生物燃料与能源安全

王奕萌

交通工具使用液态燃料始于蒸汽发动机的应用，此后经历了漫长的科技创新过程。起初，木材和煤炭是燃料的主要来源，用于推进陆地和海洋上的各种交通工具。然而，将这些物质转化为燃料既污染又费力，需要投入大量的人力。随着液体石油的发现和炼油工艺的发展，液态燃料很快取代了煤炭和木材，成为交通工具的能量来源。石油能够释放的能量是煤炭的2倍，锅炉的设计可以做到体积更小，能够使汽车、轮船和火车行驶得更快、更远。液体石油通过管道传输，极大地减少了加油的劳力，供应点分布的选择面也更广。结果是，石油很快成为燃料的首选，引发了全球“石油热”以及有关国家之间的利益竞争。

为了应对能源挑战，美国根据冷战时期制定的《国防生产法》，由农业部长、能源部长和海军部长签署了谅解备忘录，各投资1.7亿美元发展生物燃料产业，以期推动实现“能源独立”的目标。

2007年的美国《国防授权法案》提出了颇具挑战性的目标，要求在2025年美军生产或采购的所有能源中可再生能源比重达到25%。法案第2852款要求国防部在应用可再生能源满足交通运输需求方面设定明确的目标：

“……需要特别强调的是，为了制定和落实能源工作目标和计划，国防部至少应考虑到以下问题……可替代能源项目，包括在军用车辆和装备上使用替代燃料；可替代能源的成本效率、成本节约和净现值；使用可再生能源的价值。”

根据《国防授权法案》，美国陆军、海军、海军陆战队和空军都在努力尽早使用替代燃料。空军率先对替代燃料在军事领域的应用进行了评估和测试，并且设定了目标，将在2016年使具有成本竞争力的替代混合燃料能够满足50%的国内航空燃料需求。海军的目标比国会的期望值还要高，海军部长雷·麦伯斯制定了颇为大胆的能源战略，计划在2020年使生物燃料能够满足海军能源消耗量的50%。陆军正在对作战系统中替代燃料的使用情况进行评估，但还没有正式确定目标。

美军能否通过研发和投资引进生物燃料产业，生产出能够取代外国石油进口的替代燃料，并且具备兼容性、现成可用、价格实惠的特点？本文将对生物燃料的军事应用及其可行性进行分析，并探究生物燃料是否能够达到促进能源安全的目标。

生物燃料的定义

生物燃料指的是从农业或其他生物材料中制造的液态燃料，这种燃料问世已有125年。在第一代汽车和拖拉机中，有些就可以使用生物燃料。1910年，第一家商务纤维素乙醇工厂在美国建成。此后，由于价格高、效率低、耐久性差，生物燃料的生产出现下跌。到了20世纪70年代石油禁运时期，美国再度使用玉米乙醇，以此来缓解对中东石油进口的依赖性。到了20世纪90年代，乙醇再度引起人们的关注，它能够作为可再生燃料，缓解温室气体排放。现如今，乙醇已成为使用最广泛的生物燃料。它以食糖或淀粉类作物（例如甘蔗和玉米）为原料，经发酵蒸馏制作而成。生物燃料还包括生物柴油—取自植物油和动物脂肪的长链脂肪酸单烷基酯。生物柴油是可再生燃油，在欧洲作为燃油的替代品使用，在美国市场也越来越受欢迎。生物柴油的常用原料包括大豆、油菜籽、棕榈叶和其他草本植物，以及泔水油和动物脂肪。

取自树木和植物纤维、未经加工处理的生物原油，为含氧有机化合物，含有25%的水，很难被分离。生物原油不能用于常规燃油系统和发动机，也不能长期储存，但在氢化处理后可以转化为较为稳定的传统碳氢化合物燃料。经过氢化处理的生物柴油可以与石油燃料兼容，并且按照许多种不同比例混合，具有很多优点，且不用对柴油发动机进行改进。不过，氢化处理需要消耗大量的能量，一些科学家怀疑使用生物燃料是否能够获得净能量，因为储存在植物原料中的能量有50%以上来自于氮肥和杀虫剂等矿物燃料，再加上耕种、收割、运输以及化学反应过程中的能量消耗。生物燃料在整个生产周期中需要大量的矿物燃料，将生物质能加工处理融入乙醇或生物柴油的开销与矿物燃料的成本直接相关。如果石油价格上涨，那么生物燃料的储存和生产成本也随之增加。生物燃料以及有关的可再生能源也是全球能源贸易市场的组成部分，生物燃料的价格趋势和矿物燃料的发展方向相同。结果是，生物燃料的成本不可能比矿物燃料更具竞争力。

