生物燃料紓解“三難”困境
糧食、能源和環(huán)境是人類在地球上生存發(fā)展的三駕馬車，隨著傳統(tǒng)化石燃料日益枯竭以及化石燃料給環(huán)境造成的破壞，人類開始尋求新型的綠色能源。
三難困境
為了解決能源和環(huán)境危機，各國政府紛紛出臺促進生物燃料發(fā)展的各種政策[1]。以美國為例，2008農(nóng)場議案（2008 farm bill）增加了促進生物燃料可持續(xù)發(fā)展的資金投入，以期在2022年達到年生產(chǎn)160億加侖以纖維素為來源的乙醇（燃料）；而歐盟也立志在2020年將所有運輸能源的10%調(diào)整為可再生能源，并在隨后強調(diào)了拓展纖維素原料的途徑。
眾所周知，發(fā)展生物燃料的初衷除了解決傳統(tǒng)能源不斷減少的問題，另一個美好的愿望便是減少溫室氣體尤其是二氧化碳的排放，減少化石能源帶來的環(huán)境污染[2]。生物燃料在生長過程中吸收空氣中的二氧化碳成為環(huán)境保護的加分項，而化石能源是開采出來的地下的含碳資源，只能是在燃燒的過程中釋放出二氧化碳，在當下是不具備這一優(yōu)勢的。有很多研究也表明，以玉米為原料制造乙醇作為燃料排放的溫室氣體比用汽油等化石燃料要有所減少，如果以纖維素為原料制造乙醇為燃料，溫室氣體的排放量則減少更多。
生物燃料也具有化石燃料不可比擬的可再生性，而且來源廣泛，包括各種植物甚至垃圾都可以用來制造生物燃料。
如此看來生物燃料的發(fā)展是理所當然而且值得作為各國可再生能源發(fā)展的重要方面，值得大力提倡，然而事實并不這樣簡單。
研究助力
美國斯坦福大學和英國劍橋大學的學者共同研究了生物燃料和汽油燃料對于氣候變化以及人類健康的影響，量化了生產(chǎn)過程以及燃料燃燒對環(huán)境和人類健康影響的經(jīng)濟成本[3]。以生產(chǎn)燃燒相當于10億噸的乙醇為標準，利用汽油的成本大概為4.69億美元，利用玉米作為原料生產(chǎn)乙醇的成本在4.72億~9.52億美元之間，而利用纖維素作為原料生產(chǎn)乙醇的成本大概在1.23億~2.08億美元之間。同時，利用纖維素作為生產(chǎn)乙醇的原料相對于汽油燃料來說也能夠減少直徑為2.5微米或者更小的粒子的排放，對于人類的健康更加有利。
因此以纖維素為原料生產(chǎn)乙醇是更加經(jīng)濟而且綠色的途徑。當然，綠色的程度也取決于用來種植生物原料的土地類型，以及種植生物原料對于土地使用產(chǎn)生的間接影響和其他沒有被量化的環(huán)境影響因素。
如果在生產(chǎn)生物原料的過程中改變了土地的原有使用方式，比如將產(chǎn)糧用地轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)生物燃料用地，進而毀掉森林或者草地來補償產(chǎn)生生物燃料占用的產(chǎn)糧用地，那結(jié)果就不太樂觀了。
美國普林斯頓大學Timothy Searchinger等科學家在一項研究中發(fā)現(xiàn)，美國的糧食用地轉(zhuǎn)變?yōu)樯锶剂嫌玫睾，使用生物燃料非但不能使溫室氣體的排放減少，反而會由于土地用途的改變而增加。其中的原因倒是不難理解：產(chǎn)糧用地的減少會導致糧食產(chǎn)量的降低，引發(fā)國際糧價的上漲，為了平抑上漲的糧價，一些國家和地區(qū)就會想辦法燒毀森林或者草地用來種植糧食，而這個過程也向空氣中排放大量的二氧化碳氣體，足以抵消生物燃料在生長過程中吸收的二氧化碳。
研究者發(fā)現(xiàn)，如果在生產(chǎn)過程中涉及到土地使用方式的改變，以玉米為原料生產(chǎn)乙醇不僅不能減排20%的溫室氣體，反而在30年內(nèi)會使溫室氣體的排放量增加一倍，而且溫室氣體的增加會持續(xù)167年。如果在先前種植玉米的土地上種植柳枝稷（一種纖維素植物來源）則會導致50%的溫室氣體排放增加[2]。
因為地球生態(tài)系統(tǒng)是一個統(tǒng)一且復雜的體系，任何促進生物燃料發(fā)展的政策和措施都需要科學的研究加以評估，以免造成后患。
