生物质能

**生物質能**（Biomass）是指來自最近存活（但現在已經死亡）的生物體的物質，用於生物能源生產。例如，木材、木材殘餘物、能源作物、農業殘餘物以及工業和家庭的有機廢物。 木材和木材殘留物是當今最大的生物質能源。木材可以直接作為燃料使用，或加工成顆粒燃料或其他形式的燃料。其他植物也可以用作燃料，例如玉米、柳枝稷、木犀草和竹子。 主要的廢棄物原料是木材廢棄物、農業廢棄物、城市固體廢棄物和製造業廢棄物。可以通過不同的方法將原始生物質升級為更高等級的燃料，這些方法大致分為熱能、化學或生物化學。

生物能源對氣候的影響取決於生物質原料的來源和種植方式。 例如，燃燒木材獲取能源會釋放二氧化碳；如果被採伐的樹木被管理良好的森林中的新樹取代，這些排放可以被大大抵消，因為新樹會在生長過程中吸收空氣中的二氧化碳。 然而，生物能源作物的建立和種植會取代自然生態系統，使土壤退化，並消耗水資源和合成肥料。 

2020 年，生物質產生了 58 億焦耳（艾焦）的能量，而原油為 172 億焦耳，煤炭為 157 億焦耳，天然氣產生了 138 億焦耳，核能產生了 29 億焦耳，水力產生了 16 億焦耳，風能、太陽能和地熱合計產生了 15 億焦耳。現代生物能源中約有 86% 用於供暖，9% 用於運輸，5% 用於電力。 全球大部分生物能源都來自森林資源。

國際能源署的 "2050 年零排放" 方案要求到 2030 年淘汰傳統生物能源，現代生物能源的份額從 2020 年的 6.6% 增加到 2030 年的 13.1% 和 2050 年的 18.7% IPCC （政府間氣候變化專門委員會）認為，如果正確實施，生物能源有很大的氣候變化緩解潛力。 IPCC 的大部分路徑包括 2050 年生物能源的大量貢獻（平均為 200 EJ）。 

## 術語

生物質（在能源生產的背景下）是來自最近的生物體（但現在已經死亡）的物質，用於生物能源生產。在如何定義這種用於能源的生物質方面存在差異，例如，僅來自植物， 或來自植物和藻類， 或來自植物和動物。 用於生物能源的絕大多數生物質確實來自植物。生物能源是一種可再生能源，具有協助減緩氣候變化的潛力。 

有些人將生物質和生物燃料這兩個詞交替使用，但現在更多的人認為生物燃料是用於運輸的液體或氣體燃料，正如美國和歐盟的政府當局所定義的那樣。從這個角度來看，生物燃料是生物質的一個子類目。

歐盟聯合研究中心將固體生物燃料定義為用於能源的生物來源的原始或加工有機物，如木柴、木片和木屑顆粒。

## 類型和用途

不同類型的生物質用於不同的目的：

* 適合供熱或發電但不適合運輸的初級生物質來源包括：木材、木材殘餘物、木屑顆粒、農業殘餘物、有機廢物。
* 被加工成運輸燃料的生物質可以來自玉米、甘蔗和大豆。

生物質可分為直接收穫用於能源的生物質（初級生物質），或殘留物和廢物：（二級生物質）。 

### 直接獲取生物質作為能源

直接獲取用於能源的主要生物質類型是木材、一些糧食作物和所有多年生植物能源作物。全球 40 億公頃的森林面積中，有三分之一用於木材生產或其他商業用途， 而森林提供了全球所有生物質能源的 85%。 在歐盟，森林提供了所有生物質能源的 60%， 其中木材殘留物和廢料是最大的來源。 

用作能源的木質生物質通常包括用於傳統烹飪和取暖目的的樹木和灌木，特別是在開發中國家，全球每年使用 25 EJ 用於這些目的。 這種做法污染嚴重。世界衛生組織 (WHO) 估計，與烹飪有關的污染每年導致 380 萬人死亡。 聯合國可持續發展目標 7 旨在到 2030 年逐步淘汰傳統的烹飪用生物質短周期矮林和短周期森林也直接採伐為能量，提供 4 億焦耳的能量， 並且被認為是可持續的。據估計，到 2050 年，這些作物和多年生能源作物有可能每年提供至少 25 億焦耳的能源。 