生物燃料的能量密度不及石油燃料。每加仑乙醇所含能量要比汽油低33%；生物柴油所含能量要比石油类柴油燃料低8%。能量密度低，对战场能源安全有着直接的负面影响，这意味着战斗车辆在使用生物燃料的情况下能够行驶的里程相对较短，因此完成相同的任务需要更多的燃料，从而在燃油需求方面增加了后勤保障压力。

能源安全

能源安全指的是确保获得可靠的能源供应，能够保护和运送足够的能源，满足基本需要。加强美国能源安全主要是指减少因石油供应被破坏导致用户承担的额外代价，还包括建立强有力的综合供应体系。

奥巴马总统2011年在乔治敦大学就美国能源安全问题发表讲话，重申了对发展生物燃料的意见。他指出：“美国的长期繁荣和安全不能寄托在一种最终将耗尽的资源上，或者虽然没有耗尽，但开采的成本越来越高。我们不能等到需要我们的经济、我们的国家和我们的星球付出高昂代价的时候再采取行动，也不能等到你们这一代人需要我们处理好这一问题的时候才付诸努力。我们现在就应该尽全力确保未来的能源安全。”

美国交通运输行业几乎毫无例外地依赖炼油厂将石油转化为汽油、柴油和航空燃料。因此，如果石油供应被破坏，美国很容易被波及。2011年，美国消耗的精炼石油达2500亿加仑。美国所需原油大约61%为国外进口，其中12.7%来自波斯湾。2001年美军消耗的精炼石油产品中，有52亿加仑为国产，40.5亿加仑为海外进口，占美国消耗精炼石油总量的3.6%。

全球经济增长导致世界范围内的能源需求量急剧增加。原油价格从2005年中期的每桶60美元跃升至2008年中期的每桶140美元。从2011年7月到2012年7月，轻质原油的价格从每桶不足80美元涨到110美元以上。石油价格的持续上涨，似乎进一步验证了政府投资发展生物燃料的必要性。在过去10年里美国生物柴油的产量稳步上升，但与2011年美国交通运输行业2020亿加仑的石油消耗量相比，这个产量实在是“杯水车薪”。endprint

尽管原油成本在增加，但生物燃料的价格恐怕不会比石油价格低。即使获得了数十亿美元的政府补贴，目前每加仑玉米乙醇的价格仍然比普通汽油高出0.4美元。生物柴油的价格差别更大。2009年，美国国防后勤局授出了一些氢化可再生HRJ-5航空燃油的小额合同项目，每加仑燃油价格在66～149美元之间。在过去几年里，美国空军和海军分别展示了一些使用可兼容生物柴油和生物航空燃油的战机和军舰。2011年，美国海军投入1200万美元，以鸡脂肪和海藻为原料生产出45万加仑的氢化可再生航空燃油和柴油，为太平洋军演提供保障。这些生物柴油价格为每加仑26.75美元，是以石油为原料的柴油燃料价格的近10倍。采购生物燃料支出的1200万美元，可购得300多万加仑的常规柴油燃料，或者用于其他重要的军事项目。

