1.1。制定薪柴和木炭能源政策

一个国家必须采取的第一步是寻求保证为其公民提供充足的薪材和木炭供应，这是制定国家薪材和木炭能源政策。这种政策必须是国家范围的，因为满足薪材需求所需的资源分配需要在国家一级采取行动。（4）

国家薪材政策还必须与涵盖整个能源使用领域的国家能源政策相互联系，如果没有相应的液体燃料电力投入，不能扩大薪柴供应量。然而，作为第一步，可以开始使用薪柴和大量用于家庭用途的木炭和其他燃料。

发展中国家的典型能源预算在很大程度上依赖于薪柴和木炭来进行家庭烹饪和取暖。

在制定薪柴能源政策时，需要考虑的三个主要方面是：

 

- 目前木材资源的规模和特点及其未来发展。

- 目前薪柴和木炭的消费模式以及未来可能的发展。

- 如何生产和分配现有供应以及其合理化和改进的可能性。

1.2。能量平衡概念

世界人均薪柴（包括木炭）的消费量估计在1978年为0.37立方米。然而，在发达国家，人均使用量仅为0.13m³，而发展中国家仅为0.46m³。发达国家人均能源使用量较高，其中木材是次要组成部分; 发展中国家的人均能源投入较低，其中大部分由木材和木炭组成。

表1摘自联合国新能源和可再生能源会议（1981年第三届会议），显示了薪柴在世界各地的相对重要性。（30）

作为起点，准备一系列当前和未来消费模式的预测是有用的，这些预测可以从可用的人口数据和典型的人均需求中相当容易地得出。从这一点可以很快估计出必须采伐的木材的速度和森林的面积，并且可能每年都会被毁坏。根据对有助于生产的森林面积分布和主要消费领域的了解，可以相当容易地勾画出主要的分销网络和必须流入各个市场的可能数量。在此阶段，图像中的各种“灰色区域”将开始出现，并且可以计划调查以提供必要的数据以阐明图像。

表1. 1978年世界能源消费中的薪材

 

		人口	总薪材a /	人均消费	相当于薪材的能量b /	商业能源c /	薪材（总数百分比）d /
		（百万）	（百万立方米）	（立方米）	（数百万千兆焦耳）		％
世界		4 258	1 566	0.37	14 720	256 594	5.4
发达国家		1 147	145	0.13	1 363	205 115	0.7
	- 市场经济	775	54	0.07	508	145 148	0.3
	- 中央计划经济	372	91	0.24	855	59 967	1.4
发展中国家		3 111	1 421	0.46	13 357	51 479	20.6
	- 非洲	415	353	0.85	3 318	2 415	57.9
	其中最不发达国家	138	163	1.18	1 532	255	85.7
	- 亚洲	2 347	796	0.34	7 478	37 558	16.6
	其中
	最不发达国家	130	34	0.26	319	180	63.9
	中央计划经济	1 010	220	0.22	2 068	24 048	7.9
	- 拉丁美洲	349	272	0.78	2 557	11 306	18.4

 

 

a /包括用于木炭的木材
b /IM³= 9.4千兆焦耳
c / IMT煤= 29.3千兆焦耳
d /不包括在某些地区重要的其他非商业能源

在这个规划的初步阶段，有必要记住，各个发展中国家的人均薪柴需求比人们预期的要均匀。大多数发展中国家位于热带地区，因此受到相当均匀的温度制度的影响。例外的是高山和高原，但是在国家层面，这些差异通常不严重，并且可以将整个人口的相同数字用作初步估计。

基本的人均消费量可以作为每年1200公斤含水量30％的薪材。这个数字适用于传统的低效率炉灶和烹饪火炉。高效炉灶可以将这个数字减少到450公斤。每年人均木炭消费量约为60公斤至120公斤，初步规划可使用100公斤的数字，可转换如下：100公斤木炭的生产需要约700公斤干木，考虑到运输损失。100千克木炭的木炭细粉的热含量相当于约300千克空气干燥木材的热含量。从这些数字可以清楚地看出，鼓励使用高效炉灶燃烧干燥木材是值得的，但在传统的低效炉灶和明火中，最好是用木炭而不是木材燃烧。明火和设计不佳的炉灶可能具有低至3％至5％的热效率。典型的木炭“锅”的热效率为23-28％。（见第二章）。使用木炭还可以节省运输成本。