為獲取能源而收穫的糧食作物包括產糖作物（如甘蔗）、產澱粉作物（如玉米）和產油作物（如油菜籽）。 甘蔗是多年生作物，而玉米和油菜籽是一年生作物。產糖和澱粉作物用於製造生物乙醇，產油作物用於製造生物柴油。美國是最大的生物柴油生產國，而歐盟是最大的生物柴油生產國。 全球生物乙醇和生物柴油的生產每年分別提供 2.2 和 1.5 億焦耳的能源。用收穫的糧食作物製成的生物燃料也被稱為 "第一代" 或 "傳統" 生物燃料，其排放節省相對較低。

IPCC 估計，全世界有 3.2 億至 14 億公頃的貧瘠土地適合用於生物能源。

### 殘留物和廢物形式的生物質

殘留物和廢物是主要為非能源目的而收穫的生物材料的副產品。最重要的副產品是木材殘留物、農業殘留物和城市 / 工業廢物：

木材殘留物是來自林業作業或木材加工行業的副產品。如果不收集這些殘留物並將其用於生物能源，它們就會在林地或垃圾填埋場腐爛（並因此產生排放） ，或者在森林或木材加工設施外。 

林業作業的副產品被稱為伐木剩餘物或森林剩餘物，包括樹頂、樹枝、樹樁、受損或垂死或死亡的樹木、不規則或彎曲的莖幹部分、伐木（為幫助大樹生長而清除的小樹）以及為減少野火風險而清除的樹木。 伐木剩餘物的提取水平因地區而異，但人們對使用這種原料的興趣越來越大， 因為其可持續潛力很大（每年 15 億焦耳）。 歐盟森林生物質總量的 68% 由木莖組成，32% 由樹樁、樹枝和樹梢組成。 

木材加工行業的副產品被稱為木材加工剩餘物，包括切斷物、刨花、鋸末、樹皮和黑液。 木材加工剩餘物每年的總能量含量為 5.5 億焦耳。 木屑顆粒主要由木材加工殘渣製成， ，總能量為 0.7 億焦耳。 木屑由多種原料製成， 總能量含量為 0.8 億焦耳。 

用於能源的農業殘餘物的能量含量約為 2 億焦耳。 然而，農業殘餘物有很大的未開發潛力。據估計，全球農業殘留物生產中的能源含量為每年 78 億焦耳，其中最大的份額來自秸稈（51 億焦耳）。 其他人估計在 18 至 82 億焦耳之間。對農業殘留物和廢物的利用既是可持續的，又是經濟上可行的 預計到 2030 年將增加到 37 到 66 億焦耳。

城市廢物產生了 1.4 億焦耳，工業廢物產生了為 1.1 億焦耳。 城市和工業的木材廢物也產生了 1.1 億焦耳。 據估計，木材廢料的可持續潛力為 2–10 億焦耳。 國際能源署建議在 2050 年將廢物利用量大幅提高到每年 45 億焦耳。

## 生物質轉化

原始生物質可以通過簡單的壓制（如木質顆粒），或通過不同的轉換（大致分為熱能、化學和生化）升級為更好、更實用的燃料。 生物質轉換可以降低運輸成本，因為運輸高密度商品更便宜。 

### 熱轉換

熱升級產生固體、液體或氣體燃料，熱量是主要的轉換驅動因素。基本的選擇是高溫分解、熱解和氣化，這些主要是根據所涉及的化學反應被允許進行的程度來區分。化學反應的進展主要由可用的氧氣數量和轉化溫度控制。

