生物质能源：它会是能源危机、气候变化的解药吗？ | 访西北农林科技大学陈少林教授
在能源危机背景下，为什么必须要发展生物质能源？生物质能源对于建立可持续生态农业和可持续发展和循环经济，有什么意义？
西北农林科技大学教授、 Global Change Biology Bioenergy 期刊主题编辑陈少林将为我们解答上述问题，他还将分享自己对国内外生物质能源研究的发展现状的见解和未来展望。
访谈对象
陈少林，西北农林科技大学特聘教授，陕西省百人计划入选者，博士生导师。2013 年入职西北农林科技大学，2014 年组建旱区生物质能研究中心，受聘中心主任。2018 年组建“丝绸之路多功能循环农业与生物资源循环科技创新联盟”国际合作创新平台，出任联盟主席。部分研究成果发表于 PNAS、Plant Physiology、New Phytologist、Bioresource Technology 等期刊。目前他是 Wiley 开放获取期刊 Global Change Biology Bioenergy 的主题编辑。
关于 GCB Bioenergy 期刊
GCB Bioenergy （全称为 Global Change Biology Bioenergy， ISSN: 1757-1707；IF 4.849，2018年JCR报告农学排名 1/89，能源与燃料排名23/103）是一本国际的英文、开放获取期刊，旨在促进对生物科学与直接从植物，藻类和废物生产燃料之间的关系的理解。
官方网站：
https://onlinelibrary.wiley.com/journal/17571707
以下是访谈的文字实录。
Q：在能源危机背景下，为什么必须发展生物质能源？
A：植物等生物体通过光合作用将光能转化为化学能，生物质能源的利用过程就是将这些化学能转化成热能和电能等其他形式。植物中的糖类还可以转化为生物燃料和生物基产品，比如乙醇和其它化学品或材料，得到的这些产品可以取代汽油或其它石油化工产品等。
为什么需要研究生物能源呢？主要原因是能源和环境安全。
我国石油的进口度高达70%，存在严重的安全隐患。另外，煤和石油等矿物能源或化石燃料不可再生，可能会短时间内用尽；过度开发、粗放利用、奢侈消费化石燃料已经造成了严重的生态环境问题，特别是温室气体排放造成的全球气候变暖，引起各国的高度重视，因此就迫切需要开发和利用可再生绿色能源。
研究、开发和利用生物质资源，生产生物质能源和生物基产品用以替代矿物能源和石油化工产品等，势在必行，已经逐步成为我国以及欧美国家的重大科技需求和战略性新兴产业。例如我们国家的《生物质能发展 “十三五”规划》，分析了国内外生物质能源发展现状，阐述了我国生物质能产业发展的指导思想、基本原则、发展目标、发展布局和建设重点等，是我国近阶段生物质能产业发展的基本依据。
Q: 生物能源与常规能源的区别是什么？
传统的矿物能源和生物能源同源，均来源于生物质，富含碳氢化合物等有机物。但是，由于化石燃料的不可再生性，我们将矿物能源与生物质能源区分开来。
此外，生物质资源还具有绿色、低碳、清洁、可再生等特点，所以后者被认为是唯一能够大规模取代化石燃料资源的宝贵的可再生绿色资源。
Q：生物质能源有哪些类型、特点和优势？
生物质资源来源广泛，包括能源植物、农业废弃物、木材和森林残留物、城市有机垃圾、以及藻类生物质等，它们可以被转化为固态、液态和气态燃料。固态燃料可以用于发电，生物乙醇等液态燃料可以用于替代汽油和柴油，沼气等气态燃料可以用于发电、取暖等。
生物质同样可以通过炼制，用于生产液体燃料、化学品、材料、生物医药、润滑剂、绝缘油、肥料、杀虫剂等各类化工产品。而太阳能、风能、水能等其它可再生资源，只能部分地取代化石燃料的功能，比如发电或供热，而不能用于生产液体燃料以及化工产品和生活用品。
Q：您的研究如何促进可持续生态农业的发展？