无论选择何种策略都会影响未来几年制定的预计生产和消费计划，并对森林经营政策产生重大影响。

以下转换因子将用于准备能量平衡：

表2

 

发展中国家用于国内目的的典型人均薪材消费范围。（实际数字取决于当地的气候，供应，传统等）		0.5m³至2.0m³
用于生产一吨（1 000千克）木炭的薪材量		7至11m³（固体）
通过清除可获得的薪材的产量
	（a）热带高山森林	80-100m³/ ha
	（b）萨凡纳森林	20-45m³/ ha
	（c）优质的桉树人工林（12-15岁）。（种植园的产量完全取决于实现的增长率。需要实际库存来进行稳定的产量预测）	80-200m³/ ha
良好地点管理良好的桉树人工林的年产量（12 - 20年轮换）（平均年增量：MAI）		14-20m³/ ha
燃烧时1吨（1 000公斤）木炭的能量输出相当于：
	（a）燃料油	0.55吨
	（b）电力，如果用于产生热量	7 260 kWH
	（c）沥青（硬）煤	0.83吨
	（d）干木材（含水量15％）	1.65吨
	（e）绿木（含水量60％）	2.5吨

 

制定薪柴战略的下一步是估算基准年的总薪材和木炭消费量，然后制定一个表格，显示年度需求与预计的人口增长保持一致，为期约20年。这通常足以稳定生产/消费情况。

通过在每个公顷的各个生产区域中插入收获的每公顷薪材的产量，可以量化未来每年的工作量。

现在将开始出现各种前景。对于人口密度较小且森林剩余面积较大的国家，通常会发现它们的前景看似良好。所需的森林面积足够，甚至可以将足够大小的森林生产区用于持续产生所需数量的木炭，即使这些天然林可能具有相当低的平均年增量（MAI）。可行的管理制度。但是，必须隐含假设人口增长能够稳定下来; 否则，没有森林资源，大，可以满足未来的需求。

对于人口密度较大且森林资源较少的国家而言，除非采取激进措施控制局势，否则通常会发现现有森林面积不足以供应未来的薪材和木炭需求。

制定克服这些严重问题的计划需要专业知识和经验。必须考虑所有相关的技术和社会因素。

面对这种情况的发展中国家面临的主要选择是：

 

- 更好的管理或引入现有的管理，森林地区可能足以将产量提高到自然再生将解决问题的程度。

- 可以建立高产林种植园，通常是桉树种，允许足够快的木材产生足以满足需求并克服该问题。但是，需要专家帮助和良好的规划。必须仔细选择种植地点，同时考虑土壤肥力，降雨量，与消费中心相关的位置，以及将土地永久用于森林目的的实用性。

通常与使用土地为不断扩大的人口种植粮食的需要相冲突，在这种情况下，控制自给农业区中的人工林生存和发展的社会因素变得至关重要。

高产的种植园可以很容易地显示每公顷的MAI超过十到十二年的20或更多立方米的木材旋转。相比之下，有效的MAI是大约两三立方米的天然非管理森林。然而，必须强调的是，如果没有良好的土地，良好的管理以及肥料的投资，就无法实现高产量的种植园。（11）

通过改进木炭生产和分配方法以及提高燃木炉的效率，也可以减缓木材的消费速度。有时传统的燃料收集方法由于工具不足导致大量的大直径原木和枝木未收获并且腐烂。

1.3。计算能量平衡

下面计算一个区域的假设薪材能量平衡，显示所使用的方法并指出可能需要收集更准确数据以开发更精确图像的关键因素。

薪材能量平衡

 

区域	'X'
总面积	5 600平方公里
耕地	620平方公里
起伏的森林土地	3 400平方公里
陡峭的山脉，湖泊，河流和城市地区	（2 - （3 + 4））= 1 580平方公里
人口	其中80 600人估计是9 000人
估计人口增长率	每年2.1％
初步估计每年人均薪柴用量（取自表2）	0.8m³/ pc。/年。（固体）
预计该区乡镇的木炭销售量	110 000公斤
从区域出口的薪材量（估计）	零
从区域出口的木炭重量（根据运输税文件计算）	35 000公斤
进入区域的薪柴量	零
进口到区域的木炭量（根据运输税文件计算）	7 400公斤

 

根据以上数据，可以制定该地区的初步木质燃料能量平衡。这是基于生产和进口被视为投入，消费和出口被视为产出。因此，年度薪柴余额如下：

输入

 

