玉米乙醇并非真环保

2014-12-11詹姆斯孔卡

化工管理 2014年22期

文/詹姆斯·孔卡

以玉米制造的生物燃料真的会对地球及环境带来益处么？在联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）近期发布的两份报告中，对生物燃料的论述引发了业内的激烈争辩，辩论主要围绕着生物燃料究竟有没有给环境保护带来好处这一命题。

IPCC的报告中指出：“增加生物能源作物的种植，会对生态系统和生物多样性的稳定带来风险。”

IPCC在报告中措辞谨慎，表示“生物燃料在燃料生命周期中会造成直接的温室气体排放。排放程度比汽油或柴油造成的排放要低30%～90%。然而，由于一些生物燃料还会造成土地使用的改变等情况，从而产生间接排放，这可能造成生物燃料产生的温室气体排放比使用石油产品所造成的排放更多。对生物燃料的政策支持需要按情况逐个斟酌。”

该报告罗列了发展生物燃料所带来的许多潜在的负面风险。据《科学美国人》报道，生物燃料会跟粮食作物和其他活动争夺土地、导致水源枯竭、生物多样性降低和过度使用化肥所带来的土地氮污染。

国际可持续发展研究所（IISD）对此更加直言不讳。该机构表示，以乙醇等生物燃料替代石油燃料，所带来的二氧化碳排放减少和环境益处，基本上可以忽略不计。其认为，可以通过实行更严格的标准来大量减少汽车尾气排放，并将所有汽车和轻型卡车的汽车燃油经济性标准提高至40公里/加仑。可以仿照日本多年前所推广的例子，效率将提高近百倍，并且极大地减少了成本。

如今，全球有超过60个国家承诺发展生物燃料，这直接导致乙醇和粮食作物之间的土地争夺逐渐成为一个道德问题。以牛津饥荒救济委员会（Oxfam）和美国环境工作组为代表的团体以推高食品价格，从而影响贫困人群为由，公开反对生物燃料发展。2007年，IPCC曾为大规模生物燃料生产大开绿灯，这造成了诸多的环境和食品供应问题，饱受环保主义者的批评。如今，IPCC也在尽量挽回其造成的不良影响。

2013年12月，美国加州民主党籍参议员范士丹和俄克拉荷马州的共和党籍参议员科伯恩共同提出了一项法案，要求取消联邦可再生燃料标准中对使用玉米乙醇的承诺，取消要求在未来10年中逐渐加大汽油中混入乙醇比例的规定。因为这项提案遭到了农业产业的强烈反对，但得到了石油业的大力支持。然而，现在的税收抵免和进口关税已过期，乙醇如今要在没有任何补贴的情况下，在市场经济中独自竞争。其是否能经受住市场考验，还需时日观察。

据美国农业营销资源中心（AgMRC）的数据显示，在2000年，美国90%的玉米产量都是提供给人畜食用的，而在不发达国家中，只有不到5%的玉米产量被用于制造乙醇。但在2013年，全球40%的玉米产量被用于生产乙醇，45%被用来喂养牲畜，而只有15%用于食品和饮料制造。

2014年，美国全国将使用超过1300亿加仑的汽油以及超过500亿加仑的柴油。平均来说，1蒲式耳（Bushel）的玉米可以用来生产接近3加仑的乙醇。哪怕美国目前所有的玉米产量都转化为乙醇，也只相当于1300亿加仑汽油的25%。

由于美国的玉米产量占全球40%，全球所有玉米进口量中七成来自美国。如果所有的玉米都用来制造乙醇，势必会破坏食品供应和牲畜饲料来源，还会对西半球许多贫穷的经济体造成冲击。

此外，由于美国乙醇制造需求暴涨，玉米的全球价格在2007年翻了一番。因为玉米是最常见的动物饲料，并在食品工业有着众多用途，牛奶、干酪、蛋、肉、玉米甜味剂和麦片价格也应声上涨。世界粮食储备减少至30多年来的最低水平，已无法保障全球人类两个月的需求。

抛开这些直接影响，增加的乙醇产量还将带来其他意想不到的后果。包括土地租金大幅上涨、用于制造化肥的天然气和化学品增加、过度抽取下蓄水层、森林树木被成片砍伐用以种植燃料作物、边缘耕作等破坏性做法再次出现。

