柳樹生物量的利用

    在推動碳中性資源——木質生物量的利用中，人們把目光集中在以柳樹等超短伐期生物量利用的技術上。北歐諸國從20世紀70年代開始針對超短伐期柳樹生物量的利用進行了品種改良、栽培及收獲技術等方面的研究，特別是瑞典，到90年代就已經實現了實用化，積累了關于柳樹栽培利用方面的很多經驗。
　　一、柳樹生物量生產概況
　　柳樹直接燃燒時的能效很高。在種植、收獲、運輸等生物量生產過程中所需要的能量和產生的能量相比，柳樹可得到20倍的效率，相反，如果利用草本類生物量生產生物乙醇，就現有技術而言，輸出功率和消耗的能量幾乎是等價的。因此，根據FSC等森林認證的標準，對柳樹生物量的利用給予了特別加分。
　　速生柳樹生物量的生產成本也比其他生物量低，2007年的數據顯示，發電成本為每兆瓦時（1 000度電）13歐元，而現在的售價約為每兆瓦時17歐元，因此平均每千度電有4歐元的收入。
　　瑞典柳樹生物量的生產采用改良柳樹Tora Torhilld（無性系）等，種植密度為每公頃1.5萬株，伐期為3～4年，年產量為每公頃8t（干重），成本為每噸6700日元，木片價格為每噸9700日元（工廠價）。如果速生柳樹的年均產量為每公頃8t（干重），按照每噸可發電4100度計算，要得到1000兆瓦時的能，就必須擁有大約30hm2的柳樹能源林。
　　二、柳樹超短伐期作業
　　要實現柳樹的高能效轉化，就必須把柳樹的生產力全部發揮出來，同時盡可能合理地進行管理及收獲作業。為此，柳樹造林地，首先要選擇能夠進行整地和機械化作業的平原地帶，要具備機械中耕除草、噴灌及施肥管理等條件，進行與農田一樣的管理。
　　作業體系為，第1年進行除草、整地等準備工作后開始植苗，選用的柳樹苗高為1.2～2.3m，種植時用拖拉機牽引的作業機械將苗切割成約18cm，按照2行一組種植（插條），行間距75cm，株距60cm，2行之間安裝噴水設備。每組之間留出1.5m距離。種植密度為每公頃15萬株。植苗作業需要2人，1人駕駛，1人植苗。一般為同時種植4行，平均每公頃植苗作業1小時完成。
　　到第2年，將長高的柳樹主梢在10cm處進行平茬，以促進分枝，提高產量。這個時期必須注意防止動物破壞。此后要反復進行施肥和機械除草，3～4年后就可以收割。收割后萌芽更新，3～4年循環收割，可持續20～25年左右。
　　一般情況下，與第1次相比，第2次收獲量增多，第3次收獲量最高，但因土壤及氣候條件等因素的影響，各別地方存在著每公頃生長量從最少2t到最大15t的巨大差距。無論從經營者的風險管理，還是從對消費者的穩定供應來看，這都是面臨的問題。因此，在瑞典的柳樹栽培資料中經常強調：“在不能得到所希望的生產率時轉向谷類等作物生產很容易”。柳樹苗主要由瑞典農業合作社的集團企業Agroenergi公司生產，在歐洲各地都有銷售。因各國氣候及土壤條件不同，有很多符合不同條件的品種進行了登記。
　　三、收割作業
　　柳樹的收割期從落葉后地面凍結的11月開始到來年4月為止。冬季收割的理由是對燃料的需求量增加，加之落葉的營養成分可以保留在林地中，而且地面凍結后大型機械容易進入，可以減少因機械行走對地表的破壞等。但在積雪多的情況下進行收割，則柳樹木片的含水率較高，重量增加，運輸成本提高。