烘焙是一種溫和的熱解形式，其中有機材料被加熱到 400–600 華氏度（200–300 °C) 在無氧至低氧環境中。 加熱過程去除（通過氣化）生物質中能量含量最低的部分，而能量含量最高的部分則保留下來。也就是說，大約 30% 的生物質在烘焙過程中轉化為氣體，而 70% 的生物質通常以壓實顆粒或煤球的形式保留下來。這種固體產品耐水、易研磨、無腐蝕性，含有約 85% 的原始生物質能。 基本上質量部分比能量部分收縮得更多，結果是焙燒生物質的熱值顯著增加，以至於它可以與用於發電的煤炭（蒸汽 / 動力煤）競爭。當今最常見的動力煤的能量密度為 22–26 吉焦 / 噸。 還有其他不太常見的、更多的實驗性或專有的熱過程可能會帶來好處，例如水熱升級（有時稱為「濕」烘烤）。 水熱升級路徑可用於低和高水分含量的生物質，例如含水漿料。 

熱解需要將有機材料加熱到 800–900 華氏度（400–500 °C) 在幾乎完全沒有氧氣的情況下。生物質熱解可產生生物油、木炭、甲烷和氫氣等燃料。加氫處理用於在催化劑存在的情況下，在升高的溫度和壓力下用氫氣處理生物油（通過快速熱解產生），以生產可再生柴油、可再生汽油和可再生噴氣燃料。 

氣化需要將有機材料加熱到 1,400–1700 華氏度（800–900 °C)，將受控量的氧氣和 / 或蒸汽注入容器，以產生一氧化碳和富含氫氣的氣體，稱為合成氣或合成氣。合成氣可用作柴油發動機的燃料、供暖以及在燃氣輪機中發電。還可以對其進行處理，從氣體中分離出氫氣，氫氣可以燃燒或用於燃料電池。可以使用費 - 托合成工藝進一步加工合成氣以生產液體燃料。 

### 化學轉化

一系列化學過程可用於將生物質轉化為其他形式，例如生產更適合儲存、運輸和使用的燃料，或利用過程本身的某些特性。其中許多工藝在很大程度上基於類似的煤基工藝，例如費 - 托合成。 一種稱為酯交換的化學轉化過程用於將植物油、動物脂肪和油脂轉化為脂肪酸甲酯 (FAME)，後者用於生產生物柴油。 

### 生化轉化

生化過程在自然界中已經發展到分解構成生物質的分子，其中許多可以被利用。在大多數情況下，微生物用於進行轉化。這些過程稱為厭氧消化、發酵和堆肥。 

發酵將生物質轉化為生物乙醇，厭氧消化將生物質轉化為可再生天然氣（沼氣）。生物乙醇用作車輛燃料。可再生天然氣（也稱為沼氣或生物甲烷）是在污水處理廠以及乳製品和畜牧業的厭氧消化池中生產的。它也在固體廢物填埋場中形成並可能從中捕獲。經過適當處理的可再生天然氣與化石燃料天然氣具有相同的用途。 

## 氣候影響

生物能源對氣候的影響有很大差異，這取決於生物質原料的來源和種植方式。例如，燃燒木材獲取能源會釋放二氧化碳；如果被採伐的樹木被管理良好的森林中的新樹取代，這些排放可以被大大抵消，因為新樹在生長過程中會吸收空氣中的二氧化碳。 然而，生物能源作物的建立和種植會取代自然生態系統，使土壤退化，並消耗水資源和合成肥料。用於燃料的所有木材中約有三分之一是以不可持續的方式收穫的。生物能源原料通常需要大量的能源來收穫、乾燥和運輸；這些過程的能源使用可能會排放溫室氣體。在某些情況下，與使用化石燃料相比，土地利用變化、種植和加工的影響可能導致生物能源的總體碳排放量更高。

將農田用於種植生物質，會導致可用於種植糧食的土地減少。在美國，大約 10% 的車用汽油已經被以玉米為基礎的乙醇所取代，這需要很大一部分收成。在馬來西亞和印度尼西亞，為生產生物柴油的棕櫚油而砍伐森林，導致了嚴重的社會和環境影響，因為這些森林是關鍵的碳匯和不同物種的棲息地。 由於光合作用只捕捉到太陽光中一小部分能量，與其他可再生能源相比，生產一定數量的生物能源需要大量的土地。

第二代生物燃料由非糧食植物或廢物生產，減少了與糧食生產的競爭，但可能會產生其他負面影響，包括與保護區和當地空氣污染的權衡。相對可持續的生物質來源包括藻類、廢物和在不適合糧食生產的土壤上種植的作物。