这其中最为严重的莫属边缘耕作，即整片土地不留空隙，全部种植作物。这种做法移除了任何针对土壤流失、化学径流和其他问题的边界保护性植被。在美国，历经40年之久才彻底清除了国内的边缘耕作。如今，玉米乙醇的出现使得这种做法迅即死灰复燃。

除了玉米，甘蔗等大部分燃料作物都有着相同问题。巴西石油曾严重依赖进口，但由于其属于热带气候，农作物产量可达到较高水平。因此，在上世纪90年代，政府制定了全球最大的乙醇燃油计划。该计划用甘蔗和大豆作为乙醇的原料。

不幸的是，为了利用作物生产生物燃料，巴西每年砍伐近一百万亩的热带雨林，且相当一部分的燃料最终都是被运往遥远的欧洲市场。而使用生物燃料对环境带来的净效应甚至比使用石油燃料还要严重，碳排放量相比之下要高出50%。

因此，在推行能源政策和行业发展时必须从整体入手，将行业对全球环境和经济的影响考虑在内。

那么，美国大力推行玉米乙醇究竟为何呢？最主要的原因是，只需在现有的基础设施上加以简单改造，就可以用于产出玉米乙醇。而政策最初所提供的激励措施，如税收减免、补贴和进口关税，更是鼓励了该行业的发展。玉米产业可以很快地提供玉米乙醇的生产、运输和发酵所需设施和技术，不像其他种植物需要更多投资。

在能源行业的发展过程中，从最初的生物质转换为化石燃料的原因就是因为生物燃料能量的转化效率低下，且制造生物原料的能源和空间成本相对很高。目前为止，大面积使用生物燃料的好处依然难以直观，科技的发展还没有完全解决所面临的问题。

生物燃料真的一无是处么？我们或许可以考虑用其他作物替代玉米。乙醇作为一种最常见的醇类物质，已经被人类利用了几千年的时间。人类通过微生物转化，将糖等生物原料，通过发酵转化为乙醇。该方法首先使用可发酵的糖溶液，通过微生物将其发酵为乙醇。随后，通过蒸馏纯化过程而将其中的乙醇分离出来。

发酵离不开微生物，通常是酵母菌。酵母菌在数十亿年前就已演化形成。酵母摄入糖类，并在反应过程中产生乙醇、二氧化碳和其他副产物。但是，因为糖和淀粉也可供人类食用，所以非食品纤维素材料才是用于乙醇生产的更好替代品，例如纸、纸板、木材和其他植物纤维材料。

研究显示，柳枝和狼尾草是生物燃料原料的最佳替代品。据美国国家可再生能源实验室提供的资料显示，狼尾草是一种比玉米更环保的生物质燃料来源，其具有更高的能量密度。

事实上，纤维素材料在很多地方都很常见，而大部分被认为是废料。纤维素材料是由木质素、半纤维素和纤维素组成的。木质素为植物提供支撑结构，并将纤维素和半纤维素分子包含在内，使其更难以加工为燃料。

因此，要利用纤维素材料制造乙醇，则需要使用和玉米乙醇不同的方法。既用酸和纤维素材料进行化学反应，用从微生物产生的酶来分解纤维素材料，也可以将原料加热至气态，并投入化学催化剂进行反应。

每种方法都有不同的工艺，人们正试图将所有的生产流程商业化。不过，和玉米相比，这些制作工艺的成本很难降低，每加仑价格一直保持在玉米乙醇价格的2倍左右。最近，有好消息称，通过基因工程修改的一些特殊微生物可以将这些材料相当高效地发酵为微生物。

另一种少见的生物燃料制造方法是用生物柴油替代基于石油的柴油。通过将任一种油类和甲醇、乙醇等醇类混合，均可以制成生物柴油。而所有的柴油发动机还不需任何改造，即可以使用生物柴油。比起石油柴油，生物柴油产生的有毒排放物和颗粒更少。生物柴油对引擎造成的损耗也更小。相对于石油柴油，生物柴油的二氧化碳排放量可减少60%。