生物燃料能源前景面面观

    2008年9月28日，联合国环境计划署等4个国际组织发布《绿色职业》报告，将发展生物燃料列为振兴经济、抵御金融危机的有效手段。为此，两院院士石元春、清华大学新能源研究所副所长李十中致函本刊，客观分析生物燃料在创造内需市场、提供就业机会、替代石油、改善环境、解决三农问题上的作用，呼吁理性发展生物燃料。

    生物燃料五宗罪？

    生物燃料引发了人车争粮、粮食涨价、能效和减排不力等质疑，但这些罪名的确"铁证如山"吗？

    伴随着油价、粮价的起伏跌宕，这两年生物燃料也处于舆论的风口浪尖。曾几何时，一些人对发展生物燃料颇有微词，认为它是引起粮价上涨的"元凶"，能效不高、破坏生态等等。而美欧等国政府在认真听取和科学分析不同意见的同时，却态度坚定，一路高歌猛进。笔者认为，有必要客观分析生物燃料产业。它真的是想象中的罪恶之源吗？

   人车争粮？

    说到"人车争粮"，主要是指美国。美国盛产玉米，素有玉米加工传统。上世纪八九十年代玉米乙醇一直维持在年产三五百万吨上下，倒也相安无事。本世纪初玉米乙醇快速发展，2004年超过1000万吨，引起了社会关注。2006年，有人表示："灌满一个25加仑油桶的乙醇，需要用去的粮食可供一个人吃一年。"此后，这一论点渐渐衍化为"人车争粮"、"粮食安全"、"人道危机"等。

    美国是世界玉米生产和出口大国，年产玉米约3亿吨，55%加工为饲料，25%工业利用(乙醇约占70%)，另有20%出口。2006、2007两年，美国分别生产了1600万、2100万吨乙醇，是否减少了玉米出口呢？事实上，2004-2007年间美国玉米出口量一直在增加，2007/2008年度将创历史最高(6096万吨)，因为美国农民生产积极性提高了。

    在2007年开始的粮价危机中，玉米由每吨166美元到233美元，只上涨了40%，而小麦由每吨120美元涨到480美元，涨了200%。泰国B级大米出口报价甚至在2008年3月27日一天就由每吨580美元涨到760美元，20天后突破1000美元大关。事实否定了发展玉米乙醇是引起此次粮价危机的"元凶"的说法，连"帮凶"也不够资格。

    相反，石油价格上涨确是实实在在地为此次粮价危机做出了贡献。美国进步中心首席执行官John Podesta2008年初指出，美国上涨的谷物成本中用于种植和运输的化石燃料占了三分之二，石油价格上涨使2007年的农业成本增加了25%。美国农业部的资料表明，每消费1美元采购食品，农户只能拿到19美分，剩余的81美分是劳动力、燃料、运输、包装和其他非农成本。影响食品价格上涨的主要因素是非农成本，特别是能源价格。能源价格对食品零售价格的影响比农产品本身高2～3倍。

    2008年10月底开始，玉米价格随着石油价格从147美元/桶跌至70美元以下，美国芝加哥玉米期货价格也从7月的7.90美元/浦式耳降至3.80美元/浦式耳。显而易见，是什么原因造成了粮价上涨。

    然而，几乎所有的质疑和指责都是冲着玉米乙醇的，一些媒体更是混淆了玉米乙醇和生物燃料。生物燃料的种类非常多，有固态、液态和气态的，乙醇只是液态中的一种，生产乙醇的原料可以是玉米，也可以是甘蔗、甜高梁、薯类以至作物秸秆和林业剩余物中的纤维素。只有美国才大规模用玉米生产乙醇，其他原料并不存在"争粮"问题。

　　能效更低？

    "生物燃料影响环境"的说法基本都源自美国康奈尔大学的昆虫学教授Pimentel之口。他在2003年《自然资源研究》杂志发文提出，"从所需要的全部能量投入考虑，玉米乙醇生产的能量平衡是负值(-29%)"，该文有一定影响。国际能源署(IEA)曾就此发表评论，认为十多年的研究结果表明，用谷物生产燃料乙醇产出的能量高于投入的化石能源，"得到负值的原因是忽视了生产乙醇过程技术进步所产生的节能降耗效果"。2008年4月《Mexia每日新闻》发表密歇根大学化工教授Bruce Dale的文章指出，D. Pimentel在计算玉米乙醇的需水量中将降水也算进去了，计算能耗时将玉米转化的太阳能也算进去了，反之却未计算汽油生产中钻井、运输、炼油等过程所需的化石能源数量，所以才得出了错误的负值结论。

