欧盟可再生能源市场和生物燃料的发展

Piotr Borawski，Aneta Beldycka-Borawska，Elzbieta Jadwiga Szymanska，Krzysztof Jozef Jankowski，Bogdan Dubis，James W Dunn

(1. University of Warmia and Mazury in Olsztyn,Faculty of Land Management and Agriculture,Department of Agrotechnology,Agricultural Production Management and Agribusiness,Olsztyn 10-719 ,Poland；2. Warsaw University of Life Science-SGGW,Faculty of Economic Sciences,Department of Logistics,Warsaw 02-787,Poland；3. Pennsylvania State University,Faculty of Agricultural Sciences,Department of Agricultural Economics,Sociology,and Education,University Park,PA 16802,USA)

世界经济的动态发展导致了能源需求的增长。中国、美国和欧洲等世界经济的快速发展必然会增加能源消耗。这就是为什么从根本上减少碳排放的技术推广是一个挑战。能源部门是企业和现代经济增长、发展和竞争力的支柱之一。实现能源安全和环境保护是注重可持续发展的经济目标。共享举措可以对环境产生积极影响。可再生能源(RES)的发展将减少对化石燃料的需求。此外，与2005年相比，温室气体排放量将减少约十分之一。

为了满足气候保护和资源效率，需要开发基于生物资源的可持续生物能源市场。如Zielinski 等指出，需要寻找非食物生物质以重新平衡对生物燃料生产的支持。可再生能源的发展对经济很重要，因为它们能保障能源安全。2015年，可再生能源与进口化石燃料相关的结余为15百万欧元，到2030年应为58百万欧元。可再生能源是能源部门脱碳的关键因素。欧盟的可再生能源在创新中具有至关重要的意义，其拥有30%能源相关的世界专利。但是，欧盟的许多公司都难以实现其可持续发展目标。因此，在业务模型级别进行创新升级显得十分必要，以此调整激励机制和收益机制，实现可持续发展解决方案。

据估计，城市地区占全球气体排放量的70%。预计到2050年，城市将容纳全球66%的人口，这对于可持续性领域的决策者来说是一个大问题。农村地区排放的全球温室气体占比较少，但是农民可以在农场上进行必要的投资，主要是在新技术上，这将有助于扩大生产规模。但是，由于对食品的需求不大，这些尝试并未增加收入，因为对于食品的需求缺乏弹性，而农业原材料的价格有弹性。结果，农业产量边际收益下降，迫使生产者投资于更有效的技术以维持盈利能力。

1 可持续发展及其对当前和未来可再生能源发展与市场的影响

可持续发展的概念是在1975年联合国环境保护管理计划第二届会议上提出的。它假设“这种必然的、令人满意的经济发展进程会干扰人类生活环境，并且导致生物圈退化，这将破坏自然、经济和文化规律”。

1987年的《布伦兰德报告》提出并制定了下一步措施，其中包括可持续发展的思想。1992年和2002年，在里约热内卢和约翰内斯堡的全球峰会推进了可持续发展进程。在里约热内卢首脑会议上商定了最重要的国际文件，其中就包含《21世纪议程-行动纲领》。它介绍了与环境经济相一致的开发和实施可持续发展进程的方法。“可持续发展旨在确保当今和子孙后代的所有人在地球自然力量的限制内具有足够高的生态、经济和社会文化水准” 。

起初，可持续发展基于经济、社会和环境领域之间的批判性再思考和动态平衡，以实现更好的未来。 然而,Ramos主张在可持续发展的概念中应包括道德、美学和文化、自然帮助和团结等方面。政府当局必须保护环境，应利用政治为今世后代提供生态安全。生态效率的提高是导致自然保护的基本因素。欧盟已经制定了旨在可持续能源生产、竞争和能源安全的能源政策。风能、太阳能、水和生物质能等可再生能源的发展必须被视为欧盟最重要的内部能源。可持续发展的最重要问题之一是能源供应，这是社会和经济发展的关键问题。