1）用于生产木炭的木材

 

木炭总产量	+ 110 000公斤的销售额
	- 7 400公斤进口
	+ 35 000公斤出口
净木炭生产	137 000公斤

 

 

假设在烤箱干燥木材的基础上，薪柴至木炭转化效率为5至1重量％。

如果绿色薪材的密度为750 kg /m³（固体）且水分含量为40％，则每m³的绿色木材含有750 x 100/140 = 535 kg的烘干木材，相当于535/5 = 107 kg木炭。

生产137 000公斤木炭需求：1 286立方米的薪柴或964 485公斤的湿木柴。这相当于湿木材的转化率约为7比1。

2）直接用作燃料和制造木炭的木材数量为：

 

a）用来制作木炭	1 280立方米
b）农村居民用作薪材	80 600 x 1.2 = 96720m³假设人均燃料木材使用量为1.2m³，农村人口为80 600。
总：	每年98000立方米的绿色木材

 

对该地区目前年度薪材使用量的估算使我们能够估算每年用于薪材的森林面积，并结合人口增长估算，预测满足不断增长的人口燃料需求所需的各种森林数量。使用上述计算，结果可能不准确。如果这些计算表明该地区可能面临薪材缺乏，那么有必要尝试提高该数字的准确性，以便更准确地估算森林资源的充足性或其他方面，并采取必要行动来改善供应情况。

当估算出年度薪材消耗量的数字时，可以计算该维度的薪材收获对该地区森林资源的影响。还必须考虑到人口增长率。由于人工林资源大约需要达到最大产量，并且某些形式的被忽视天然林管理的效果可能需要十到二十年才能显示结果，因此将生产基于大约二十年的前期生产也是合理的。如果人口保持不变，我们可以计算如下：

高等森林的公顷用于木质燃料，产量为每公顷80立方米（98 000/80）=每年1 225公顷。如果已知可用于薪材的原始森林面积，则可以计算可以维持供应的年数。同样，如果要使用大草原或种植园，则可以类似地计算每年所需的面积。

通常，薪材和木炭是由森林和退化森林生产的，计算管理层必须无限期维持这样一个系统是有益的。如果森林的轮伐期设定为四十年，那么通常不管理但监督的切割高林可以保持每年每公顷2-4立方米的平均增量，那么每公顷木炭的产量为80立方米。可以预料。人口增长意味着每年要收获的面积增加，为了获得轮换，例如四十年而留出的总面积必须考虑到这一点。根据初始木材需求量为1 225公顷/年，假设人口增长率为2.1％，则必须保留75 617公顷优质森林面积，进行四十年轮换。

使用复利的“摊销基金”方程方便地计算上述森林面积。这个公式如下：

哪里

 

FV =最终值（森林面积）
PMT =第一年收获面积
i =人口增长率％/ 100 
n =考虑的年数。

然而，如果人口持续增长并最终必须出现森林供应问题，所需面积将继续增加。如果没有大面积未开发的森林，问题就会变得更加复杂，必须以较低的产量和不同的产量收获森林。出水位应允许在正常森林内再生，比如四十年，这样可以生产出每公顷80立方米的薪材和木炭。建立这样的管理涉及社区与森林之间的困难关系问题以及专家帮助的困难，这里无法涵盖。本研究的目的是指出保持持续供应薪柴和木炭的影响以及如何评估所需森林资源的规模。

1.4。木炭生产的单位过程

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1.4.1。什么是木炭？
1.4.2。木炭制造的单元过程

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准备供消费者使用的木炭意味着生产链中的一系列步骤，所有这些步骤都很重要，所有步骤必须以正确的顺序进行。它们在生产成本上的发生率不同。注意到这些差异使得每个步骤或单元过程的重要性得以评估，以便可以将注意力集中在生产链中成本最高的环节上。

1.4.1。什么是木炭？

木炭是当木材在封闭空间（例如木炭窑）中在受控条件下“碳化”或“热解”时剩余的固体残余物。在热解或碳化过程中对空气的进入进行控制，使得木材不仅像常规火焰那样燃烧成灰烬，而且化学分解形成木炭。

