松属（Pinus spp.）球果用于生产固体生物燃料：墨西哥米却肯州圣弗朗西斯科皮查塔罗案例研究

《Sustainable Chemistry for Climate Action》：Utilization of Pinus spp. cones for the production of solid biofuels: A case study of San Francisco Pichátaro, Michoacán, Mexico

　　

木质纤维素类森林残余物是森林火灾蔓延的风险因素。在墨西哥，若干农村社区拥有广阔的森林领地，其中富含诸如松属（Pinus spp.）球果等残余物，这些残余物可加以管理用于能源目的，并有助于减少森林火灾。本案例研究的目标是对墨西哥西部一个农村社区的松树球果（Pinus spp.）进行能源化利用评价，以评估其作为生产致密化固体生物燃料原料的适宜性。该方法提出了一种管理非木材森林残余物的可持续替代方案，使其能够用于热能生产。研究方法分五个阶段：1）确定松树球果的空间和时间产量；2）物理-能量特性表征，以测定热值和水分含量；3）工业分析，以量化灰分、挥发分和固定碳；4）化学分析，以测定全纤维素、木质素和抽提物含量，并识别污染元素；5）多准则分析，以评估其作为固体生物燃料的技术可行性。结果显示，平均高位热值为20.76 MJ/kg，高于其他木质材料，最终水分含量为14.22%。此外，残余物的工业分析显示灰分含量极低，为0.51%至0.62%，最大限度地降低了燃烧过程中操作问题的可能性。另外，还记录到较高的木质素含量（40.87%），这有助于提高热值并促进燃烧过程中的热量释放。这些特性促使其作为天然资源进行致密化，且高木质素含量可在造粒过程中充当粘合剂。化学分析显示重金属含量极少。松属球果是生产高质量固体生物燃料的原料。研究区松树球果的技术评估显示，估算能量潜力为24.3 TJ/年，证实其作为战略性生物质资源的可行性。本案例研究表明，非木材森林残余物的当地管理可成为加强防火实践、促进林副产品增值并实现固体生物燃料生产的有效途径。总之，这些结果强调了整合基于社区的可持续利用方法的重要性，这些方法有助于使能源结构多样化，并向更可负担、更有韧性的能源系统过渡。

**利用松属球果生产固体生物燃料的研究解读——以墨西哥圣弗朗西斯科皮查塔罗为例**

化石能源依赖和气候变化压力推动了全球对可再生能源的探索。生物质能凭借其多用途性，可利用林业和农业残余物，在减缓温室气体排放和促进循环经济方面具有突出潜力。在墨西哥，许多社区森林不仅提供木材和非木材林产品，还产生大量木质纤维素类残余物，如松属（Pinus spp.）球果。这些球果自然脱落并堆积，既增加森林火灾风险，又因缺乏有效利用途径而被视为低价值废弃物。圣弗朗西斯科皮查塔罗原住民社区拥有3,488公顷林地，以松树和橡树为主，其森林管理经验丰富，但球果尚未被纳入能源利用体系。为此，研究人员以该社区的San Bartolo Segundo街区为案例，系统评估球果作为固体生物燃料原料的技术可行性与能量潜力，旨在为林业社区提供一种兼顾防火、资源增值和能源自给的发展路径。该研究成果发表于《Sustainable Chemistry for Climate Action》。

本研究采用五阶段方法。首先，在社区林地区域（约500公顷）按四个象限设置20个25平方米样方，收集已散种且完整的球果560个，记录其空间分布并估算单位面积产量。随后，依据UNE-EN和ASTM标准测定水分含量、高位热值、表观密度及粒度分布；通过工业分析获得灰分、挥发分和固定碳含量。化学分析采用Van Soest法测定纤维素、半纤维素、木质素和抽提物比例，并使用傅里叶变换红外光谱（FTIR）识别官能团，利用电感耦合等离子体发射光谱（ICP-AES）对灰分中的30种元素进行微分析。最后，使用MULTIBERSO软件进行多准则评价，将球果与本地常用的橡木柴火和松木柴火对比，并按公式估算年能量潜力。

研究结果围绕多个指标展开。**（3.1 球果量化）** 通过样方调查，估算每公顷约11,200个球果，平均单重30克，折合生物量0.336吨/公顷；外推至社区全部林地后，年产量约1,171.29吨。分布相对均匀，表明该资源具有稳定的供应潜力。**（3.2 水分含量）** 球果平均水分含量为14.21%，低于多数木质纤维素废弃物（>18%），无需额外预干燥，利于降低加工能耗和保证储存稳定性。**（3.3 热值）** 平均高位热值为20.76 MJ/kg，高于多种木质材料，这与其较高的木质素和树脂含量直接相关，且超过18 MJ/kg的固体生物燃料推荐阈值。**（3.4 粒度）** 粉碎后约69.81%的颗粒可通过3.35毫米以下筛网，符合颗粒燃料生产对粒径小于5毫米的要求，有利于致密化；剩余较粗颗粒可二次粉碎或用于型煤生产。**（3.5 表观密度）** 表观密度处于251.74–278.26 kg/m3范围，与针叶木质纤维素材料典型值一致（160–330 kg/m3），适合压缩成型与运输。**（3.6 灰分）** 灰分含量极低，仅为0.51%–0.62%，可显著降低燃烧过程中结渣和腐蚀的风险。**（3.7 挥发分）** 挥发分含量为71.45%–72.35%，表明球果易于点燃且燃烧反应性良好。**（3.8 固定碳）** 固定碳含量为26.93%–27.93%，与文献报道的其他木质纤维素材料相符。**（3.9 FTIR光谱）** FTIR分析识别出与纤维素（887 cm^-1）、半纤维素（1045、1734 cm^-1）及木质素（1406–1630 cm^-1）相关的特征吸收带，证实其木质纤维素结构。**（3.10 化学组成）** Van Soest分析显示，球果含纤维素36.84%、半纤维素8.99%、木质素40.26%、抽提物13.19%。木质素和抽提物是热值的关键贡献者，其中木质素还可作为造粒时的天然粘合剂。**（3.11 灰分微分析）** ICP-AES检测到高浓度的钾（44,332.93 ppm）、钙（42,035.69 ppm）和镁（18,432.29 ppm），重金属含量极低。钾虽能催化燃烧，但高含量可能引起烧结；硫含量（8,865.26 ppm）需关注燃烧时SO_x的排放。**（3.12 元素分析）** 元素分析显示碳含量48.