生物燃料能源前景面面觀

    2008年9月28日，聯合國環境計劃署等4個國際組織發布《綠色職業》報告，將發展生物燃料列為振興經濟、抵御金融危機的有效手段。為此，兩院院士石元春、清華大學新能源研究所副所長李十中致函本刊，客觀分析生物燃料在創造內需市場、提供就業機會、替代石油、改善環境、解決三農問題上的作用，呼吁理性發展生物燃料。

    生物燃料五宗罪？

    生物燃料引發了人車爭糧、糧食漲價、能效和減排不力等質疑，但這些罪名的確"鐵證如山"嗎？

    伴隨著油價、糧價的起伏跌宕，這兩年生物燃料也處于輿論的風口浪尖。曾幾何時，一些人對發展生物燃料頗有微詞，認為它是引起糧價上漲的"元兇"，能效不高、破壞生態等等。而美歐等國政府在認真聽取和科學分析不同意見的同時，卻態度堅定，一路高歌猛進。筆者認為，有必要客觀分析生物燃料產業。它真的是想象中的罪惡之源嗎？

   人車爭糧？

    說到"人車爭糧"，主要是指美國。美國盛產玉米，素有玉米加工傳統。上世紀八九十年代玉米乙醇一直維持在年產三五百萬噸上下，倒也相安無事。本世紀初玉米乙醇快速發展，2004年超過1000萬噸，引起了社會關注。2006年，有人表示："灌滿一個25加侖油桶的乙醇，需要用去的糧食可供一個人吃一年。"此后，這一論點漸漸衍化為"人車爭糧"、"糧食安全"、"人道危機"等。

    美國是世界玉米生產和出口大國，年產玉米約3億噸，55%加工為飼料，25%工業利用(乙醇約占70%)，另有20%出口。2006、2007兩年，美國分別生產了1600萬、2100萬噸乙醇，是否減少了玉米出口呢？事實上，2004-2007年間美國玉米出口量一直在增加，2007/2008年度將創歷史最高(6096萬噸)，因為美國農民生產積極性提高了。

    在2007年開始的糧價危機中，玉米由每噸166美元到233美元，只上漲了40%，而小麥由每噸120美元漲到480美元，漲了200%。泰國B級大米出口報價甚至在2008年3月27日一天就由每噸580美元漲到760美元，20天后突破1000美元大關。事實否定了發展玉米乙醇是引起此次糧價危機的"元兇"的說法，連"幫兇"也不夠資格。

    相反，石油價格上漲確是實實在在地為此次糧價危機做出了貢獻。美國進步中心首席執行官John Podesta2008年初指出，美國上漲的谷物成本中用于種植和運輸的化石燃料占了三分之二，石油價格上漲使2007年的農業成本增加了25%。美國農業部的資料表明，每消費1美元采購食品，農戶只能拿到19美分，剩余的81美分是勞動力、燃料、運輸、包裝和其他非農成本。影響食品價格上漲的主要因素是非農成本，特別是能源價格。能源價格對食品零售價格的影響比農產品本身高2～3倍。

    2008年10月底開始，玉米價格隨著石油價格從147美元/桶跌至70美元以下，美國芝加哥玉米期貨價格也從7月的7.90美元/浦式耳降至3.80美元/浦式耳。顯而易見，是什么原因造成了糧價上漲。

    然而，幾乎所有的質疑和指責都是沖著玉米乙醇的，一些媒體更是混淆了玉米乙醇和生物燃料。生物燃料的種類非常多，有固態、液態和氣態的，乙醇只是液態中的一種，生產乙醇的原料可以是玉米，也可以是甘蔗、甜高梁、薯類以至作物秸稈和林業剩余物中的纖維素。只有美國才大規模用玉米生產乙醇，其他原料并不存在"爭糧"問題。

　　能效更低？

    "生物燃料影響環境"的說法基本都源自美國康奈爾大學的昆蟲學教授Pimentel之口。他在2003年《自然資源研究》雜志發文提出，"從所需要的全部能量投入考慮，玉米乙醇生產的能量平衡是負值(-29%)"，該文有一定影響。國際能源署(IEA)曾就此發表評論，認為十多年的研究結果表明，用谷物生產燃料乙醇產出的能量高于投入的化石能源，"得到負值的原因是忽視了生產乙醇過程技術進步所產生的節能降耗效果"。2008年4月《Mexia每日新聞》發表密歇根大學化工教授Bruce Dale的文章指出，D. Pimentel在計算玉米乙醇的需水量中將降水也算進去了，計算能耗時將玉米轉化的太陽能也算進去了，反之卻未計算汽油生產中鉆井、運輸、煉油等過程所需的化石能源數量，所以才得出了錯誤的負值結論。