我国西北地区属于典型的干旱、半干旱气候区，生态环境脆弱。部分地区——如北方农牧交错带地区——由于玉米等粮食作物种植面积持续增加，水资源开发强度已近极限，土地沙化、草原退化、生态功能弱化日益严重，对策之一是就是退耕还草，发展优质的生物质资源。
传统的农业生产为什么会带来各种问题呢？拿玉米等粮食作物来说，它们大多是一年生草本植物，需水量大，所以造成严重的水资源过度利用。另外，玉米等粮食作物的施肥量大，造成水资源污染和温室气体排放，同时造成水土流失、土壤有机碳流失等其它问题。
而多年生草本植物则不同，它能够改善生态环境，减少水土流失，增加土壤固碳，增加生物多样性。因此，我校山仑院士强调多年生草本植物的生态农业属性，兰州大学的南志标院士提出多功能草业发展理念。多年生草本植物的抗逆性强，能够种植于黄土高原和北方农牧交错带等半干旱地区，有助于改善生态环境，有助于提供优质绿色的生物质资源，用于生物质能源、生物基产品以及其它产品的生产。
与之相对应，我们现在具体研究内容包括：
多年生草本能源草的分子育种理论和技术创新，以选育广适性新品种，为西北地区的多功能草业发展提供理论和技术支撑； 生物燃料和生物基产品生产过程的关键技术，包括生物质多糖大分子的微生物酶解，减低这一过程的成本，有助于推动生物燃料和生物基产品的产业化发展； 推动建立多年生草本能源草和牧草的环境和经济效益评价体系，以种植地的经济效益和环境效应等指标为依据，优化资源配置，以促进生态环境保育与多功能循环农业发展的深度融合。
利用生物质能源和生物质资源大规模替代化石燃料，实现可持续发展，是本世纪面临的重大挑战。我们的工作正在推动这个目标的实现。
Q：生物质能源的发展，对于可持续发展和循环经济有什么促进作用？
A：首先，有助于保障我国的能源安全。根据中国石油集团发布的《2018年国内外油气行业发展报告》，2018 年我国的石油对外依存度升至 70％，预计到 2030 年将上升到 80%。在当前以及可预期的国际政治和贸易环境下，保障我国能源安全，转向以生物质能等可再生能源为主，是我国的重大战略需求。
其次，这是低碳经济与可持续发展的必然趋势。化石燃料的使用导致大量二氧化碳的排放，二氧化碳是温室气体的主要来源，是加快全球变暖的重要因素。生物质资源是唯一能够大规模取代化石燃料的可再生资源，在可持续发展中具有不可替代的基础战略地位。
第三，多年生草本植物的种植和生产，能改善生态环境，包括改良土壤、提高土壤固碳量、减少水土流失、增加生物多样性等。
第四，有助于增加农民收入。我国西北半干旱地区有大量边际土地，北方农牧交错带等区域的水资源短缺、土地沙化、草原退化、生态功能弱化等生态环境问题日益严重，农牧民收入总体偏低，退耕还草、调整种植制度，推动可持续生物能源产业化发展，有助于增加农民收入、加速多功能循环农业发展。
Q：请谈谈您对中国生物质能源的发展现状以及未来发展的展望
A：我国生物质能的发展前景良好，国家高度重视生物质能源科学技术发展，大力推动生物质能源和生物质资源循环利用产业的发展。但从资源和发展潜力来看，生物质能和生物质资源利用总体仍处于发展初期。
目前，生物质发电和液体燃料产业已形成一定规模，生物质成型燃料、生物天然气等产业已起步，呈现良好发展势头。
生物质能和生物质资源循环科技的重大研发项目，包括重点基础研究发展计划（973计划）、国家高技术研究发展计划 （863计划）、国家科技支撑计划以及国家自然科学基金重点项目等渠道的资助。支撑的方式和渠道正在进行改革和逐步完善。这些项目的实施，极大地推动了我国生物质能和生物质资源循环科学和技术的发展。
值得介绍的重大项目很多。这里简单介绍几个代表性的 973 计划项目：
方向：多年生草本植物
名称：重要牧草、乡土草抗逆优质高产的生物学基础
项目编号：2014CB138700
主持：兰州大学南志标院士
方向：生物质生物降解
名称：木质纤维素资源高效生物降解转化中的关键科学问题研究
主持：山东大学曲音波教授
方向：生物液体燃料
项目：草本能源植物培育及化学催化制备先进液体燃料的基础研究、生物质制取高品位液体燃料基础问题研究
