生物燃料的绿色“障碍”

孟 迪

生物燃料的绿色“障碍”

孟 迪

生物燃料泛指由生物质组成或转化的固体、液体或气体燃料。自诞生之初，生物燃料就被人们视为节能减排、应对气候变暖的“秘密武器”，被冠以“绿色”能源的头衔。

不过，近几年来，一些科学研究也让生物燃料的“绿色”光环逐渐失色，这是因为生物燃料想做到真正意义上的绿色，还需要跨越下面这几道障碍。

障碍一：“人车争粮”

作为生物燃料的一种，燃料乙醇的原料为农作物。乙醇燃烧比普通汽油更完全，排放出的二氧化碳和含硫气体均低于汽油对应的排放物（二氧化碳排的放量可降低约30%），因而燃料乙醇被称为“绿色能源”或“清洁燃料”，在世界范围内大面积推广。

以我国为例，2004年至2006年间，以生物燃料乙醇或非粮生物液体燃料等名目提出的意向建设生产能力已超过千万吨。由于需求旺盛，大量农户改种玉米——燃料乙醇的主要粮食原料，这在一定程度上占用了其他农作物的耕地。为此，国务院2007年宣布停止在建的粮食乙醇燃料项目。尽管如此，2010年我国全年进口玉米157万吨，首次从玉米净出口国变为玉米净进口国，敲响了我国粮食安全的警钟。

粮食安全问题也是关乎全人类的大事。联合国最新人口增长预测显示，2050年全球人口将接近96亿，粮食需求将上升70%，粮食供应将出现巨大缺口。人口的粮食问题尚不能解决，以粮食制油自然会饱受争议。我国著名的农业经济学者、《粮食战争》译者顾秀林忧心地表示，“2008年以来全球粮价的波动，正是全球市场完成了金融化，粮食在技术上可以被转换成汽油的直接后果。”

日趋严峻的世界粮食形势让以玉米、小麦等粮食为原料的第一代生物燃料渐失优势，以非粮作物乙醇、纤维素乙醇和生物柴油等为代表的第二代生物燃料研究思路逐渐清晰，如俄罗斯用湖底淤泥制取生物柴油、英国用龙舌兰提炼生物燃料、法国农民则用鸭油做生物燃料。不过，由于转化率和原料储蓄量大、成本高昂等诸多问题，第二代生物燃料要实现工业化生产还需一个漫长的过程。

第三代生物燃料是指从海藻中提取油脂。海藻的生长不占用土地和淡水这两大资源，只要有阳光和海水就能生长，产油量也非常可观，一亩大豆每年约产油300公斤，而一亩海藻至少能产油2～3吨。相较于第一代生物燃料有较大优势，也获得了一些资本的青睐：2011年，埃森克美孚公司宣布将投入3亿美元用于生物燃料研发；2014年6月，德国尤利希研究所新成立了藻类科学中心，目标是建设一个利用微藻生产生物煤油的试验工厂。

目前来看，第三代生物燃料似乎是绕开了“人车争粮”的障碍，但在未商业化生产前，其发展前途仍需接受市场的考验。

障碍二：减排不力

生物燃料需要跨越的第二个障碍就是环保问题。

人们对地球环境问题非常重视，是因为它和全人类的生活息息相关。据世界卫生组织估计，自20世纪70年代以来，全球因气候升温引发的洪水、干旱和其他自然灾害，数以百万计民众罹患腹泻、营养不良、疟疾等疾病，已导致全球每年超过14万人死亡。而气候升温的元凶就是温室气体的排放，即二氧化碳排放。

最初，因为有助于降低大气中二氧化碳含量，种植生物燃料作物被当作好事情。可是，越来越多的研究表明，这个概念是不科学的。

燃烧生物质能，无论是木材还是乙醇或生物柴油，都会和化石燃料一样释放二氧化碳。之前的研究认为，燃烧生物质产生的二氧化碳与植物生产生物质时吸收的二氧化碳数量相当或完全抵消。但事实证明，与植物的天然生长相比，将其转化为生物能源并不能增加二氧化碳的吸收数量，因而无法抵消燃烧生物质产生的排放，产生等量能源时，燃烧生物质产生的二氧化碳比化石燃料还要多。