### 短期與長期氣候效益

關於現代生物能源的氣候後果問題，IPCC 指出：「現代生物能源替代品的生命周期溫室氣體排放量通常低於化石燃料。」 因此，大多數 IPCC 的溫室氣體減排途徑都包括大量部署生物能源技術。 

一些研究小組指出，即使歐洲和北美的森林碳儲量在增加，被採伐的樹木需要太長的時間來重新生長。來自高回報率和高平價的生物能源需要很長時間才能對緩解氣候變化產生影響。因此，他們建議歐盟應該調整其可持續性標準，只有碳回收時間少於 10 年的可再生能源才被定義為可持續能源，例如，風能、太陽能、來自木材殘留物和樹木砍伐物的生物質，否則會被燒毀或相對快速地分解，以及來自短輪伐的生物質（SRC）。 

IPCC 指出：「雖然森林中的單個林分可能是源或匯，但森林碳平衡取決於所有林分淨平衡的總和。」 IPCC 還指出，唯一普遍適用的碳核算方法是同時考慮管理土地（例如森林景觀）的碳排放和碳清除（吸收）的方法。 計算總數時，減去火災和蟲害等自然干擾，剩下的就是人為影響。

IEA Bioenergy 指出，只關注短期會導致長期有效的碳減排變得更加困難，並將對新生物能源技術的投資與對僅在 2030 年後提供減排的其他可再生能源技術的投資進行比較，例如擴大電池製造或發展鐵路基礎設施。避免森林碳排放的戰略帶來了短期的緩解效益，但可持續林業活動的長期效益提供了持續的森林產品和能源資源。 

IPCC 的大部分溫室氣體減排途徑都包括大量部署生物能源技術。 生物能源途徑有限或沒有導致氣候變化加劇或將生物能源的緩解負荷轉移到其他部門。 此外，緩解成本增加。

### 碳核算體系邊界

正碳情景可能是 CO 2 的淨排放者，負碳項目是 CO 2 的淨吸收者，而碳中和項目平衡排放和吸收。 

通常包括_替代_場景（也稱為「參考場景」或「反事實」）以進行比較。備選方案的範圍從與現有項目相比只有適度變化的方案，一直到完全不同的方案（即森林保護或「無生物能源」反事實。 ) 通常，情景之間的_差異_被視為情景的_實際_碳減排潛力。

除了替代方案的選擇外，還必須做出其他選擇。所謂的「系統邊界」決定了_哪些_碳排放 / 吸收將被包括在實際計算中，哪些將被排除在外。系統邊界包括時間邊界、空間邊界、效率邊界和經濟邊界。

例如，生物能源的實際碳強度因生物質生產技術和運輸距離而異。

#### 時間系統邊界

時間邊界定義了_何時_開始和結束碳計數。有時「早期」事件包括在計算中，例如森林在最初收穫之前發生的碳吸收。有時「晚期」事件也包括在內，例如由相關基礎設施的報廢活動引起的排放，例如工廠拆除。由於與項目或情景相關的碳排放和吸收隨時間變化，因此淨碳排放既可以表示為_時間相關_（例如沿時間軸移動的曲線），也可以表示為_靜態值_；這顯示了在指定時間段內計算的_平均_排放量。

_與時間相關的_淨排放曲線通常會在開始時顯示高排放（如果在收穫生物量時開始計數。 ) 或者，可以將起點移回種植事件；在這種情況下，如果沒有因土地利用變化而產生的碳債需要償還，而且越來越多的碳被種植的樹木吸收，曲線可能會移動到零以下（進入負碳區域）。然後排放曲線在收穫時向上攀升。然後，收穫的碳被分配到其他碳池中，曲線隨著移動到這些新池中的碳_量_（Y 軸）以及碳移出池和移出池所需的_時間_而移動。通過大氣返回森林（X 軸）。如上所述，碳回收期是指採伐的碳返回到森林所需的時間，碳平價時間是指兩種競爭情景下儲存的碳達到相同水平所需的時間。