在阿富汗，美军使用火车、卡车乃至飞机将燃料从土库曼斯坦或塔吉克斯坦运送到前线。据统计，该战区70%的运输车队为“液体物流”—运送燃油和水。根据美国海军陆战队的评估，将燃料运送至前沿部队，如果是陆路运输，间接费用成本（燃料价格加上运送和护卫的人力物力成本）为每加仑9～16美元；如果是空运，间接费用成本达到每加仑29～31美元。2009年初，美国国防部负责采购、技术和后勤的副部长阿什顿·卡特在国会作证，护送燃料运输已成为美军作战部队的沉重负担。如果能减少燃料需求，各军种可压缩后勤资产和运行成本，并缓解石油价格波动对经费预算的影响。此外，护送燃料运输还增加了美军官兵遭遇敌军攻击、简易爆炸装置、恶劣天气和交通事故的伤亡风险。美国陆军经验教训学习中心称，在阿富汗战场，每护送24次燃料运输就会发生一次人员伤亡；在伊拉克战场，每护送38.5次燃料运输就会发生一次人员伤亡。燃料运输尤其容易遭受简易爆炸装置的攻击，相当数量的美军人员因此殒命沙场。在2003年7月～2009年5月期间，在伊拉克战场和阿富汗战场上死于简易爆炸装置的美军官兵在美军伤亡总人数中所占比重分别为43%和39.7%。

在战场上运送液态燃料，无论是石油燃料还是生物燃料，都必须承担这些代价和风险。因此，使用生物柴油并没有在促进能源安全方面体现出战术优势。相反，由于能量密度低，完成同样的任务对燃料需求量更多，从而可能进一步增加风险和伤亡人数。

兰德公司国防研究所在2011年的一份报告中总结道，美军并没有因为使用生物燃料而从中受益。生物燃料并没有体现出优势，除非其价格更具竞争力，且生物燃料产业能够扩大生产，否则美国在不久的将来应该不会大幅度减少对石油燃料的需求。因此，生物燃料面临的挑战更多地体现在生产领域而不是应用领域。

生物燃料与自然资源

扩大生物燃料生产面临的一个重要问题是，所有的生物燃料都会与粮食农业争夺土地、水、农药及其他耕地资源。现如今，在美国种植的玉米中，有大约40%用于生产作为汽油添加剂的乙醇，而大豆、油菜籽和棕榈等粮食作物也被用来生产生物柴油。大量的玉米用于生产乙醇，但只能替代6.5%的汽油。乙醇产业的扩展，部分原因在于人们预计汽油消耗量将继续增加，而乙醇将继续保持在其中所占的比重。然而，2013年美国汽油的需求量却比2007年的顶峰时期减少了6.7%。农业市场的价格同样会出现波动。一旦干旱、洪涝或冰冻灾害影响农作物生产，粮食成本和生物燃料价格将同时攀升，从而对国家经济造成破坏。例如，2012年美国中西部地区发生干旱，许多乙醇炼制厂被迫关闭，表明生物燃料并不安全，并且会影响到能源安全。

土地

现如今，美国和欧盟生产的所有生物燃料均用于满足自身需要，但如果不从国外进口生物物质原料，仅凭现有的生产能力远远不能满足未来的目标需求。随着商品林业、粮食农业、纺织和化学工业化农业、生物质能发电以及城市化的发展，对土地资源的竞争更加激烈，对生物质能的需求量也在增加。

世界各国在满足未来生物燃料需求方面拥有的土地资源情况千差万别。北非、南亚和日本能够拓展的可耕土地非常有限，而世界范围内可拓展的可耕土地面积有将近一半在安哥拉、阿根廷、玻利维亚、巴西、哥伦比亚、刚果（金）和苏丹等7个国家。此外，除了美国和欧盟之外，中国、印度、日本和韩国也在进行可耕土地扩展，寻求获得更多的农业用地，包括在其他国家租用土地，以及对本国的废弃地和盐碱地进行改造。

不断增加的世界人口对粮食作物的需求，是生物燃料生产竞争土地资源面临的最大问题。运动型多功能车辆的油箱加满一整箱乙醇所需要的生产原料—谷物，可以满足一个成年人一年的粮食需求。根据联合国的预测，世界人口将从2011年的70亿增加到2050年的93亿。有评估报告称，到了2020年，世界需要增加2～5亿公顷的土地用于生产粮食、动物饲料和草料，以满足人口的粮食需求。