此外，砍伐天然林生产生物能源或将农田用于生产生物燃料，温室气体排放量反而会上升。《科学》杂志也曾报道，印尼烧荒及种棕榈产生的二氧化碳，是同面积棕榈油生物燃料每年减排量的400倍；巴西烧雨林种大豆时产生的二氧化碳，是同面积大豆生物燃料每年减排量的300倍。美国普林斯顿大学的科学家就指出，如果先烧荒再种玉米生产汽车用生物乙醇，其产生的温室气体要在167年后才能通过减排达到平衡。

1995年诺贝尔化学奖得主保罗·克鲁岑的研究发现，油菜籽生物柴油对大气的破坏是普通燃油的1.7倍，玉米生物乙醇对大气的破坏增加1.5倍。因为油菜和玉米都需要施用氮肥，因扩大生产这些用于制造生物燃料的作物而进入大气层的一氧化二氮，是联合国政府气候变化委员会迄今估计的3～5倍。而一氧化二氮对大气层的破坏是二氧化碳的300倍之多。

障碍三：有损健康

美国的研究人员发现，未燃烧完的乙醇是生物燃料的主要排放物。由于生物燃料中的乙醇携带玉米和甘蔗等的独特化学特征，稳定性较差，容易转化成有害物质乙醛，对人体健康构成潜在危险。

白杨、柳树和桉树生长速度快，是可再生木材燃料的来源。但2012年英国《自然·气候变化》上刊登了一份研究报告，认定白杨、柳树和桉树在生长过程中会释放出化学物质异戊二烯，其在阳光下与空气污染物混合可以形成有毒臭氧，而臭氧会导致农作物减产、人类过早死亡。欧盟2009年承诺，耗用10年时间，把温室气体排放量降低至低于1990年排放量20%的水平；为减少温室气体排放，27个成员国2020年前必须实现10%的燃料出自可再生能源。这份报告估算，如果借助可再生木材燃料实现欧盟2020年减排目标，可能导致欧洲每年将近1400人过早死亡，损失71亿美元。

障碍四：低利用率

绿色生物燃料的另外一个受到质疑的地方是其较低的生产利用效率。虽然光合作用能有效地将阳光转化为粮食，但将阳光转化为可利用的非粮食能源的效率却很低。这就意味着，需要用更多的土地去种植它所需要的原料。

但是土地资源是有限的。随着地球人口越来越多，肥沃的土地及植被对于粮食、木材和碳储存愈加珍贵，而粮食、木材和碳储存都无从取代。而划出土地专门培植生物能源作物不仅会加剧土地竞争，而且会造成土地利用效率低下，也不会减少温室气体排放。

世界资源研究所发布的新工作论文指出，2050年全球液体运输燃料的10%就相当于目前全球全年粮食能源总产量的30%。一些研究显示，到2050年生物能源能满足全球每年20%的能源需求，但所需植被相当于目前粮食收成、植物残渣、木材和牲畜草料之总和——实现目标的确希望渺茫。

在当前的生产技术条件下，将贮存在植物中的太阳能转化为可供汽车使用的乙醇燃料，效率通常低于0.5%。而如果将同等的土地用于太阳能发电，其转化效率要高出50～100倍。显然，能效利用率低也是生物燃料不得不面对的问题。

当然，支持生物燃料是“绿色能源”的研究也有很多。如2006年，美国明尼苏达大学一篇论文指出，燃烧燃料乙醇所排放的温室气体比化石能源少12%，生物柴油的温室气体产量能减少41%；2010年5月，瑞典隆德大学的研究认为，瑞典的生物燃料与汽油和柴油相比可减少温室气体排放65%～148%；芬兰交通与信息部报告说，2011年芬兰的交通运输量增加1%，但二氧化碳的排放量较上一年下降21万吨，主要得益于当年生物燃料在交通运输业的使用量提高了6%。但是有越来越多的专家认为，对于生物燃料的环境效应，要考虑其整个生长和加工过程，以整个生产链的排放来计算。

总之，生物燃料对环境的影响比人们原先预想的要复杂得多，还需广泛深入的研究。