_靜態_碳排放值是通過計算特定時間段內的_平均_年淨排放量得出的。具體時間段可以是所涉及基礎設施的預期壽命（通常用於生命周期評估；LCA）、受巴黎協定啟發的政策相關時間範圍（例如到 2030 年、2050 年或 2100 年的剩餘時間）、 時間跨度基於不同的全球暖化潛能值（GWP；通常為 20 或 100 年）、 或其他時間跨度。在歐盟，量化土地利用變化的淨碳影響時使用 20 年的時間跨度。 通常在立法中，靜態數字方法優於動態的、時間相關的曲線方法。該數字表示為所謂的「排放因子」（每生產能源單位的淨排放量，例如每 GJ 千克 CO 2 e），或者更簡單地表示為特定生物能源途徑的平均溫室氣體減排_百分比_。 歐盟公布的可再生能源指令 (RED) 和其他法律文件中使用的特定生物能源途徑的溫室氣體減排百分比基於生命周期評估 (LCA)。 

#### 空間系統邊界

空間邊界定義了碳排放 / 吸收計算的「地理」邊界。森林中 CO 2 吸收和排放的兩個最常見的空間邊界是 1.) 沿特定林分的邊緣和 2.) 沿整個森林景觀的邊緣，其中包括許多年齡增加的林分（森林林分被收穫和重新種植，一個接一個，有多少年就有多少。 ) 第三種選擇是所謂的增加林分水平碳核算方法。研究人員必須決定是關注單個林分、增加的林分數量，還是整個森林景觀。 IPCC 推薦景觀層面的碳核算。

此外，研究人員必須決定直接 / 間接土地利用變化產生的排放量是否應包括在計算中。大多數研究人員將直接土地使用變化產生的排放包括在內，例如，為了在那裡開展一些農業項目而砍伐森林所造成的排放。包括間接土地利用變化影響更具爭議性，因為它們難以準確量化。 其他選擇包括定義未來森林可能的空間邊界。

#### 效率相關的系統邊界

與效率相關的邊界定義了不同生物質燃燒途徑的一系列燃料替代效率。不同的供應鏈每提供一個能源單位排放不同數量的碳，不同的燃燒設施將存儲在不同燃料中的化學能以不同的效率轉化為熱能或電能。研究人員必須了解這一點，並為所考慮的不同生物質燃燒路徑選擇一個現實的效率範圍。選定的效率用於計算所謂的「置換因子」—— 顯示生物碳替代化石碳效率的單個數字。 例如，如果以現代燃煤電廠一半的效率燃燒 10 噸碳，則實際上只有 5 噸煤被算作已置換（置換係數 0.5）。

通常，在低效（舊的或小型）燃燒設施中燃燒的燃料比在高效（新的或大型）設施中燃燒的燃料分配的排量係數低，因為必須燃燒更多的燃料（因此釋放更多的 CO 2 ）才能產生同樣的能量。

置換因子隨著生物質燃料和被置換的化石燃料的碳強度而變化。如果或何時生物能源可以實現負排放（例如來自造林、能源草種植園和 / 或具有碳捕獲和儲存的生物能源（ BECCS ）， ，或者如果供應鏈中排放量較高的化石燃料能源開始上線（例如，由於水力壓裂法或頁岩氣的使用增加），置換係數將開始上升。另一方面，如果或當排放量低於化石燃料的新基荷能源開始上線時，排量係數將開始下降。一個位移因子的_變化_是否被納入計算，取決於它是否預期發生在相關場景的時間系統邊界所覆蓋的時間段內。

#### 經濟系統邊界

經濟邊界定義了要包括在計算中的市場影響（如果有的話）。市場條件的變化可能導致供應鏈和森林的碳排放量和吸收量發生或大或小的變化， 例如，為應對需求變化而改變森林面積。宏觀經濟事件 / 政策變化會對森林碳儲量產生影響。 與間接土地使用變化一樣，經濟變化可能難以量化，因此一些研究人員更願意將它們排除在計算之外。