诺贝尔化学奖得主哈特穆特·米歇尔指出，种植植物用于生产生物燃料，毫无疑问将导致粮食价格上涨，对穷人来说无异于“雪上加霜”。在过去5年里，粮食价格曾3次出现飙升，人类社会至今尚未解决这一问题。2008年的粮食危机，曾导致1亿人口陷入贫困，有人认为当年粮食价格攀升幅度的30%应归咎于生物燃料。根据国际援助慈善机构“行动援助”的估测，生物燃料生产在当年直接导致3000多万人遭受饥饿。未来预测显示，如果美国和欧盟到2020年实现生物燃料生产目标，并且没有采取措施预防饥荒，全球粮食价格将上涨76%，世界饥民人数将增加6亿人。

为了满足土地资源的需求，世界许多国家正在进行大规模土地征用，这一行动通常被称为“土地掠夺”。此前农民用于自身生存需要的土地常常被政府充公，用于种植和栽培，根本不考虑私有土地权利。农产品被用于出口，以满足工业化国家的能源和粮食消耗，却很少考虑到当地经济的需要。这种做法导致当地粮食价格上涨，食品短缺更加严重，就业机会越来越少，从而引发大范围的流离失所。根据牛津饥荒救济委员会的统计数据，自2000年以来，发展中国家共有5.67亿英亩的土地被出售或租用，或者正在与外国公司进行土地使用权的谈判。英国可再生燃料署称，到了2020年，预计需要有5亿多公顷的土地用于满足全球生物燃料生产的需要，这几乎是欧洲国家领土总面积的一半。土地掠夺行动恰恰表明，强制发展生物燃料无益于全球安全，无益于能源安全，也无益于美国国家安全战略。endprint

水

生物燃料生产不仅需要更多的土地，对水资源也造成了更大的压力。大规模工业化农业生产常常在主要的江河流域进行，需要消耗大量的水资源。根据情报部门的评估报告，为了满足农业需求的不断增加，许多国家存在地下水抽取过量的现象。这种做法往往会适得其反，导致地下水减少或枯竭，作物产量下跌，引发食品安全问题乃至社会动荡。

非洲人口中有1/3生活在缺乏水资源的环境中，而全球气候变化可能会使这个人数大幅度增加。花旗银行首席经济学家威廉·布伊特认为，在不远的将来，水资源将超过石油、铜、农产品和贵重金属，成为最重要的物质资源。在未来10年里，水资源问题可能会导致美国国家利益攸关地区发生动荡。水资源短缺和质量下降，加上贫困、社会紧张、环境退化和政府无能等问题，将会引发社会动荡，导致产生失败国家。欧洲和美国的生物燃料发展项目，进一步加大了扩大农业生产的压力，加剧了自然资源的紧张状况，并将破坏能源安全，使得目前几乎不存在安全威胁的一些国家在未来有可能需要美国的军事介入。

海藻

一些科学家建议将海藻作为生物燃料的生产原料，称此举能够避免与粮食农业形成竞争，也不会造成供水短缺的状况。海藻是一种潜在的能源资源，可以转化为生物柴油和生物航空燃料。有些科学家认为，海藻在理论上完全可以替代石油。人们对海藻的用途已经研究了许多年，包括将其用于生产氢、甲烷、植物油、碳基化合物和乙醇。在2006年小布什总统宣称“美国已经染上了油瘾”之后，美国政府重新启动对海藻的研究，并向数十家海藻创业公司投入资金。30多年来，科学家和企业家一直在努力发掘海藻的潜在能量。有些公司在池塘里种植海藻，有些公司在被称为生物反应器的塑料管或玻璃管里培植海藻，还有些公司避免海藻接触日光，通过加糖的方式让其摄入能量。美国国家研究理事会总结道，按照当前的技术水平，美国每年能够以海藻为原料生产出390亿升的生物柴油，可以满足5%的交通运输燃油需求，但需要大量的水、矿物燃料和肥料。尽管有人声称，海藻也可在盐水中培植，但这种方式需要通过冷却水和蒸发补给水来保鲜，否则盐分将会上升至致死浓度。