    美國阿岡國家實驗室進行了二十多年的不同能源全生命周期能效對比的研究，結果是：每投入一個化石能源能量單位，電力、汽油、煤炭、玉米乙醇和纖維素乙醇的產能,分別是0.45、0.81、0.98、1.36和10.31，即三種化石能源均為負值，而玉米乙醇是1.36，纖維素乙醇在10以上。天津大學對玉米乙醇的生命周期評價研究結果是能量投入產出比為1∶1.34；農業部能源環境研究中心利用其與意大利都靈大學合作開發的"非糧原料模型"計算了甜高粱生產乙醇的能量投入產出比為1∶1.76。由于大量使用化肥，農業種植過程消耗化石能源大于乙醇生產過程使用的化石燃料。

    一波未平，一波又起。律師出身在普林斯頓大學做訪問學者的D. Searchinger在2008年2月7日的《Science express》上發表了題為《生物燃料會以改變土地用途的方式增加溫室氣體排放》的文章，又引起了新一波的混亂。D. Searchinger文中應用的GREET模型的開發者Michael Wang2008年2-3月兩次致信《科學》雜志，指出該文中的8項錯誤。除在模型應用、DDGs替代玉米參數選擇、玉米地改種多年生能源植物會增排溫室氣體等技術性錯誤外，還將美國計劃2015年生產玉米乙醇4500萬噸推測為9000萬噸，并由此推導出需要全世界增加1080萬公頃耕地種植玉米。這是基于數據錯誤的憑空想象，一種科學上的武斷。

    環境殺手？

    還有一個頗具震撼力的標題《生物燃料使氣候變得更糟糕》，是2008年2月英國《獨立報》署名S.康納的一篇報道。該文主要是引述了美國大自然保護協會的喬·法爾焦內的觀點和資料，認為印度尼西亞改一塊泥炭地為棕櫚園，需要432年才能還清二氧化碳的欠債；亞馬孫地區改熱帶雨林為大豆地需要319年才能還清二氧化碳的欠賬。這賬算得很精細，很讓人動情。但問題是非要毀泥炭地和熱帶雨林才能生產生物柴油嗎？

    其實，一塊可生長植物的土地就是一個通過植物光合作用將太陽能和空氣中的二氧化碳加工轉化為生物質和化學能量的車間。只要部署一個好的人工生態系統，就能取得更多的能量和物質產出而不傷害生態與環境。D. Tilman2006年在《科學》雜志上發表的文章中就提出一種以草地植被為基礎的，低投入高產出的二代生物燃料。其能量產出投入比是5.44∶8.09，比玉米乙醇和大豆柴油高出2～5倍；溫室氣體減排上平均每公頃6～10噸，而玉米乙醇和大豆柴油不到1噸。

    在實際操作中，歐盟就規定只有減排溫室氣體35%的生物燃料才能得到補貼；美國定義的生物燃料標準中，只有達到溫室氣體減排標準(如玉米乙醇為20%)才可以生產。

    經濟性之辯

    經常有人指責對生物燃料的補貼。確實，正如歷史上對新藥開發、醫療技術等的支持一樣，目前各國都對新興的生物燃料產業采取了補貼、稅收優惠等激勵措施。2007年美國為燃料乙醇補貼了30億美元，但減少了60億美元的農產品價格補貼和200億美元的貿易赤字，其中150億美元是進口石油款項，正在實現不依賴外國進口石油的國家利益。生物燃料是在本土上生產的能源，能保障國家能源安全、減排溫室氣體和發展農村經濟，并且正在通過技術進步不斷提高能效和改善環境。通過產業發展，可以和巴西一樣，逐漸取消補貼。

    隨著技術進步和企業的成熟，巴西的甘蔗乙醇已經做到不依靠任何財政補貼就能和進口石油競爭。目前，巴西圣保羅的車用乙醇價格僅是汽油的54%。

    聯合國亞太經濟社會觀察組織(UNESCAP)鼓勵發展中國家發展生物燃料減貧，認為巴西開創了一個非常好的模式，值得其他國家效仿，為農民提供較大量的就業機會和市場；還能通過自主生產燃料來抑制進口石油價格，使更多的資金用來改善人民生活。巴西2008年發布的最新統計數據表明，用100萬噸甘蔗生產63360噸乙醇，可以增加8550萬美元收入，創造5683個就業崗位。尼日利亞也在建設乙醇工業， 2008年7月起投資7.5億美元在國內7個州建設一系列甜高粱乙醇項目，可解決40萬人就業�？陬^上極力反對生物燃料的委內瑞拉總統查韋斯為發展經濟，也開始在國內建設甘蔗燃料乙醇工廠。

