北欧波罗的海联合研究项目ENERWOODS经过四年的研究和宣传已经告一段落。该项目清楚地表明,森林向以可再生能源和物质资源为基础的社会方向持续转型是非常重要的。
在欧洲地区,北欧地区和波罗的海国家已经十分前卫,他们使用可再生能源取代化石能源。可再生能源的消耗量目前占该区域能源总消耗量的46%。这远远超过了欧盟至2020年平均目标的20%。
生物能源和废料为实现这种转变发挥了关键的作用:在丹麦,芬兰,瑞典、爱沙尼亚和拉脱维亚等地区,生物能源和废料占可再生能源的65%至97%,很明显,林产品在能源领域完全占主导地位。
然而,森林中仍有大量未被利用的资源,他们有极大的潜力被开发。ENERWOODS表明,有更多的能源品种可以从森林中提炼,森林中每公顷上还能产出更多的生物能源,同时,还有更多的木制品可以取代化石燃料。
森林具有更大的开发潜力
Madsen教授提出质疑,决策者是否意识到速生丰产林可能给我们提供更多的生物燃料以及建筑用材。他强调,他的项目研究结果已经证实,木质生物能源将继续成为可再生能源系统的主要组成部分。“以可持续的方式增加生物能源产量具有巨大的潜力。”
“关键问题是,人们是否意识到这些事实,并准备利用机会减少或消除我们对化石燃料的依赖。”他认为,许多政治家和大部分人都不知道森林目前和潜在的作用。比较知名的能源,如太阳能和风能备受关注,但是占该地区可再生能源总量的比例仍然很小。
从森林中提取更多能源
一项研究表明,瑞典、挪威、丹麦、芬兰、爱沙尼亚和拉脱维亚的森林面积为6100万公顷,每年材积增加2亿7500万立方米。在考虑到技术以及生态限制的因素后,从砍伐后的残留物、树桩和小木材中所能提取的生物能源总量可以达到230和410太瓦时。【能源生产量往往以太瓦时(TWh)为单位来表达,一太瓦时相当于可以维持约为114兆瓦的电量,可以使用一年。】但是如今这些资源的使用率很低。
通过在已经被遗弃的农田上植树造林,还可以增加160 – 200万公顷的森林面积。丹麦地区在这方面有很大的潜力,该国目前有14%的土地为林地,与政府要求的20-25%林地面积目标还有一定的差距。
这项研究还总结了集约化林业的增长潜力。施肥、培养新树种、改进树木、开发新的造林学概念,可以大幅度地提升集约化林业的发展。
如何提高林产品的产量
除去造林力度的因素,气候变暖会让北欧的森林生物量有所增加。根据未来情景预测,在即将到来的一个世纪中气候变暖因素会让森林生物量的产量增加30%。每公顷的森林贮积量将会大量上升,因为该地区只有三分之二增长的树木会被砍伐。
有几种方法可以更有效地提高生物量产量。ENERWOODS项目研究了速生针叶树种、杨树和山杨杂交树种的利用潜力。在大多数情况下用非本土的物种替代本土的或与其混合,将能够提升25-50%的生物量产量。
其他的方法还包括施肥(能够提升30%以上的增产潜力)、林木育种(提升8-50%)以及实行全新的造林方法。之后一个例子讲述的是,在种植像杨树和落叶松等速生树种时,同时播种放牧保护作物,当这些保护作物成熟后,让这些主要树种逐渐取代它们。总的来说,生物量的产量可以增加50 - 100%甚至更多。
当然,这取决于现有的树种和遗传物质。如果一开始使用的是普通的云杉、松树或山毛榉的林分,就有可能使生物量产量增加一倍。如果林分的成分包括像美国西加云杉以及美国黑松这种经过基因改良后的树种,生物量增产的潜力会减少,Madsen教授补充道。
缓解气候变化带来的风险
气候变化对林业构成了重大的挑战,但仍然有解决办法。ENERWOODS强调了通过使用不同的树种和造林制度分散风险的重要性。“北欧森林目前主要依赖于两种主要的树种:挪威云杉和苏格兰松树。我们不知道在气候变暖的情况下这些树种是否能保持可持续性,但是北美地区虫害的迹象令人震惊。因此,我们需要通过引进新树种、扩大混交林的面积并且种植更多落叶树来分散风险”,Madsen教授说。
ENERWOODS项目的示范点呈现了各种各样的营林方案,在丹麦、瑞典、芬兰和拉脱维亚地区已经使用了这些方案种植树种。示范点由许多生产区域组成,混合培植与播种着像大冷杉、花旗松、挪威云杉等针叶树以及山毛榉和欧洲椴树等硬木。