科學研究給生物燃料的健康發(fā)展提供了明確的思路，關(guān)于生物燃料如何發(fā)展的問題從根本上講可以用簡單的兩個原則來解決。明尼蘇達大學的David Tilman認為，在全世界都急切尋找能源、環(huán)境、糧食等問題解決方案的時候，任何國家和社會不可能錯失生物燃料所帶來的溫室氣體減排、優(yōu)化區(qū)域環(huán)境等各種好處，但也不可能接受生物燃料所帶來的不受歡迎的負面效應[4]。
David Tilman 等人也認為，制造生物燃料原料的生產(chǎn)過程必須最大限度地減少溫室氣體的排放，基本不與糧食生產(chǎn)競爭，這樣一來，一些能夠用來制造生物燃料的原料就有所限制了：
（1） 在廢棄的農(nóng)業(yè)用地上種植多年生植物。這種方式可以降低對糧食生產(chǎn)的競爭，而且也避免了由于土地使用方式的改變引起的直接或者間接的溫室氣體排放增加和物種多樣性的損失。利用廢棄的農(nóng)業(yè)用地也可以增加野生動物的棲息地，提高水源質(zhì)量，增加土地的碳含有量。
（2） 農(nóng)作物（收獲）殘余。農(nóng)作物殘余，如玉米稈或者稻草的數(shù)量是極為豐富的，并且這些殘余物富含碳、氮、磷等保持土壤肥沃度的必需元素。研究證明，盡管這些殘余物大部分可以留作肥料，剩下的一些也足以產(chǎn)生與在廢棄農(nóng)業(yè)用地上生長的多年生植物相當?shù)纳镔|(zhì)原料。
（3） 森林中樹木的殘枝？梢允占种袨榱藴p少火災等隱患而修剪清除的樹枝。
（4） 復種及混合種植體系。所謂復種是指在傳統(tǒng)糧食作物收獲后、下一次種植之前的間隙種上生物燃料的原料，既避免了影響糧食產(chǎn)量也避免了開辟荒地帶來的經(jīng)濟和環(huán)境成本；而混合種植體系顧名思義是指將糧食作物和生物原料同時混合種植。
（5） 城市和工業(yè)垃圾。富含有機物質(zhì)的固體垃圾如紙張、塑料等都可以用來生產(chǎn)液體燃料。
政策保障
正確的公共政策的制定能夠帶來多方面的收益，包括真實能源的獲取、溫室氣體的減排、生物多樣性的保持、糧食安全性的保障等等。美國《2007能源獨立與安全法案》（US 2007 Energy Independence and Security Act）規(guī)定，纖維素類生物燃料（比如由纖維素制的乙醇），無論直接或是間接都必須比傳統(tǒng)能源減少至少60%的溫室氣體排放量。
當前的政策制定者應該著眼于為生物燃料的發(fā)展提供解決其可持續(xù)性及安全挑戰(zhàn)的有利環(huán)境。只有當生物燃料在現(xiàn)實的環(huán)境保護、能源及糧食安全顯現(xiàn)出優(yōu)勢的時候，政策才能給予其支持，目標模糊的法規(guī)在某種程度上會誘使部分生物燃料的發(fā)展走上適得其反的道路。法規(guī)的制定必須有明確的目標，比如水和土地的使用效率、農(nóng)業(yè)碳排放的降低等等。
近期的美國生物燃料政策對話陷入了混亂，對話不僅偏激而且政治的影響似乎壓倒了科學。但是從根本上來說，政策的制定必須以科學的研究作為依據(jù)。政府應該建立環(huán)境保護體系，完善生物燃料工業(yè)體系及采取措施推動第一代生物燃料投資人繼續(xù)在這個領(lǐng)域前行。
如果在未來幾十年內(nèi)沒有新技術(shù)問世，人類繼續(xù)保持現(xiàn)有的生活習慣，那么持續(xù)飆升的能源與食物消耗將進一步惡化地球環(huán)境，加快物種消失的步伐，人類的生活質(zhì)量也將大打折扣。未來幾十年一個核心的問題是：解決人類糧食與能源危機及其緊密聯(lián)系的環(huán)境影響和潛在收益如何納入我們的經(jīng)濟體系。問題的解決之道并不簡單，需要環(huán)境學家、經(jīng)濟學家、技術(shù)專家、農(nóng)業(yè)系統(tǒng)以及各國政府和有志之士共同努力。
參考文獻：
[1]Science, 2008, 322:49-50
[2]Science, 2008, 319:1238-1240
[3]PNAS, 2009, 106:2077-2082
[4]Science, 2009, 325:270-271
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