    生產規模

    時常有人認為生物燃料的生產單元規模太小，不能成氣候，總是用石油化工行業來做比較。其實，這正是生物燃料的特點，也正是這點才能解決困擾我國多年的"三農"問題。生物質的特性決定了其加工要實行"分散"與"集中"相結合的模式，如甜高粱稈的運輸半徑一般不超過15公里，建設年產萬噸級規模的乙醇廠比較適宜，顯然運輸乙醇比運輸高粱稈要經濟得多。這些采用現代技術建設的分散式乙醇廠相當于油田中分布的油井，集中起來就可以進行深加工，如變性脫水生產燃料乙醇或生產化工產品。目前缺的就是輸配管道系統。

    轉觀石化工業，也是經過幾十年的發展形成了完善的運輸管道系統后才有了千萬噸級的煉油裝置和百萬噸級的乙烯裝置。乙醇運輸是制約產業發展的瓶頸之一，用管道運輸成本比目前的運輸成本低很多。巴西已成功地用專用管道輸送乙醇，管道成本約為100萬美元/英里。經過一定時期，建設起乙醇管道輸配系統后就能解決生產規模問題，可以同石油化工一樣，建立起生物質化學工業基礎設施。10噸原油生產1噸乙烯，而1.7噸乙醇就能生產1噸乙烯，可以想象用乙醇生產乙烯的經濟效益和原料保障。

    玉米退場

    明眼人可以看出，針對生物燃料的種種罪名，大多是指向玉米乙醇。這也并非壞事，因為它加快了人們對更佳原料的尋求步伐。

    2004年，美國國家能源委員會曾從資源豐富性、CO2減排性、與基礎設施相容性、2020年與汽油的競爭性等四個方面，對比了氫能、玉米乙醇、秸稈乙醇和生物柴油，結論中已經顯示出了纖維素乙醇的巨大優越性。2005年，美國能源部和農業部為實現關于2030年以生物燃料替代30%運輸燃料的目標提交的一份資源報告中明確提出，在可年供應13.6億噸本土生物質原料中，玉米占6.7%，九成以上是非食物性的二代生物質原料。2007年12月發布的《能源自主與安全法案》中將食物基燃料定名為"常規生物燃料"(減排20%溫室氣體)，將非食用食物基原料定義為"先進生物燃料(減排50%溫室氣體)"，將農林廢棄物和纖維素基燃料定名為"纖維素生物燃料"(減排60%溫室氣體)。食物基燃料由2008年的2700萬噸到2015年4500萬噸后就不再增加，而非食物基的"先進生物燃料"將由2009年的180萬噸發展到2022年的6300萬噸，并制定了年度生產指標和在溫室氣體減排上的具體要求。經反復周折，最終在2008年7月初通過的美國新《農業法案》中將目前每加侖玉米乙醇補貼由51美分降低到45美分，而對纖維素乙醇的補貼是1.01美元。中國早于2006年就開始限制發展玉米乙醇，鼓勵使用費糧原料生產乙醇，并在從糧食向纖維素原料過渡的技術上取得突破。

    引起人車爭糧、糧食漲價、能效和減排不力等質疑的源頭--美國的玉米乙醇總算有了個說法和交代，將完成其先鋒官的使命，以纖維素乙醇為代表的第二代生物燃料將逐漸登場，成為生物燃料的主力。(石元春李十中)

    走出觀望謀大局

    如果明確方向、健康發展，生物燃料會在我國創造內需市場、提供就業機會、替代石油、改善環境、解決三農問題等方面發揮重要作用。

    生物燃料泛指以生物質為原料生產的能源產品及相關材料和化工產品。其"生物"特性決定了它與食物、土地和生態的密切相關，稍一不慎，就會犯忌涉嫌到這些敏感的社會問題。然而，也正是因為有"生物"特性，生物能源才是一種完全不同于其它可再生能源和新能源的，經過植物光合作用將太陽能轉化成化學態的一次能源，不僅可再生和清潔，而且具有其他可再生能源和新能源不可比擬的好處。如果明確方向、健康發展，會在我國創造內需市場、提供就業機會、替代石油、改善環境、解決三農問題等方面發揮重要作用。

