综述：双碳政策框架下森林生物资源转化的挑战与前景

《Journal of Bioresources and Bioproducts》：Challenges and Prospects of Forest Biological Resource Transformation under the Dual-Carbon Policy Framework

本综述系统剖析了双碳目标下森林生物资源转化的碳循环机制、产业现状与核心挑战，构建了“技术研发-产业实施-政策保障-生态平衡”一体化理论框架，为全球林业可持续转型与碳中和路径优化提供了关键理论支撑与实践指引（涉及LCA、GHG、HWP等专业评估方法）。

　　

在应对全球气候变化的紧迫背景下，实现碳达峰与碳中和目标已成为国际社会的核心议题。森林生态系统作为关键的陆地碳汇，通过光合作用将大气中的CO₂固定为有机碳（如纤维素、木质素），在全球碳平衡中扮演着不可替代的角色。森林生物资源转化，即通过物理、化学或生物技术对林木及非木质资源进行增值化与低碳化转换，不仅能够提升资源利用效率，更可通过直接减排（如工艺优化、能源升级）与间接减排/碳替代（如生物基材料替代石化产品）双重机制助力双碳目标。

森林生物资源转化与碳中和/碳达峰的关联机制

转化过程中的碳循环

光合作用是森林碳输入与生物量积累的基础。树木通过叶绿体色素捕获光能，驱动光暗反应，将CO₂和水分转化为有机物并释放O₂。不同树种的碳 sequestration 能力差异显著：速生阔叶树（如杨树、桉树）短期固碳速率可达6–8 Mg C/(hm²·a)，而慢生针叶树（如红松、云杉）则具有更长的碳储存稳定性。

在转化过程中，碳流路径因资源类型而异。木质资源加工（如制成建筑材料）存在碳释放-固定的双重过程：加工废料若焚烧或降解会释放CO₂，而主产品中的碳可长期固定。非木质资源（如树脂、纤维）的碳流更为复杂，部分碳在合成反应中以VOCs或CO₂形式排放，最终产品可实现中短期固碳。

助力双碳目标的方法

直接碳减排通过优化生产流程与能源结构实现，例如采用太阳能辅助热泵干燥窑或利用林业废弃物产生的生物质能替代化石能源。在纸浆制造中，黑液资源化技术可实现能源自给与减排。

间接碳减排与碳替代则体现在产品使用阶段。木制建筑材料（如工程木产品）的隐含碳远低于水泥、钢材，且其保温隔热性能可降低建筑运行能耗。林业生物质能源（如生物乙醇、 biodiesel）具有近零碳排放特性，其燃烧释放的CO₂可被原料生长过程中的碳吸收所抵消，从而替代化石燃料。

碳汇与采伐的权衡

高强度采伐会显著减少森林碳汇（R = –0.907）。短轮伐期（如15年）虽能提高短期木材产量，但碳稳定性差；长轮伐期（≥25年）则更利于长期碳储存。协同实现碳汇与木材生产的关键在于采伐强度与周期的控制、能源转化效率的提升（生物质能生命周期碳减排率≥60%）以及剩余物资源化利用（如结合CCS技术产生负碳排放）。长期模拟表明，采用“选择性采伐+剩余物利用+速生树种”组合模式，其累积碳移除量可与未采伐情景相媲美。

现状分析

主要转化路径与产品

全球森林生物资源转化已形成三大方向：木质资源加工（如结构材、人造板、纸浆）、非木质林产品加工（如食品、药材、化妆品原料）以及林业生物质能开发（如成型燃料、生物乙醇）。截至2025年，全球生产性森林面积达12.049亿公顷，占总森林面积的30%。

产业地理分布

产业呈现资源禀赋导向的集聚特征。北美地区（美、加）凭借温带针阔叶林资源与全链条低碳技术，成为工程木产品重要出口区。欧洲地区（俄、瑞典、芬、德）在木材干燥、木颗粒燃料技术上领先。亚洲地区（中、日）则以中国为首的木材加工大国和特色非木质产品（如竹制品）体系见长。

挑战

技术瓶颈

木质纤维素转化效率低是核心挑战，其复杂的结构导致预处理技术（如蒸汽爆破、离子液体）的 lignin 去除率与单体转化率普遍不足（仅40%–55%）。木材干燥过程的能效-质量协同优化、碳监测与核算技术的不完善也制约着产业发展。

经济与市场

生物基产品价格通常是石化基产品的1.3–3.0倍，成本竞争力不足。核心技术设备（如生物质分馏反应器）投资高昂，且市场受政策波动、跨行业替代品竞争影响显著，稳定性差。

建议与展望

突破技术瓶颈需政府-企业-科研机构协同投入，重点攻关木质纤维素高效转化（如两步催化法使糠醛/HMF产率提升至≥70%）、低碳预处理（混合有机溶剂-蒸汽爆破）以及高值产品联产（如生物燃料+平台化学品+木质素纳米颗粒）等路径。

应对经济性挑战，企业需通过精益生产、供应链优化与产品价值创新降本增效。政策层面应纳入碳交易市场、实施税收激励并加强国际标准协调。

未来应构建“可持续森林管理-高效转化-高值应用-废料循环”全价值链闭环体系，量化关键节点碳指标（如采伐作业碳排放因子≤1.2 t CO₂-eq/ha）。在资源端，推广混交林与近自然林业，平衡碳汇与生物多样性。在产品端，发展碳储存型（木结构、生物炭）、能源替代型（生物燃料）与高附加值型（天然提取物）多元化产品体系，实现生态、经济与社会效益的统一。通过产学研政协同，推动森林生物资源转化从“潜力”走向“实效”，为全球气候治理与林业绿色转型提供务实解决方案。