Q：国际生物质能源的发展概况如何？
A：第一代液体生物燃料开发利用的成功范例是巴西的甘蔗乙醇项目。
在上世纪70年代初的石油危机冲击下，巴西政府开始利用本国丰富的甘蔗资源生产乙醇，用以替代汽油，减少对进口石油的依赖。目前巴西汽油中添加的生物乙醇比例高达27%。
美国主要利用玉米为原料生产生物乙醇。从 2006 年起，美国超过巴西成为全球最大的燃料乙醇生产国和消费国。2007年，美国颁布了《能源独立与安全法》（Energy Independence and Security Act of 2007, EISA 2007），强调能源安全，推动发展第二代生物燃料，特别是以纤维素生物质为原料的生物燃料。
同年，美国成立了能源生物科学研究院（Energy Biosciences Institute，EBI）、联合生物能源研究院（Joint BioEnergy Institute，JBEI）等多个国际级或国家级生物能源研究机构，我回国前就在 EBI 工作。
EBI 由加州大学伯克利分校和伊利诺伊大学香槟分校等院校和机构组成，它的成立开启了纤维素生物燃料研究的新篇章，所形成的多学科协同的产学研研发机制，创新了草地农业和耕地农业协调发展分析评价体系，推动了生物质资源合理开发利用与保护等交叉领域的快速发展，为促进多功能农业发展与生态环境的深度融合提供了重要科学依据和技术支撑。
在此基础上，2017 年伊利诺伊大学香槟分校获得 1.14 亿美元联邦资助，成立美国国家生物能源研究中心（CABBI），进一步拓展和融合多功能循环农业研究和生物质资源循环利用技术研究。
为什么在开发生物质能的同时，我们强调多功能循环农业呢？因为原料的开发利用，无论是秸秆还是能源植物的开发利用，都涉及土地资源、水资源、种质资源和生态环境等农业发展要素。因此，必须统筹考虑这些农业基本要素，将生物质能源和生物质资源循环利用纳入到多功能的循环农业体系中加以研究、规划和推动。
推动多功能循环农业发展涉及的学科领域众多，例如土地的规划配置和合理利用就涉及作物学、草业科学、经济学、生态学等学科领域。值得一提的是，伊利诺伊大学香槟分校在多学科融合汇聚和多功能循环农业研究方面已经先行一步。
我们对于多功能循环农业发展和生物质能源产业化发展的交叉融汇研究还不够，加强这方面的投入，有助于将生物质能源和生物质资源循环利用纳入到多功能循环农业体系建设中加以规划和推动，以实现可持续的绿色农业和社会经济发展。
Q：您对于未来的生物质能源研究的兴趣点在哪里？
A：生物质能源发展的重大科学技术问题都可能成为我的兴趣点。作为西北农林科技大学旱区生物质能研究中心的负责人，同时作为 Global Change Biology Bioenergy 的副主编，我有责任和同仁们一起，共同推动多功能循环农业体系和生物质能源产业体系的建设和发展。
Q：科学工作者需要具备什么样的品格，才能使自己的研究保持卓越？
A：我们正处于社会转型和高速发展阶段，我们在享受优质生活的同时，也面临着发展中出现的诸多问题和挑战：如何实现绿色协同可持续发展，就是我们面对的最大挑战。
生物质能源和生物质资源循环利用，作为学科和产业，都处于起步阶段。它不仅仅是转化利用技术问题，同时也和分子育种、土地资源利用、水资源利用、生态环境、水土保持、温室气体排放等其它学科和问题相互交织。
统筹多功能循环农业发展，加速生物质能源和生物质资源的绿色循环利用，不仅仅是中国问题，更是全球问题；不仅仅是工程学问题，也是农学、环境科学和生命科学的巨大挑战。面对挑战，需要我们具有宽阔的视野、坚强的意志和敢于担当的品格，通过强化协同合作和协同创新，才有可能共创美好的未来，实现真正意义上的可持续发展。
Q：您是否可以谈一谈您对于开放获取（OA）的个人看法？
A：有研究表明，开放获取的效益显著，产生了巨大的社会经济效益。