    美国阿冈国家实验室进行了二十多年的不同能源全生命周期能效对比的研究，结果是：每投入一个化石能源能量单位，电力、汽油、煤炭、玉米乙醇和纤维素乙醇的产能,分别是0.45、0.81、0.98、1.36和10.31，即三种化石能源均为负值，而玉米乙醇是1.36，纤维素乙醇在10以上。天津大学对玉米乙醇的生命周期评价研究结果是能量投入产出比为1∶1.34；农业部能源环境研究中心利用其与意大利都灵大学合作开发的"非粮原料模型"计算了甜高粱生产乙醇的能量投入产出比为1∶1.76。由于大量使用化肥，农业种植过程消耗化石能源大于乙醇生产过程使用的化石燃料。

    一波未平，一波又起。律师出身在普林斯顿大学做访问学者的D. Searchinger在2008年2月7日的《Science express》上发表了题为《生物燃料会以改变土地用途的方式增加温室气体排放》的文章，又引起了新一波的混乱。D. Searchinger文中应用的GREET模型的开发者Michael Wang2008年2-3月两次致信《科学》杂志，指出该文中的8项错误。除在模型应用、DDGs替代玉米参数选择、玉米地改种多年生能源植物会增排温室气体等技术性错误外，还将美国计划2015年生产玉米乙醇4500万吨推测为9000万吨，并由此推导出需要全世界增加1080万公顷耕地种植玉米。这是基于数据错误的凭空想象，一种科学上的武断。

    环境杀手？

    还有一个颇具震撼力的标题《生物燃料使气候变得更糟糕》，是2008年2月英国《独立报》署名S.康纳的一篇报道。该文主要是引述了美国大自然保护协会的乔·法尔焦内的观点和资料，认为印度尼西亚改一块泥炭地为棕榈园，需要432年才能还清二氧化碳的欠债；亚马孙地区改热带雨林为大豆地需要319年才能还清二氧化碳的欠账。这账算得很精细，很让人动情。但问题是非要毁泥炭地和热带雨林才能生产生物柴油吗？

    其实，一块可生长植物的土地就是一个通过植物光合作用将太阳能和空气中的二氧化碳加工转化为生物质和化学能量的车间。只要部署一个好的人工生态系统，就能取得更多的能量和物质产出而不伤害生态与环境。D. Tilman2006年在《科学》杂志上发表的文章中就提出一种以草地植被为基础的，低投入高产出的二代生物燃料。其能量产出投入比是5.44∶8.09，比玉米乙醇和大豆柴油高出2～5倍；温室气体减排上平均每公顷6～10吨，而玉米乙醇和大豆柴油不到1吨。

    在实际操作中，欧盟就规定只有减排温室气体35%的生物燃料才能得到补贴；美国定义的生物燃料标准中，只有达到温室气体减排标准(如玉米乙醇为20%)才可以生产。

    经济性之辩

    经常有人指责对生物燃料的补贴。确实，正如历史上对新药开发、医疗技术等的支持一样，目前各国都对新兴的生物燃料产业采取了补贴、税收优惠等激励措施。2007年美国为燃料乙醇补贴了30亿美元，但减少了60亿美元的农产品价格补贴和200亿美元的贸易赤字，其中150亿美元是进口石油款项，正在实现不依赖外国进口石油的国家利益。生物燃料是在本土上生产的能源，能保障国家能源安全、减排温室气体和发展农村经济，并且正在通过技术进步不断提高能效和改善环境。通过产业发展，可以和巴西一样，逐渐取消补贴。