生物化学家约翰·伯纳曼研究海藻已有30多年，他认为按照经济学的观点，海藻生物燃料的价值比不上矿物能源。劳伦斯·伯克利国家实验室的研究人员预测，以生长于池塘中的海藻为原料生产生物燃料，成本将在每桶240～332美元之间，明显高于当前的石油价格。因此，就目前看来，海藻并不是促进能源安全的可靠选择。

建 议

促进国家能源安全，主要在于减少用户的能源开销，并防止石油供应遭到破坏。根据2010年美国国家安全战略，发展新能源将能够减少对外国石油的依赖，更好地实现能源安全。不过，仅仅在生物燃料方面进行投资，并不能缓解对外国石油的迫切需求。美国必须采取其他措施，例如提高能源利用效率，使用新技术挖掘国内石油储备，以及研发更好的保护措施。

提高效率

全球石油消耗将继续以每年1%的幅度递增。在可预见的将来，石油仍将是最主要的运输燃料。美国正在运用混合动力技术，研发轻型材料，提高发动机和传动系统的效率，以期制造出更省油的汽车。由于采取了上述措施，预计到2020年美国燃油消耗将会出现回落。一些节能技术同样可用于军用车辆，能够减少作战前线的燃料需求量。因此，投资发展节能技术，有助于促进美国能源安全。

加强保护

液态燃料供应是美军后勤保障的主要任务，需要动用上千人员，常常要付出高额成本和大量的人员伤亡。私营企业案例研究结果表明，加强保护措施能够减少20%甚至更多的能源消耗量。即使能源消耗量减幅很小，也能够在相当程度上缓解后勤保障的压力。改进计划，更新条令，组织培训，将能够极大地促进军事作战行动中的能源安全。

国内油气生产

直到最近，美国对进口外国石油的依赖程度似乎仍在加深。不过，即使不发展替代燃料，美国仍然有可能实现能源独立。10多年前，页岩气在美国国内油气生产中所占比重仅为2%；如今这个比重已达到37%，并且还在上升。美国天然气的供应非常充足，其价格已大幅下跌。这种状况引发美国政界对应该出口而不是应该进口多少液化天然气的问题展开争论。根据花旗银行分析人员2012年发表的一份报告，北美正在成为“新中东”。2011年，美国是除了石油输出国组织成员国之外石油产量增幅最大的国家，石油净进口量在消耗总量中所占比重已从2005年的60%降至42%。分析家和经济学家相信，北美地区到了2020年可实现能源独立。国内油气生产的大幅攀升，是因为水力压裂和水平钻井等新技术的应用，使石油公司能够从页岩层及其他致密岩层中开采碳氢化合物。美国政府预测，2020年美国石油产量将增加22%，达到每天670万桶。随着国内石油产量的增加，能源利用效率的提高以及保护措施的改进，美国燃料消耗量将减少约10%，从而极大地促进国家能源安全。

结 论

美国要实现能源安全，就必须减少对外国石油的依赖。那么，作为主要负责保卫国家安全的美国军队，将有限的资源投入到生物燃料产业之中，并因此不得不以10倍于石油燃料的价格采购生物燃料，这种做法是否恰当？事实上，这不仅无法产生经济效益，而且会给美国国家安全带来风险。美军在武器现代化、维修保养、军队训练与战备等关键领域本来就投入不足，生物燃料生产将使美军有限的资源被进一步分流。美军是世界上液态燃料的最大消费者，但也仅占美国全年消耗量的3.6%。如此低的比重根本不足以带动整个生物燃料产业的发展，也不会对油价造成影响。

根据上文的分析，生物燃料无助于国家能源安全，主要有4个原因：第一，生物燃料的价格与石油价格直接相关。石油价格上涨，生物燃料价格必然上涨。第二，目前生物燃料还无法满足美军的需求量，现有的生产能力不可能保证充足的供应。第三，生物燃料的能源密度明显低于矿物燃料。能源密度低意味着能源效率低，必然会增加燃料运输和护送的负担以及相关成本和风险。第四，生物燃料的原料需求不断增加，将会造成全球威胁，使美国不得不将部队部署到新的威胁地区。美军需要依靠最好的技术来保卫国家安全，因此在未来一段时期，石油仍将是最理想的能源资源。endprint