可持续发展的概念与可再生市场的发展紧密相关，使市场成为可持续经济体系的一部分是非常可取的。市场的经济发展使得难以实现可持续性目标，特别是对于企业，农民和其他参与者而言。引入创新需要激励和收益机制来利用可持续解决方案。引入生物燃料需要有关可持续发展的新思路。生物燃料的生产取决于许多因素。根据《京都议定书》，欧洲联盟有义务减少温室气体的排放，全球气候变暖是一个世界性的问题。其中许多影响与原料种植引起的土地利用变化(LUC)有关，例如森林砍伐和相关的温室气体排放增加，生物多样性丧失以及与粮食生产的竞争。理想情况将包括更换传统燃料，这会影响人类生活中的生物燃料，有助于气候恢复。来自可持续能源的生物燃料的使用应减少温室气体的排放并降低石油的重要性。这些可以通过藻类生物燃料实现，因为它具有高能量含量，低排放和无污染的特性。此外，生物燃料通常是本地可得的，可获取的，可持续的并且是可再生来源获得的可靠燃料。生物燃料在生长时可以从空气中吸收二氧化碳。当生物燃料燃烧时，会释放出二氧化碳，但与植物生长时吸收的碳相同。在此基础上，生物燃料似乎是零净排放者。当前，考虑到工业的当前发展状况，使用生物燃料是唯一的解决方案。2014年，生物燃料占欧盟交通运输燃料使用量的5%。生物燃料的生产必须符合可持续发展的标准。可持续的生物燃料可以实现运输中使用生物燃料10%的既定目标。以下条件包括：1)生物燃料不是来自生物多样性高的地区(原始森林，保护区)；2)生物燃料不是来自煤炭丰富的地区(潮湿地区，森林地区)；3)用于生物燃料的农业产量是通过保护自然的良好农业规范来实现的；4)与化石燃料相比，可持续的生物燃料必须至少减少35%的温室气体排放。

参与生物燃料供应链的企业应通过以下方式达到可持续发展的标准：1)向国家系统提供生产、认证数据和其他信息；2)使用允许进行合规性认证的系统；3)符合欧盟的认证要求。

可持续发展涉及的另一个问题是气体排放。Czy_zewski and Kryszak发现，在经济发展水平不同的国家，资本和劳动的生产率以及投入的强度对温室气体排放的影响不同。研究发现，在最贫穷的国家中，可持续发展的重要障碍是机械化。在中度富裕国家，缺乏实施节能技术的动力。但是，在最富裕的国家中，希望减少机械化和化学化，而采用节能技术。

能源部门的可持续性可以从环境、经济、社会和政府方面进行衡量。在环境方面，化石燃料对自然产生负面影响以产生所需的能源供应。Garcia-Alvarez等的研究指出，丹麦、荷兰、法国、葡萄牙和英国实施了可持续政策，有助于确保能源供应的安全。其他欧盟国家也必须采取强化措施，以对子孙后代产生更好的经济、社会和环境影响。经济的可持续性包括企业对能源部门的看法。库珀的研究指出根据《巴黎气候变化协定》，电力、交通运输和工业领域需要脱碳经济学。社会可持续性与商业生存能力有关。可持续发展社区应集中精力发展新能源基础设施。需要合理的用电量才能为客户、零售商和营销渠道的其他合作伙伴创造收益。政府的可持续性基于决策者。他们的工作应着眼于一项长期计划，这项计划能清洁环境、改善该国的化石状况和可再生能源供应。

可持续发展的概念需要全民教育，这也需要学院和学者的投入。可持续发展教育应侧重于个人资产、知识和技能，这些可帮助人们过上现代生活，而无需开发自然资源并将其保存给子孙后代。大学水平的可持续发展教育应该是学习所有人如何做出决定并考虑所有社区的长期经济，生态和社会福祉的过程。教育的新视野应有助于学生更好地了解他们所生活的世界。在大学应教授以下问题：环境恶化，性别不平等，健康，贫穷，浪费性消费，城市衰败，人口增长，冲突和侵犯人权的威胁我们的未来。这项教育应包括全面、跨学科的方法，以培养可持续发展所需的知识和技能。