    八大優勢

    發展生物燃料，首先要全面認識它。生物燃料好處很多，首先是原料上的多樣性。它可以利用作物秸稈、林業剩余物、畜禽糞便、加工業的有機廢水廢渣、城市垃圾，還可利用低質土地種植各種各樣的能源植物，十分靈活。

    其次是產品上的多樣性。能源產品有液態的生物乙醇和柴油，固態的原型和成型燃料，氣態的沼氣等多種能源產品。既可以替代石油、煤炭和天然氣，也可以供熱和發電。

    第三，它是唯一能大規模替代石油燃料的能源產品，而水能、風能、太陽能、核能及其他新能源只適用于發電和供熱。

    第四是它的"物質性"，可以像石油煤炭那樣生產塑料、纖維等各種材料以及化工原料等物質性的產品，形成龐大的生物化工生產體系。這是其他可再生和新能源不可能做到的。

    第五是它的"可循環性"和"環保性"。它是在農林和城鄉有機廢棄物的無害化和資源化中生產產品；它的全部生命物質均能進入地球的生物學循環，連釋放的二氧化碳也會重新被植物吸收而參與地球碳的循環，做到零排放。物質上的永續性、資源上的可循環性是一種現代的先進生產模式。

    第六是它的"帶動性"。它可以拓展農業生產領域，帶動農村經濟，增加農民收入；還能促進制造業、建筑業、汽車等行業發展。在中國等發展中國家，還可推進農業工業化和中小城鎮發展，縮小工農差別，具有很大的政治、經濟和社會意義。

    第七是對原油價格的"抑制性"。生物燃料將使"原油"生產國從目前的20個增加到200個，通過自主生產燃料抑制進口石油價格，并減少進口石油花費，使更多的資金能用于改善人民生活，從根本上解決糧食危機。

    第八是創造就業機會和建立國內市場。巴西的經驗表明，在石化行業1個就業崗位，可以在乙醇行業創造152個就業崗位；石化行業產生1個就業崗位的投資是22萬美元，燃料行業僅為1.1萬美元。聯合國環境計劃署發布的"綠色職業"報告中指出，"到2030年可再生能源產業將創造2040萬個就業機會，其中生物燃料1200萬個"。

    質疑生物燃料影響糧食供應和環境生態只說了問題的一面，而沒有說問題的另一面，更該受到關注的是資源枯竭、全球變暖、油價飆升引發通脹以至社會動亂的石油問題，而生物燃料正是解決這些問題的一種最佳選擇。

    全球計劃

    自上世紀70年代的兩次全球石油危機以來，美歐等一直在尋求石油替代之途。從20世紀70年代巴西和美國的生物乙醇到80年代北歐的生物質供熱發電，從90年代的煤基甲醇到后來的氫能和燃料電池，人們的共識是生物燃料替代是目前最可行、最佳或唯一選擇。

    美國從1999年頒布《開發和推進生物基產品和生物能源》總統令起，發展生物燃料的步伐越來越快。到了2007年底，其《能源自主與安全法》提出了到2022年以1.08億噸生物燃料替代20%運輸燃料的目標及逐年計劃。

    歐盟2006年的生物燃料產量達到538萬噸標油(約850萬噸乙醇)，替代了2%的運輸燃料。2007年3月歐盟首腦會議提出了2020年可再生能源在能源消費總額中占到20%和生物燃料不得少于運輸燃料10%的目標。面對所謂影響糧價的指責，歐盟也沒有動搖實現10%替代的決心，只是調整了政策，要求"先進生物燃料"的比例要占所使用生物燃料的40%。我們的鄰居印度，目前乙醇在汽油中添加比例為5%，到2008年10月將提高到10%，2008年9月11日印度政府又制訂了到2017年乙醇在汽油中的摻混比例達到20%的目標。

    當前的石油替代形勢可說是謀定而動，高歌猛進。短短幾年里，全球生物液體燃料已達4600萬噸(按熱值計相當于4600萬噸標煤)，其發展規模和前景可見一斑。2008年11月17～21日，巴西政府在巴西圣保羅主辦了有90個國家、24個國際組織參加的"國際生物燃料大會"，探討如何發展生物燃料產業、控制氣候變和發展經濟。會議認為以目前的技術全球可以用乙醇替代10%汽油。