在热解过程中不需要空气。事实上，先进的木炭生产技术方法不允许任何空气进入，从而产生更高的产量，因为没有额外的木材与空气一起燃烧并且便于控制质量。

热解过程一旦开始，就会自行循环并释放出相当多的热量。然而，构成木材的纤维素和木质素的这种热解或热分解在木材升温至约300℃的温度之前不会开始。

在传统的木炭窑或坑中，装入窑中的一些木材被燃烧以干燥木材并升高整个木材装料的温度，从而热解开始并且自身继续完成。以这种方式燃烧的木材丢失了。相比之下，复杂的连续蒸馏器在生产高产量优质木炭方面的成功是由于他们巧妙地利用热解的热量（通常是浪费的）来提高进入木材的温度，从而在没有热解的情况下完成热解。燃烧额外的木材，虽然需要一些热量来弥补通过墙壁和设备其他部分的热量损失。由碳化木材释放的可燃木材气体可以燃烧以提供这种热量并干燥木材。

热解过程产生的木炭主要由碳，少量焦油残留物，原木中含有的灰，可燃气体，焦油，一些化学品（主要是醋酸和甲醇）和大量的水组成。作为木材的干燥和热解分解产生的蒸汽。

当热解完成时，使木炭达到约500℃的温度，使其冷却而不进入空气; 然后可以安全卸载并准备使用。

世界上绝大部分的木炭仍然是通过上面简要介绍的简单过程生产出来的。它浪费地燃烧部分木材以产生初始热量，并且不会回收任何副产物或热解过程释放的热量。

其他木质材料如坚果壳和树皮有时用于生产木炭。然而，木材是用于木炭生产的优选且最广泛可用的材料。许多农业残余物也可以通过热解产生木炭，但是这种木炭以细粉形式生产，对于大多数木炭用途，通常必须以额外的成本压块。在任何情况下，鼓励更广泛地使用作物残余物来制造木炭甚至作为燃料通常是一种不明智的农业做法，尽管燃烧甘蔗渣以提供糖产生的热量以及作为家庭燃料的玉米秆和粗草的燃烧在某些地区确实提供了作为合理农业政策一部分的整体效益。

基于可获得性，成品木炭的性质和良好的生态原理，木材仍然是首选和最广泛使用的原材料，并且似乎没有理由在未来这应该改变。

1.4.2。木炭制造的单元过程

制炭可分为几个阶段或单元操作。他们是：

 

种植薪材
木材采伐
干燥和碳化木材的准备将木材碳化
成木炭
筛选，储存和运输到仓库或配送点。

通过使用以下“成本中心”可以方便地分析生产成本，这些成本中心更清楚地显示了各种系统的优点：

 

- 窑，坑或蒸馏器侧面的薪材成本，包括财务成本。
- 碳化劳动力成本，包括装载和卸载。
- 木炭运输到主要市场或分销点的成本。
- 营运资金成本。
- 修正了坑，窑或蒸馏器的投资成本。

所有成本都以相同的单位表示，即每吨木炭交付，因此它们的相对重要性是明确的。粮农组织的研究摘要提供了以下广泛的图景。（3）

如果使用传统的粘土砖窑和每公顷产生约40立方米木材的热带草原森林，则适用以下单位成本（表示为交付木炭成本的百分比）：

 

窑木材的成本	60％
窑的人工成本	9％
营运资金成本	3.5％
固定投资成本	1.5％
木炭的运输成本	26％
	100％

 

木材采伐和木炭运输成本的重要性是显而易见的。它们共计占成本的86％。

木炭制造需要其他辅助原材料和输入，不能忘记。窑需要粘土用于密封和制造用于冷却的泥浆和砖，这应尽可能在木炭制造场地附近进行。地球坑和夹子需要具有合适纹理和大量秸秆和树叶和树枝的土壤。金属窑需要沙子和气体焊接和切割用品和钢板进行维修。所有木炭工艺都需要一定量的水来冷却灭火和制造粘土浆料。最重要的是，现在整个过程需要一定的液体燃料投入，用于木材种植和收获，木材和木炭的运输以及人员的杂项运输和设备维修等。以上都是成功的木炭操作的基础。其他不容忽视的因素是食品供应，住房和其他工人基础设施以及饲养动物用于运输的饲料。如果不对散装的木炭进行处理，则必须增加包装成本。

后续章节将介绍木炭生产单位操作的技术方面。还包括一些关于成本控制和与木炭制造有关的经济的信息。

(责任编辑：活性炭网) 织梦二维码生成器