对于作者而言，开放获取有助于科研成果跨越国境、超越学科领域，拓宽了科研成果的传播范围，提高了科研成果的传播力和影响力，有助于加速科研成果转化，产生社会经济效益。当然，开放获取和数据开放还有利于加快科研发现，提升科研的透明度和可重复性等。
开放数据同样重要。我个人熟悉的模式植物拟南芥研究，模式丝状真菌粗糙脉孢菌研究以及前沿技术蛋白组学研究等，在开放数据和资源共享方面都有着诸多成功的经验。
例如模式植物拟南芥研究领域，我的老师 Chris Somerville 院士曾引领建立拟南芥基因组学数据共享平台（TAIR）以及拟南芥突变体库共享平台（ABRC）等。模式丝状真菌粗糙脉孢菌研究领域，也建立了几乎完备的基因敲除突变体库等共享平台。蛋白组学和定量蛋白组学研究领域，也逐步完善了数据共享平台。这些数据和资源共享平台的建设，可谓功德无量，极大地推动了相关学科领域的发展和进步。
Q：您对于即将向开放获取期刊投稿的作者，有什么建议吗？
A：有些研究人员可能对开放获取不熟悉，也可能因为某些原因，不愿意将研究成果发表于开放获取期刊。可能的误区包括，发表开放获取期刊较贵，作者不拥有版权等。据我所知，开放获取还在持续完善过程中，被认为是学术发表的未来。
据我所知，开放获取在增加我们研究成果能见度的同时，有助于我们自行在网络平台上予以宣传，提高我们的合作机会以及获批基金的机会等。当然，开放获取还有助于我们的成果优化和转化。
例如，我们从事生物质能源和生物质资源循环利用研究、开发和应用，关乎能源危机，关乎温室气体排放，关乎全球命运共同体建设。开放获取能够让更多的人加入我们的行列，有利于我们跨越国境、超越种族、跨越学科壁垒，取得全球共识，共同推进世界和中国经济社会的可持续发展。
关于 GCB Bioenergy 期刊
GCB Bioenergy （ISSN: 1757-1707；IF 4.849，2018年 JCR 报告农学排名 1/89，能源与燃料排名 23/103）是一本国际英文，开放获取期刊，旨在促进对生物科学与直接从植物，藻类和废物生产燃料之间的关系的理解。
该期刊侧重于生物学影响背景下的主题：
来自能源作物，藻类和生物残留物的生物能源，生物油和生物产品（Bioenergy, bio-oil and bioproducts from energy crops, algae, and biological residues）
原料管理，基因组学，育种，生产模型，组成，害虫，疾病和杂草（Feedstock management, genomics, breeding, production modeling, composition, pests, diseases and weeds）
生物能源系统的可持续性，生物多样性和生态系统服务（Sustainability, biodiversity and ecosystem services of bioenergy systems）
作物，作物系统及其加工的社会经济学（Socioeconomics of crops, crops systems and their processing ）
影响生物燃料，生物产品和生物能源的政策和立法发展（Policy and legislative developments affecting biofuels, bioproducts and bioenergy）
微生物和热解构以及生物原料中燃料和生物产品的合成（Microbial and thermal deconstruction and synthesis of fuels and bioproducts from biological feedstocks）
(TEA) 生命周期评估（LCA），物流分析（MFA），技术经济分析（TEA）的系统分析（System analysis from life-cycle assessment (LCA), material flow analysis (MFA), techno-economic