#### 系統邊界影響

選擇的系統邊界對於計算結果非常重要。 當化石碳強度、森林生長率和生物量轉化效率_增加時_，或者當初始森林碳儲量和 / 或採伐水平_降低_時，計算出更短的投資回收期 / 平價時間。 當研究人員選擇景觀水平而不是林分水平碳核算時，也可以計算出更短的投資回報 / 平價時間（如果碳核算從收穫而不是種植事件開始。 ) 相反，當碳強度、增長率和轉化效率_降低_時，或當初始碳儲量和 / 或收穫水平_增加時_，或研究人員選擇林分水平而不是景觀水平碳核算時，會計算更長的回報 / 平價時間。

批評者認為做出了不切實際的系統邊界選擇， 或者狹窄的系統邊界會導致誤導性的結論。 其他人則認為，廣泛的結果表明存在太多迴旋餘地，因此計算對政策制定毫無用處。 歐盟的 Join Research Center 同意不同的方法產生不同的結果，但也認為這是可以預料的，因為不同的研究人員有意或無意地選擇不同的替代方案 / 方法作為結果他們關於人與自然最佳關係的倫理理想。可持續性辯論的倫理核心應該由研究人員闡明，而不是隱藏起來。

### 燃燒點溫室氣體排放量比較

燃燒時每個產生的能源單位的溫室氣體排放量取決於燃料中的水分含量、燃料之間的化學差異和轉化效率。例如，與一些常見的煤種相比，生物質的水分含量可能更高。在這種情況下，與較乾燥的煤相比，木材的更多固有能量必須完全用於蒸發水分，這意味著每單位產生的熱量排放的 CO 2 量會更高。 

與通常大得多的燃煤電廠相比，許多僅使用生物質的燃燒設施相對較小且效率低下。此外，原始生物質（例如木屑）的水分含量可能高於煤（特別是如果煤已經乾燥）。在這種情況下，與較乾燥的煤相比，木材的更多固有能量必須完全用於蒸發水分，這意味著每單位產生的熱量排放的 CO 2 量會更高。現代化的燃燒設施可以緩解這種水分問題。

森林生物質平均產生的 CO 2 比煤炭多 10-16%。 然而，關注總排放量忽略了重點，重要的是排放量_和_吸收量加在一起對氣候產生的_淨_影響。 IEA Bioenergy 得出的結論是，如果生物質來自可持續管理的森林，那麼來自生物質的額外 CO 2 「[...] 是無關緊要的。」 

### 氣候影響表示為隨時間變化

使用_專為_生物能源採伐的北方莖木只會在長期內對氣候產生積極影響，而使用木材殘渣在中短期內也會對氣候產生積極影響。 

當最現實的非生物能源情景是傳統林業情景時，會產生較短的碳回收期 / 平價時間，其中收穫「好」木莖用於木材生產，並將殘留物燃燒或留在森林或垃圾填埋場中。此類殘留物的收集提供了「無論如何都會將其碳（通過腐爛或燃燒）釋放回大氣中的材料（隨著時間跨度由生物群落的腐爛率定義）。」 換句話說，投資回收期和平價時間取決於衰減速度。衰減速度取決於 a.) 位置（因為衰減速度「大致與溫度和降雨量成正比」 ），以及 b.) 殘留物的厚度。殘留物在溫暖和潮濕的地方腐爛得更快，薄的殘留物比厚的殘留物腐爛得更快。因此，溫暖潮濕的溫帶森林中的薄殘渣腐爛最快，而寒冷乾燥的北方森林中的厚殘渣腐爛最慢。如果殘留物在非生物能源情景中_燃燒_，例如在工廠外或森林路邊，排放是即時的。在這種情況下，奇偶校驗時間接近於零。

與其他科學家一樣，JRC 工作人員注意到碳核算結果的高度可變性，並將其歸因於不同的方法。 在檢查的研究中，JRC 發現專為生物能源採伐的莖木的碳平價時間為 0 到 400 年，這取決於森林 / 生物能源系統和替代化石系統的不同特徵和假設，其中替代化石燃料的排放強度被視為最重要的因素，其次是轉化效率和生物量增長率 / 輪轉時間。與碳平價時間相關的其他因素是初始碳儲量和現有收穫水平；更高的初始碳儲量和更高的收穫水平意味著更長的平均時間。 液體生物燃料具有較高的平價時間，因為大約一半的生物質能量含量在加工過程中損失了。