　　收割機械是Claas制造的Jaguar和被改造為用于生物量收割的HS-2附屬機械，在收割的同時加工成木片。機械主體重量為11t，可收割的柳樹干直徑最大為70mm。收割作業有2種方法：第1種是在收割機旁邊連接搭載帶有集裝箱的拖拉機進行收割，收割機和拖拉機各需要1人操作；第2種是在收割機后面牽引集裝箱進行收割，可1人操作。一般采用第1種方法進行收割。從生產效率看，第1種方法1小時可收割0.5hm2，濕重34～36t（干重17～18t）。經測算，這種方式的勞動生產率為每人每小時19m3。
　　一般情況下，作業成本比機械供應商提供的指標高15%左右，為300歐元/小時（包括折價費、燃料費、維修保養費和收割人員的工資），這是因為在零下20℃的嚴寒季節作業，對機械有損壞而增加維修的費用。機械故障的實際發生次數是夏季牧草收割作業的5倍。1臺機械在1個收割季的運轉時間約為600個小時。
　　收割后的柳樹木片被裝入容積為40m3的集裝箱，用大型拖拉機運往熱電廠。收割現場準備了一些集裝箱，以盡量縮短等待裝箱運輸的時間。一般情況下，收獲后的柳樹木片迅速裝箱運出，但也有在場地上臨時堆積儲存的。
　　四、熱電設備
　　收割的柳樹木片和林地剩余材等其他生物量混合后直接投入鍋爐。混合比例約為10%～15%。關于利用柳樹木片等生物量的熱電設備，有報告介紹了瑞典中部Enkopin市經營的ENAenergi設備發電案例，該設備總生產量為發電10萬兆瓦時（1兆瓦時=1000度電）、生產熱能22萬兆瓦時。
　　ENAenergi是可以生產電力20.5兆瓦時、熱能50兆瓦時的熱電設備，作為地區供暖系統可為Enkopin市（人口超過2萬）供暖，為大型工廠供應熱水，覆蓋全市熱需求總量的85%。該供暖系統通過使3000m3熱水在長約80km的地下管道循環，每年可向各家各戶供暖供熱15～20兆瓦時。而且，生產的電還在斯堪的納維亞的公開市場銷售。現在的平均售價為40歐元/兆瓦時。
　　ENA設備使用的燃料，在70年代石油危機后已經從以石油為主的化石燃料轉向生物燃料，2009年約95%為生物燃料。生物燃料的原料包括，鋸材廠產生的廢材（木片、鋸屑和樹皮）占56%，林地剩余材占22%，建筑廢材和柳樹木片各占11%。如果生產設備滿負荷運轉，則平均每小時需要原料35t，相當于1臺大型卡車的裝載量，年間需要原料16.1萬t，相當于4600臺大型卡車的裝載量。這些生物量的收集范圍是半徑70km內，但Enkoping市及其周邊的森林資源較少，所以不足部分從愛沙尼亞及拉脫維亞進口。生物燃料到廠價格約為20～30歐元/兆瓦時，其中柳樹木片占生產成本的比例非常低。
　　而且，在Enkoping市已經采用了用熱電生產設備排出的廢水作為柳樹肥料進行澆灌的系統。每年在5-8月柳樹培育期，要澆水100天左右，用水大約20萬m3，其中10%是混入的廢水。用熱電生產排出的廢水澆灌柳樹栽培地，可將柳樹收獲周期從通常的5年縮短為3年。
　　五、結語
　　瑞典的速生柳樹栽培面積如今已擴大到1.5萬hm2。2009年已收獲2500hm2，用于生物量發電供熱鍋爐的燃料。從區域來看，栽培范圍全部限于北緯60°以南地區，其中3000hm2集中在最南部地區。
　　而在同期開展研究的芬蘭，柳樹的生物量利用被否定，并完全沒有實現實用化。芬蘭國土在北緯60°以北地區，也許不適合發展柳樹生物量利用。從這一點考慮，日本緯度低，可接收更多的太陽能，也許能夠更有效地利用柳樹生物量。