    符合國情

    與美歐國家相比，中國的石油形勢要嚴峻得多�，F在歐美已經是立足生物燃料替代了，我們還下不了替代決心。運輸燃油替代上猶豫于煤基替代和生物基替代之間，生物燃料替代上又怕犯忌糧食安全。這些心理障礙致使一些人士、媒體以至官員對生物燃料躲著走，擋箭牌是"有不同意見"。盡管中國已經叫停玉米乙醇，有了"不與人爭糧，不與農爭地"的方針，但還走不出這些陰影。

    認真思考一下，能躲得了繞得開嗎？發展可再生能源中可以多說風能少說生物燃料，但就像吃飯替代不了喝水一樣，風能以至核能可以規模替代石油運輸燃料嗎？再說，緊缺和價格高企的非能石化產品的替代能繞得開生物質嗎？石油及石化產品的生物質替代是這些能源自身特性所決定，不以人們意志為轉移的。

    再者，生物燃料是把農業和工業有機結合在一起的新興產業，發展農業、改善農村經濟也是美國當初發展燃料乙醇產業時的初衷之一。連美國這樣的發達國家都反復強調這點，我們更需要利用生物燃料來有效解決我國的"三農"問題。

    創造就業機會

    我國是個土地資源相對貧乏、但又經營利用很不充分的國家，1/4的耕地是低產田，上億畝宜農后備耕地未被利用。根據國土資源部發布的最新資料，我國邊際性土地中有宜于農墾的后備土地1.1億畝及現耕地中的低產田4.27億畝，這些土地種糧食不行，種甜高粱和薯類等能源植物不成問題。它們生長快，產量高，耐旱澇，能長在鹽堿和瘠薄的土地上，全生育期用水只是甘蔗的三分之一，田間管理簡單，成本低廉。在能效、減排和經濟效益上也優于巴西所用的甘蔗。國家應該有一個開發與生態雙贏的新資源戰略，盤活寶貴的土地資源。除少量低產農田外，所有邊際性土地和有機廢棄物目前都是沒有經濟價值的潛在資源，一旦投入生產和流通就能實現它們的價值和年年"發酵"增值。

    根據內蒙五原縣的試驗，700畝甜高粱平均畝產籽粒200公斤，秸稈5噸(含糖量14.1%)，可產0.33噸乙醇(99.5%)，較種向日葵和玉米農民每畝可分別增收320元和380元。采用清華大學的先進固體發酵技術用甜高粱稈生產乙醇，發酵時間近30個小時(玉米乙醇為55個小時)，乙醇收率高達94%(玉米乙醇為91%)。發酵后的糟渣一半做鍋爐燃料，另一半做飼料。甜高粱稈價格為200元/噸時，噸燃料乙醇成本為4346元，抵消飼料(營養成分與青貯玉米相當，可飼養0.7頭牛)和燃料后的成本為3416元，生產過程能量投入產出比高達1∶23，每萬噸乙醇可為農民提供4750個農業崗位、100個加工崗位和140個飼養崗位。我國是世界上最大的甘薯生產國家，播種面積1.3億畝，總產1.5億噸，分別占世界總量的65%和86%。每生產1萬噸薯類乙醇約需4萬畝薯田，農民可新增收入1200萬元，獲6200個原料生產崗位和80個加工生產崗位。

    受金融海嘯影響，我國上半年有6.7萬家中小企業倒閉，國務院于2008年12月10日和20日兩次召開會議討論如何安置回鄉民工問題，燃料乙醇產業將是解決農村就業問題的有效途徑之一。

    另類"走出去"

    在聯合國亞太經濟社會觀察2008的報告中提到，世界上最窮的50個國家中有38個是石油凈進口國，其中25個國家的石油全部依賴進口。這些國家的石油方面支出是國民醫療健康支出的2～6倍，油價上漲必然沖擊這些國家的經濟，引起食品價格上漲和社會的不穩定。

    中國發展生物燃料不僅可以緩解石油進口壓力和"三農"問題，還能以自身的資金和技術優勢，與亞非拉的豐富生物質資源相結合，創造一種雙贏的"走出去"新模式，既幫助發展中國家(尤其是非洲)解決貧困和饑餓問題，又為我國開發"綠色"石油資源。聯合國基金會高級顧問Janet Hall極力推崇中國的甜高粱稈先進固體發酵生產乙醇技術。她認為，利用耐貧瘠作物甜高粱生產乙醇是解決非洲饑餓、全球糧食安全農村發展、氣候變化等問題的有效手段。英國CAMS公司正與清華大學洽談購買該項技術在坦桑尼亞建設甜高粱乙醇廠和生物質電廠。

    世界能源正處在歷史的十字路口。中國需要向發達國家學習和跟蹤，更要憑借自身優勢，敢于創新與超越。