，就是把废弃物利用起来，作为新的资源来使用，这就是资源循环。人类如果能够构建这样的系统，就可以实现真正意义上的没有浪费。大自然本来就没有什么废弃物。在大自然，所有的资源都处在一个稳定的循环当中，有着自己的地位和作用。而构建没有废弃物的工业产业链，就是把大自然系统没有浪费的物质循环过程是现在产业链中。

这样的系统非常复杂，人们对这样的系统地认识还很少，不过总算有了一些尝试，相信人类出于自身生存问题的考量，也会最终建立这样的系统。

不过这样的系统里面，没有化石能源的位置。要实现循环型社会，能量的来源就只能是可再生资源。

化石资源不仅提供能量，也提供了廉价的碳资源。目前有10%的石油被作为化学原料使用，生成几千种化学物质。这些物质里面，大部分循环利用率很低，这些废弃物，大自然没有办法，必须由人来解决。目前解决这些废弃物的尝试已经很多，开发可降解的化学品也成为热门，但是最终要解决这个问题，还是要放弃化石资源，利用可再生的碳资源参来构成物质循环。由于生物质资源是可再生资源里面唯一的物质资源，这个概念也就是要把碳资源的来源回到生物质资源上去，最终建立以生物质为基础的资源循环。这一天虽然还很遥远，但是这个大方向是不错的。

利用生物质作为物质资源首先要考虑的就是废弃生物质的资源化。废气生物质的资源化已经有了多种技术，有的还非常古老。不过废弃生物质排放的特点是小规模的，分散的，而不是大规模的，集中的方法，排放也受到时间的影响，所以在利用废弃生物质转化成为工业原料，石油化学产品的功能替代品时，需要对生物质原料的稳定供给，对采集和运输的过程中消耗的能量，以及产品的市场作详细地考虑。由于目前大化工和石油化工走的是巨型企业的路线，显然要完成从化石资源到生物质资源的转化，工业模式的改变也是必需的，这方面需要的技术改进也会很多。

废弃物生物质的资源量有限，完全利用不能完全替代目前对物质资源的需求，作为能量使用能解决的问题比例就更低，所以，需要有大规模人工种植生物质的技术。这个概念，就是生物质种植园。

生物质种植园也不是什么新东西了，大的造纸厂为了保证连续不断的原料供应，往往都有相当面积的林区，通过人工栽培速生林确保有足够的木材供应，这就是最早工业化的生物质种植园，这方面的经验教训也有很多，对于推广以能源或者碳资源为目的的生物质种植园，奠定了技术基础。

能源种植园的目的是生产能源，树木，草木，一些水生植物都有人在考虑大规模种植的实施方案。实际上，以甘蔗，木薯为原料生产运输用乙醇早就在巴西实施。能源种植园的能量基本上来自于太阳能，由于地球不同纬度的日照量差别很大，不同地区水资源量也有很大差别，这就导致了这类的种植园，最好在赤道附近，日照丰富，降雨充沛的地方。不过太阳能转化的效率并不高。对于森林，光能中大约只有1%用于光合作用，而光合成量里面，又有75%的能量以呼吸等形式被消耗掉。再加用于树木干茎和树枝生长的能量实际上只占光合成量的5%，也就是说，太阳能转化效率只有0.05%。是不是低得可怜？这还没完呢。生物能量被利用的时候，利用效率一般也不会超过40%，这样，太阳能可能被利用的效率，就剩下0.02%了。和太阳能电池相比，恐怕差太远了。

这么低的利用效率还要发展吗？没办法，生物质是唯一的物质性资源。实际上一些人共筛选的草本能源作用，太阳能转化效率要高不少，而一些微生物的太阳能利用效率可以达到几个百分点，潜力比森林要大很多。

能源种植园的开发，还需要注意对生态的影响，单一树种会造成土壤疲惫，地下水系污染，生态平衡破坏等等。实际上，在能源种植园设计的时候，需要考虑各方面的因素，比如要包括人工粮食自给需要的农田等等，甚至要考虑周围地区的社会经济文化政治因素，非常复杂。

生物质种植园的利用，主要有两个途径，要么直接发电，要么转化为液体燃料。

生物质发电有两种，直接燃烧，或者气化以后利用得到的低热值气体发电。这两者由于技术的成熟程度不同，目前的工业效率不好进行比较说谁好谁坏。生物质发电有一个麻烦事，如果有大规模的生物质种植园，比如两三万公顷的桉树速生林，大约可以维持一个五万千瓦的发电厂的运行，年发电量三亿多度。但是，能够存在这么大的规模的生物质种植园的地方，一般都比较偏远，也基本上都在热带亚热带，既不需要供热，也不需要多大的电力供应，而电力的远程运输，甚至跨洋运输，是真的很麻烦。

大量生物质的另外一种利用方法就是合成液体燃料。这些液体燃料包括甲醇，乙醇，二甲醚，合成油等等。液体燃料可以进行远程运输，跨洋运输也不是问题，就可以解决生物质资源的转移问题。这些液体燃料的合成目前基本上是建立在煤炭和天然气化工的基础上的，传统的煤炭化工和天然气化工，规模都非常大，要应用到生物质，需要有不少的工作要做。

我现在做的是利用生物质气化得到的合成气来合成油。这个领域全世界刚刚起步，不过由于最近油价高涨，煤业化和天然气液化也积累了大量的技术，所以前景还是不错的。

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