### 以靜態數字表示的氣候影響

歐盟聯合研究中心檢查了文獻中發現的大量生物能源排放估算，並根據這些研究計算了生物能源途徑在供熱、運輸燃料生產和電力生產方面的溫室氣體減排百分比。計算基於歸因 LCA 會計原則。它包括所有供應鏈排放，從原材料提取，到能源和材料生產和製造，再到報廢處理和最終處置。它還包括與供應鏈中使用的化石燃料生產相關的排放。它不包括發生在其系統邊界之外的發射 / 吸收效應，例如市場相關、生物地球物理學（例如反照率）和時間相關效應。作者得出結論，「大多數生物基商品在其供應鏈中釋放的溫室氣體少於化石產品；但溫室氣體排放量隨物流、原料類型、土地和生態系統管理、資源效率和技術的不同而有很大差異。 「

由於不同的生物燃料途徑具有不同的氣候緩解潛力，政府和組織制定了不同的認證計劃以確保生物質的使用是可持續的，例如歐盟的 RED（可再生能源指令）和國際組織的 ISO 標準 13065 標準化。 在美國，RFS（可再生能源燃料標準）限制了傳統生物燃料的使用，並定義了可接受的最低生命周期溫室氣體排放量。與石化同類產品相比，如果生物燃料實現高達 20% 的溫室氣體減排，則它們被認為是傳統的；如果它們至少節省 50%，則被認為是先進的；如果節省超過 60%，則被認為是纖維素燃料。

歐盟的可再生能源指令 (RED) 指出，當使用來自森林殘留物的木屑顆粒替代化石燃料以供熱時，典型的溫室氣體減排量在 69% 到 77% 之間變化，具體取決於運輸距離：當距離在 0 到 2500 米之間時 公里，減排量為 77%。當距離在 2500 到 10000 之間時，減排量下降到 75% km，當距離超過 10 000 時達到 69% 公里。使用莖木時，排放量減少 70% 至 77%，具體取決於運輸距離。當使用木材工業殘留物時，節省量在 79% 到 87% 之間。

由於為某些林業項目計算的較長投資回收期和平價時間被視為能源作物的非問題（上述情況除外），研究人員改為使用基於 LCA 的碳核算方法計算這些作物的_靜態_氣候緩解潛力。基於整個生命周期累積的 CO 2 當量排放量和吸收總量，基於特定能源作物的生物能源項目被認為是正碳、碳中性或負碳： 如果農業、加工、運輸和燃燒過程中的排放量高於被地上和地下的植物吸收（和儲存），在項目的生命周期中，該項目是正碳的。同樣，如果總吸收量高於總排放量，則該項目為負碳。換句話說，當淨碳積累_超過補償_生命周期溫室氣體淨排放量時，碳負性是可能的。

通常，多年生作物比一年生作物吸收更多的碳，因為根系的生長可以不受干擾地持續多年。此外，多年生作物避免了與種植一年生作物相關的年度耕作程序（犁地、挖掘）。耕作有助於土壤微生物種群分解可用碳，從而產生 CO 2 。  

現在（2018 年）科學界達成共識，「多年生生物能源作物種植的溫室氣體 [溫室氣體] 平衡通常是有利的」，在考慮隱含的直接和間接土地時也是如此使用變化。 

## 環境影響

需要考慮生物質生產的環境影響。例如，國際能源署在 2022 年表示，「生物能源作為近乎零排放的燃料，是能源轉型中脫碳的重要支柱」，「需要付出更多努力來加速現代生物能源的部署，以實現淨零情景」同時確保生物能源生產不會產生負面的社會和環境後果。」 

### 可持續林業和森林保護

IPCC 表示，對於全球森林是否正在萎縮存在分歧，並引用研究表明樹木覆蓋率在 1982 年至 2016 年間增加了 7.1%。 IPCC 寫道：「雖然據估計熱帶地區的地上生物量碳儲量正在下降，但由於溫帶和北方森林儲量的增加，它們在全球範圍內正在增加。」 