    随着技术进步和企业的成熟，巴西的甘蔗乙醇已经做到不依靠任何财政补贴就能和进口石油竞争。目前，巴西圣保罗的车用乙醇价格仅是汽油的54%。

    联合国亚太经济社会观察组织(UNESCAP)鼓励发展中国家发展生物燃料减贫，认为巴西开创了一个非常好的模式，值得其他国家效仿，为农民提供较大量的就业机会和市场；还能通过自主生产燃料来抑制进口石油价格，使更多的资金用来改善人民生活。巴西2008年发布的最新统计数据表明，用100万吨甘蔗生产63360吨乙醇，可以增加8550万美元收入，创造5683个就业岗位。尼日利亚也在建设乙醇工业， 2008年7月起投资7.5亿美元在国内7个州建设一系列甜高粱乙醇项目，可解决40万人就业。口头上极力反对生物燃料的委内瑞拉总统查韦斯为发展经济，也开始在国内建设甘蔗燃料乙醇工厂。

    生产规模

    时常有人认为生物燃料的生产单元规模太小，不能成气候，总是用石油化工行业来做比较。其实，这正是生物燃料的特点，也正是这点才能解决困扰我国多年的"三农"问题。生物质的特性决定了其加工要实行"分散"与"集中"相结合的模式，如甜高粱秆的运输半径一般不超过15公里，建设年产万吨级规模的乙醇厂比较适宜，显然运输乙醇比运输高粱秆要经济得多。这些采用现代技术建设的分散式乙醇厂相当于油田中分布的油井，集中起来就可以进行深加工，如变性脱水生产燃料乙醇或生产化工产品。目前缺的就是输配管道系统。

    转观石化工业，也是经过几十年的发展形成了完善的运输管道系统后才有了千万吨级的炼油装置和百万吨级的乙烯装置。乙醇运输是制约产业发展的瓶颈之一，用管道运输成本比目前的运输成本低很多。巴西已成功地用专用管道输送乙醇，管道成本约为100万美元/英里。经过一定时期，建设起乙醇管道输配系统后就能解决生产规模问题，可以同石油化工一样，建立起生物质化学工业基础设施。10吨原油生产1吨乙烯，而1.7吨乙醇就能生产1吨乙烯，可以想象用乙醇生产乙烯的经济效益和原料保障。

    玉米退场

    明眼人可以看出，针对生物燃料的种种罪名，大多是指向玉米乙醇。这也并非坏事，因为它加快了人们对更佳原料的寻求步伐。

    2004年，美国国家能源委员会曾从资源丰富性、CO2减排性、与基础设施相容性、2020年与汽油的竞争性等四个方面，对比了氢能、玉米乙醇、秸秆乙醇和生物柴油，结论中已经显示出了纤维素乙醇的巨大优越性。2005年，美国能源部和农业部为实现关于2030年以生物燃料替代30%运输燃料的目标提交的一份资源报告中明确提出，在可年供应13.6亿吨本土生物质原料中，玉米占6.7%，九成以上是非食物性的二代生物质原料。2007年12月发布的《能源自主与安全法案》中将食物基燃料定名为"常规生物燃料"(减排20%温室气体)，将非食用食物基原料定义为"先进生物燃料(减排50%温室气体)"，将农林废弃物和纤维素基燃料定名为"纤维素生物燃料"(减排60%温室气体)。食物基燃料由2008年的2700万吨到2015年4500万吨后就不再增加，而非食物基的"先进生物燃料"将由2009年的180万吨发展到2022年的6300万吨，并制定了年度生产指标和在温室气体减排上的具体要求。经反复周折，最终在2008年7月初通过的美国新《农业法案》中将目前每加仑玉米乙醇补贴由51美分降低到45美分，而对纤维素乙醇的补贴是1.01美元。中国早于2006年就开始限制发展玉米乙醇，鼓励使用费粮原料生产乙醇，并在从粮食向纤维素原料过渡的技术上取得突破。

    引起人车争粮、粮食涨价、能效和减排不力等质疑的源头--美国的玉米乙醇总算有了个说法和交代，将完成其先锋官的使命，以纤维素乙醇为代表的第二代生物燃料将逐渐登场，成为生物燃料的主力。(石元春李十中)