关于可持续发展的辩论包括经济、社会和环境领域之间的平衡，以创造更美好的未来。这就需要一种新的教育方法，这需要在教学方法上进行创新，并纳入可持续发展的概念。在客户寻求信息的决策过程中，环境意识也很重要他们应该生产环保产品。可持续发展的概念在欧盟很重要，并且在共同农业政策(CAP)中得到越来越多的关注。它还提及与社会资本，社会包容性和社会凝聚力相关的社会责任补贴(绿箱补贴)。环境政治的社会意义比可持续发展的同等建设性要素更为重要。

2 欧盟的可再生能源

主要有3种能源：化石燃料，可再生资源和核资源。通常，能源是通过燃烧化石原料获得的。但是，石油和化石燃料资源的供应有限。另外，它们的燃烧伴随着温室气体的排放以及许多污染物和粉尘的排放，这需要大量的能量。不可再生自然资源的一个目标是减缓其储备的枯竭速度，并有可能在将来用其他无限资源替代它们，例如用太阳能、风能等替代能源部分替代石油，天然气或煤炭。在这种情况下，可再生能源(RES)的重要性增加。许多国家面临能源安全和建立竞争性能源市场的问题。能源(如空气和水)对于现代社会至关重要。当能源不仅可以用于当前，还可以用于子孙后代时，能源管理将变得高效，同时减少对环境的负面影响。在城市和农村地区，可再生能源的使用越来越受到关注。城市选择了对居民的生活条件产生环境影响的不同策略。这些策略可能包括最环保的举措。如今，主要的环境影响因素包括产品、过程和活动。

由于高产品种的引入和农作物生产的机械化，农业是能源需求增加的部门之一。大规模的高强度生产会对环境产生负面影响。但是，采用减少化学品投入的做法取决于多种因素，例如：农民的年龄，农场总收入和信息来源。而且，农民必须面对病虫害的问题。他们应该做出明智的决定，无论是农作物还是牲畜。他们面临风险，因为他们不知道未来的天气状况或经济状况。他们的农场资源包括植物、化肥和可能无法回收的耕地。农民对其生产有很大的不确定性。

这就是为什么目前的农业政策应包括新的和传统的农业目标的互补，它不仅是经济的一部分，还是人和动物生活的地方，也是农村和自然资源的来源。农村活动不仅应考虑农业生产，而且还应考虑农场、村庄和地区可能的可持续发展。环境要素发挥了非常重要的作用，这对农民和小农户产生了积极的社会影响。

使用可再生能源将改善有机燃料经济和能源供应的可靠性，改善生活条件，增加可持续发展和绿色经济中的就业水平。欧盟对促进和生产可再生能源感兴趣。欧洲能源政策的出发点有3点：应对气候变化，限制欧盟对进口碳氢化合物的外部依赖，促进增长和就业，从而为消费者提供安全且负担得起的能源。一种来源可以是生物质，它可以提供热量和电能。欧盟法规要求能源生产商使用秸秆等能源来获取农业生物质。此类产品应可持续生产，并应满足特定要求。生物质是用于液体、固体和气体燃料的原材料。来自生物质的液体燃料包括：天然植物油、生物柴油、生物乙醇和生物甲醇。由生物质生产的固体燃料包括稻草、锯末、树皮、刨花和精制大包、颗粒和煤饼。气态生物燃料包括污水污泥产生的沼气、垃圾填埋气以及动物粪便厌氧消化产生的沼气。

大多数生物质来自木材，然而短轮作和多年生草本植物(PHC)也可以用于生物量生产。这样的植物不需要高质量的土壤，可以在不适合用于粮食或饲料的常规作物种植的土地上收获。根据Pudetko等多年生能源和工业作物的可用土地面积高达160万公顷。

3 欧盟的生物燃料

此外，欧盟依赖那些动荡国家的石油，而其运输基础是柴油。这种不稳定的情况导致寻找替代能源的需求升高，其中就包括生物燃料。关于影响生物燃料生产的决定因素的研究是由Borychowski开展的，作者指出生物燃料市场取决于体制因素、农业原材料市场的状况以及包括原油价格在内的宏观经济因素。根据Wicki的研究，可再生燃料的生产被认为是生物经济发展的重要方向，因为它将降低污染排放。

生物燃料在可再生能源生产中占有很大份额，并且对环境友好。使用生物燃料不会产生对环境有害的物质，并且不会对发动机产生负面影响。将生物柴油与常规燃料混合达到7%无需对发动机进行改装。生物燃料可分为4类：