(示范地点:在拉脱维亚种植桤木的地方)
Madsen教授还指出:“当然,我们不应该替换掉我们常用的树种,我们只需要将常用的树种与其他树种混合起来。例如,将挪威云杉与花旗松和大冷杉混合,将提高生产力与林分的稳定性。种植阔叶树可以起到保护作用,防止意外的发生,同时有利于生物多样性。”
技术和物流的发展
目前森林中生物能源都是来源于纸浆和锯木厂工业的副产品。今天,锯末、废弃木材和(造纸)黑液已经被充分地用作能源。增加森林能源的潜力可以从初级木材产品如伐木残留物、小树、树桩和树根等入手。然而,这些能源的来源都分散很广,需要花费很高额的成本去提取。此外,提升木产品的使用率(例如使用木制结构代替混凝土结构)可以通过木材加工、建筑工地和建筑拆除等方式产生更多的生物量残留物。
相关人员已经花费了很大的努力去研发有效的采购途径和运输链,用于开发木质能源混合物。在芬兰、挪威和爱沙尼亚的研究案例表明,ENERWOODS项目已经确定了提高开发能源效率的各种可能途径,包括优化运输和储存以及更好地控制收集材料中的含水量。使用更大的运输交通工具可以减少成本,减轻因气候造成的影响。
积极促进林业发展有利于气候
有些人认为,森林保护是减少人类活动对环境影响的最佳选择,但是ENERWOODS的分析表明,如果积极发展林业,特别是让森林增长起来,可以减少更多温室气体的排放。例如,来自瑞典的一项研究表明,森林的增长和林产品的使用弥补了该国所有人为二氧化碳排放量造成的影响。据估计,森林的增长提高了4000多万吨的二氧化碳存储量。
有一项研究比较了不同管理方式下森林的碳平衡情况,管理方式包括传统型、深度管理型以及非管理型,同时研究人员调查了森林管理对碳排放产生的所有影响以及产品寿命的因素。在三种管理情景中,直径较长的弯曲原木 用于制造木制多层建筑结构,其寿命为50年,之后这份木材将被用于制造生物能量。从森林砍伐以及木材加工过程中获取的生物量残留物也会被用于制造生物能量。在未经过管理的情景中,混凝土结构建筑和煤炭被用来替代林产品。
结果表明,管理森林能够为气候带来更多的益处。未经过管理的森林碳储量达到了一种动态平衡,森林腐烂和生长的速度几乎相等,因为没有木材被砍伐,必须使用化石燃料和混凝土代替林产品。
通过比较不同的管理情况可以发现,深度管理的森林通过提高了生物量产量为气候带来了最大的收益,因此有更多的材料和能量可以用于替换。在深度管理模式下额外的二氧化碳排放量,包括生产和应用肥料的过程,对气候效应的影响很小。施肥带来的气候效益在很大程度上与缩短轮作长度和增加树木砍伐量所产生的生物量增长率成正比。
替换煤炭带来了立竿见影的气候效益
研究表明,使用伐木残留物或树桩取代化石能源发电或生产热量对气候的影响在很大程度上取决于用于替换的化石燃料的种类,以及生物能源转换技术的有效性。比起石油和天然气,用生物量替代煤炭能够更好地延缓气候变化。
在有些情况下,使用生物能源替代煤炭却增加初期二氧化碳排放量。这是因为当我们替换煤炭密集型较低的化石燃料时,使用了相对低效的生物能源转化途径。使用更加有用的生物能源有效地取代木炭,能够获得立竿见影的气候效益。
第二代白杨杂交提供了更多选择
砍伐树木后,杂交白杨林分将立即通过根蘖再生。新的林分通常是茂密的,生长很快。一项研究调查了瑞典南部四个经过清场伐木后的林分,研究发现每公顷平均有63000个根蘖,生长速度很快:只过了四年后每公顷森林面积上有36吨干燥物质。
对其中一个林分进行细化研究后发现,早期进行重复的疏伐工作可以让树干变得更
厚,生长速度加快,能够给予我们选择的余地:可以将林分用于木材生产或者用于聚集各种生物能源。
关于ENERWOODS
ENERWOODS是联合北欧和波罗的海地区的研究项目,其目的是为了加强北欧林业可再生能源系统的地位。从2011到2015,该项目(拥有瑞典,挪威,芬兰,丹麦,爱沙尼亚,立陶宛和拉脱维亚地区的研究人员)是北欧能源研究组织资助的十个项目的其中一个,组织贡献了1400万挪威克朗。这项研究的重点是改进生物量的产量、技术和物流,以提取含有能源的生物量,同时,研究森林和林产品在减缓二氧化碳排放方面的作用。