老樹的碳吸收率非常高，砍伐老樹意味著未來吸收碳的巨大潛力將喪失。 由於收穫作業，土壤碳也會流失。 

老樹比幼樹吸收更多的 CO 2 ，因為成年樹的葉面積更大。 然而，老森林（作為一個整體）最終將停止吸收 CO 2 ，因為死樹排放的 CO 2 抵消了其餘活樹的 CO 2 吸收。 老森林（或林分）也容易受到產生 CO 2 的自然干擾的影響。 IPCC 發現，「擁有較老森林的景觀積累了更多的碳，但它們的碳匯強度正在減弱，而擁有較年輕森林的景觀含有較少的碳，但它們正在以更高的速度從大氣中去除 CO 2 」  

IPCC 指出，根據具體情況，將不受管理的森林轉變為受管理的森林對氣候的淨影響可能是積極的，也可能是消極的。碳儲量_減少了_，但由於受管理的森林比未受管理的森林生長得更快，_因此吸收了_更多的碳。如果收穫的生物質得到有效利用，就會產生積極的氣候影響。 在擁有最大化的森林碳儲量、不再吸收更多碳的好處與「解鎖」部分碳儲量的好處之間存在權衡，而不是作為可再生化石燃料替代工具，例如在脫碳困難或成本高昂的行業。

鎖定和解鎖森林碳之間的「競爭」可能由解鎖碳贏得：「從長遠來看，使用可持續生產的森林生物質作為碳密集型產品和化石燃料的替代品可以更大程度地永久減少大氣中的二氧化碳 2 比保存更重要。」 

IEA Bioenergy 寫道：「為生產鋸材、生物能源和其他木材產品而管理的森林比僅為保護而管理的森林可以為減緩氣候變化做出更大的貢獻。」給出了三個原因：

1. 當森林成熟時，降低作為碳匯的能力。
2. 木製品可以替代在生產過程中排放更多溫室氣體的其他材料。
3. 「森林中的碳很容易因蟲害或野火等自然事件而流失」

糧農組織的數據顯示，大多數木屑顆粒產自以可持續管理森林為主的地區，例如歐洲和北美。歐洲（包括俄羅斯）在 2019 年生產了世界上 54% 的木屑顆粒，該地區的森林碳儲量在 1990 年至 2020 年間從 158.7 Gt 增加到 172.4 Gt。在歐盟，地上森林生物量平均每年增長 1.3%，但由於森林正在成熟，增長正在放緩。

### 生物多樣性

用於生物能源的生物質生產會對生物多樣性產生負面影響。 油棕和甘蔗是與生物多樣性減少有關的作物例子。 此外，生物多樣性的變化也會影響初級生產，自然影響分解和土壤異養生物。 

雙贏情景（有利於氣候，有利於生物多樣性）包括：

* 增加對矮林整棵樹的使用，增加對腐爛速度較慢的北方森林的薄林殘留物的使用，以及對腐爛速度較快的溫帶森林的各種殘留物的使用增加；
* 多功能生物能源景觀，而不是單一種植園的擴張；
* 用混交林或自然再生林將以前的農業用地造林。

輸贏情景（對氣候有利，對生物多樣性不利）包括在古老的、生物多樣性豐富的草原生態系統上造林，這些生態系統從來不是森林，以及在以前的農業用地上用單一種植園造林。

雙輸情景（對氣候不利，對生物多樣性有利）包括在原農田上擴大天然林。

雙輸方案包括增加使用茂密的森林殘餘物，例如一些腐爛速度較慢的北方森林的樹樁，以及將天然林轉變為人工林。

### 污染

其他問題是化肥 / 殺蟲劑的使用造成的土壤和水污染， 以及環境空氣污染物的排放，主要來自露天焚燒殘留物。

傳統上在爐灶和明火中使用木材會產生污染物，這可能導致嚴重的健康和環境後果。然而，向現代生物能源的轉變有助於改善生計，並可以減少土地退化和對生態系統服務的影響。 據 IPCC 稱，有強有力的證據表明現代生物能源對空氣品質具有「巨大的積極影響」。 傳統的生物能源效率低下，逐步淘汰這種能源對健康和經濟都有很大好處。 當在工業設施中燃燒時，與露天燃燒相比，大部分源自木質生物質的污染物減少了 97-99%。

## 參考