(1)第1代生物燃料可以由油菜籽、谷物、甜菜根和土豆生产。这些生物燃料由油基植物、淀粉作物和糖构成。燃料行业不得不与营养行业和饲料行业开展竞争。

(2)第2代生物燃料是由非营养产品生产的，主要来自稻草、桔梗、莎草和高能人工林，主要来自农业和林业残留物，

(3)第3代生物燃料是由藻类生产的，藻类可能是未来的生物燃料。他们不与耕地上的粮食作物竞争。藻类可以在废水和其他残留水中培。

(4)第4代生物燃料包含藻类的基因工程。第4代生物燃料中的生物质来自微藻类、大型藻类和蓝细菌。

能源部门的发展机会是生产第2代生物燃料。木质纤维素植物是第2代生物燃料的来源，可以在质量较低的土壤和退化地区生长。

目前，欧盟唯一使用的生物燃料是生物柴油(76%)和生物乙醇(20%)。Demirbas的研究表明，生物燃料和石油原料之间的最大区别是氧气含量。生物燃料的氧气含量从10%到45%，而石油基本上不含氧气，因此生物燃料的化学性质与石油大不相同。大多数传统的生物燃料都来自农业粮食作物，例如玉米、小麦或甜菜中的乙醇，以及油料中的生物柴油。生物柴油由植物油生产，可通过酯交换过程转化为(间)乙酯。就硫含量、燃点、芳烃含量和生物降解性而言，生物柴油优于柴油燃料。生物乙醇是衍生自可再生原料的燃料。通常是植物，例如小麦、甜菜、玉米、稻草、木材。甚至家庭垃圾也可能在经济上转化为生物乙醇。根据欧盟质量标准EN 228，可以将生物乙醇与汽油的5%混合物用作混合燃料。这种混合物无需修改发动机，并且受到车辆保修的保护。通过对发动机进行改造，可以以更高水平地使用生物乙醇，例如E85(85%生物乙醇)。

生物燃料的生命周期意味着从农民到生物燃料生产商以及企业的整个供应链都与营业额相关。2012年，欧盟指定用于生物燃料生产的总面积接近440万公顷，占欧盟耕地总面积的3%。

对生物燃料生产的最重要威胁是：1)将越来越多的农作物用做能源，有利于农作物单一栽培的发展；2)与传统燃料相比，温室气体排放量减少的幅度很小，这是由于生物燃料的热值较低且相对于汽油和柴油的消耗量较高(分别降低30%～40%和10%)；3)对农业原材料和粮食价格的不利影响(价格上涨，包括对农产品市场的投机活动)；4)分配更多的土地用于能源作物的种植；5)一方面是食品和饲料行业之间的农业原料竞争，另一方面是生物燃料行业之间的竞争及其后果——对粮食安全的潜在威胁，以及在农业原料生产中消耗大量水，这在波兰这个水资源有限的国家尤其严重。

通常，与第二代生物燃料相比，第一代生物燃料的使用带来的利益要小，这可能会在将来确定生物燃料市场的发展方向。

能源市场的另一部分由沼气构成，可以从几种不同类型的农业基质中生产。沼气是满足全球经济需求的有前景的方式。根据Zielinski，et al提出沼气具有多种环境效益，但是有效的沼气生产将需要一些改进，例如：对沼气厂的投资，支持方案的立法，这些都取决于能源经济的政策。

波兰、德国和其他欧盟国家的沼气主要来自玉米。这在食品、饲料和能源部门之间造成了竞争。它将提高玉米和玉米产品的价格，这对客户不利。另一方面，沼气厂的发展增加了可再生能源(RES)的产量。此外，沼气厂产生的消化物可能是有机肥料，并增加了土壤中的氮含量，能源作物可以替代化石资源。寻找非粮食植物来满足生物能源和生物燃料生产的需求正在增加，这样的植物应能实现高产出且营养需求低。(农业农村部沼气科学研究所 王 健 译自：Development of renewable energy sources market and biofuels in The European Union [J].Journal of Cleaner Production ,2019,228:467-484.)