学术研究报告：全球木材采伐量足以支持向“木材城市”的气候友好型转型

作者与发表信息

本研究由Alperen Yayla、Adam R. Mason、Junyang Wang、Stijn van Ewijk和Rupert J. Myers合作完成，作者团队来自英国帝国理工学院（Imperial College London）和伦敦大学学院（University College London）。论文发表于Nature Sustainability期刊，在线发布日期为2025年6月24日，DOI编号为10.1038/s41893-025-01605-w。

学术背景

研究领域：本研究属于可持续材料科学、林业资源管理与气候变化减缓的交叉领域，重点关注木材在建筑行业替代高碳排放材料（如钢铁、混凝土）的潜力。

研究动机：为实现《巴黎协定》的碳中和目标，需减少对化石燃料和碳密集型材料的依赖。木材因其固碳能力被视为关键替代资源，但大规模增加采伐可能威胁森林生态和生物多样性。因此，本研究旨在探索在不扩大采伐量的前提下，通过优化木材利用模式（如燃料转工业用途、循环利用）满足“木材城市”（Timber Cities）需求的可行性。

核心问题：
1. 当前全球木材循环（wood cycle）中，工程结构木材（engineered structural timber）的供需现状如何？
2. 通过哪些路径（如燃料转移、循环利用）可在不增加采伐量的情况下满足未来木材需求？
3. 不同路径对碳排放、能源平衡和土地利用的影响有何差异？

研究方法与流程

研究采用贝叶斯物质流分析（Bayesian Material Flow Analysis, BAMFA），量化2021年全球及13个区域的木材生命周期（从采伐到废弃物处理），并设计四种情景模拟2100年前的木材转型路径：

1. 基准情景（Business as Usual, BAU）：维持当前木材使用模式，无转型。
   
2. 燃料转移情景（Shift）：将40%的木材燃料采伐（592百万烘吨，modmt）转用于工业用途（如建筑）。
   
3. 增采情景（Harvest）：通过增加40%工业用木材采伐（496 modmt）满足需求。
   
4. 循环利用情景（Circular）：将木材废弃物回收率从30%提升至57%，减少原生木材依赖。
   

关键步骤：
- 数据收集：整合联合国粮农组织（FAO）、国际能源署（IEA）等机构的木材采伐、加工、贸易及废弃物数据。
- 模型构建：通过BAMFA方法量化木材流动，包括非法采伐、不同木材类型（硬木/软木）的用途差异。
- 情景分析：结合能源需求、碳排放（生物源与非生物源）和森林扩张需求，评估各路径的可行性。

创新方法：
- BAMFA模型：首次应用于全球木材循环的高分辨率分析，通过贝叶斯统计处理数据不确定性，生成95%可信区间。
- 区域差异化分析：针对发展中地区（如撒哈拉以南非洲）的能源依赖与回收潜力不足问题，提出跨区域木材运输方案。

主要结果

1. 当前木材利用效率低下：2021年，全球67%的木材用于生物能源（1876 modmt），仅0.26%（7.4 modmt）用于工程结构木材，难以满足未来需求。
   
2. 燃料转移路径的减排优势：
   
   • 将木材燃料转为工业用途可减少生物源碳排放（燃烧木材释放的CO₂）0.5 Gt CO₂-eq/年，但需额外化石能源填补12%的能源缺口（4.5 EJ）。
     
   • 到2100年累计减排40.8 Gt CO₂-eq，相当于剩余1.5°C温控预算的22%。
     
3. 循环利用路径的生态效益：
   
   • 通过提升废弃物回收率，可将种植林（plantation forests）扩张需求减少87%（仅需21 Mha，而增采情景需168 Mha）。
     
   • 硬木（hardwood）在建筑中的利用率提升可缓解软木（softwood）种植对自然森林的压力。
     
4. 区域差异与解决方案：
   
   • 发展中地区（如印度、撒哈拉以南非洲）因回收设施不足，需依赖跨区域木材贸易。例如，欧洲生产的工程木材出口至非洲，可减少当地森林砍伐。
     

结论与价值

科学意义：
- 证明全球木材采伐量已足够支持“木材城市”转型，无需进一步破坏森林。
- 提出燃料转移与循环利用的协同路径，为政策制定提供量化依据。

应用价值：
- 政策建议：各国需优先减少原生木材燃料使用，推广清洁能源（如太阳能）替代；建立跨部门协作机制，优化废弃物回收体系。
- 行业指导：建筑业应研发适配硬木的加工技术，并设计可拆卸的木结构以促进循环利用。

研究亮点

1. 方法创新：首次将BAMFA应用于全球木材循环，解决传统物质流分析的数据不确定性难题。
   
2. 多路径比较：量化不同转型路径的碳排放、能源与土地利用影响，揭示燃料转移的减排潜力优于单纯增采。
   
3. 区域针对性方案：提出“欧洲生产-非洲使用”的跨区域合作模式，平衡资源分布不均问题。
   

其他发现

• 硬木的未开发潜力：硬木（如橡木、山毛榉）耐久性高，但当前69%被用作燃料。通过改进加工技术，可替代软木用于建筑。
  
• 废弃物能源化矛盾：尽管焚烧木材废弃物可发电，但其碳排放高于材料化利用，需权衡能源需求与气候目标。
  

（注：全文数据均基于2021年基准，模型假设2100年前年均变化率恒定。）