    走出观望谋大局

    如果明确方向、健康发展，生物燃料会在我国创造内需市场、提供就业机会、替代石油、改善环境、解决三农问题等方面发挥重要作用。

    生物燃料泛指以生物质为原料生产的能源产品及相关材料和化工产品。其"生物"特性决定了它与食物、土地和生态的密切相关，稍一不慎，就会犯忌涉嫌到这些敏感的社会问题。然而，也正是因为有"生物"特性，生物能源才是一种完全不同于其它可再生能源和新能源的，经过植物光合作用将太阳能转化成化学态的一次能源，不仅可再生和清洁，而且具有其他可再生能源和新能源不可比拟的好处。如果明确方向、健康发展，会在我国创造内需市场、提供就业机会、替代石油、改善环境、解决三农问题等方面发挥重要作用。

    八大优势

    发展生物燃料，首先要全面认识它。生物燃料好处很多，首先是原料上的多样性。它可以利用作物秸秆、林业剩余物、畜禽粪便、加工业的有机废水废渣、城市垃圾，还可利用低质土地种植各种各样的能源植物，十分灵活。

    其次是产品上的多样性。能源产品有液态的生物乙醇和柴油，固态的原型和成型燃料，气态的沼气等多种能源产品。既可以替代石油、煤炭和天然气，也可以供热和发电。

    第三，它是唯一能大规模替代石油燃料的能源产品，而水能、风能、太阳能、核能及其他新能源只适用于发电和供热。

    第四是它的"物质性"，可以像石油煤炭那样生产塑料、纤维等各种材料以及化工原料等物质性的产品，形成庞大的生物化工生产体系。这是其他可再生和新能源不可能做到的。

    第五是它的"可循环性"和"环保性"。它是在农林和城乡有机废弃物的无害化和资源化中生产产品；它的全部生命物质均能进入地球的生物学循环，连释放的二氧化碳也会重新被植物吸收而参与地球碳的循环，做到零排放。物质上的永续性、资源上的可循环性是一种现代的先进生产模式。

    第六是它的"带动性"。它可以拓展农业生产领域，带动农村经济，增加农民收入；还能促进制造业、建筑业、汽车等行业发展。在中国等发展中国家，还可推进农业工业化和中小城镇发展，缩小工农差别，具有很大的政治、经济和社会意义。

    第七是对原油价格的"抑制性"。生物燃料将使"原油"生产国从目前的20个增加到200个，通过自主生产燃料抑制进口石油价格，并减少进口石油花费，使更多的资金能用于改善人民生活，从根本上解决粮食危机。

    第八是创造就业机会和建立国内市场。巴西的经验表明，在石化行业1个就业岗位，可以在乙醇行业创造152个就业岗位；石化行业产生1个就业岗位的投资是22万美元，燃料行业仅为1.1万美元。联合国环境计划署发布的"绿色职业"报告中指出，"到2030年可再生能源产业将创造2040万个就业机会，其中生物燃料1200万个"。

    质疑生物燃料影响粮食供应和环境生态只说了问题的一面，而没有说问题的另一面，更该受到关注的是资源枯竭、全球变暖、油价飙升引发通胀以至社会动乱的石油问题，而生物燃料正是解决这些问题的一种最佳选择。

    全球计划

    自上世纪70年代的两次全球石油危机以来，美欧等一直在寻求石油替代之途。从20世纪70年代巴西和美国的生物乙醇到80年代北欧的生物质供热发电，从90年代的煤基甲醇到后来的氢能和燃料电池，人们的共识是生物燃料替代是目前最可行、最佳或唯一选择。

    美国从1999年颁布《开发和推进生物基产品和生物能源》总统令起，发展生物燃料的步伐越来越快。到了2007年底，其《能源自主与安全法》提出了到2022年以1.08亿吨生物燃料替代20%运输燃料的目标及逐年计划。

    欧盟2006年的生物燃料产量达到538万吨标油(约850万吨乙醇)，替代了2%的运输燃料。2007年3月欧盟首脑会议提出了2020年可再生能源在能源消费总额中占到20%和生物燃料不得少于运输燃料10%的目标。面对所谓影响粮价的指责，欧盟也没有动摇实现10%替代的决心，只是调整了政策，要求"先进生物燃料"的比例要占所使用生物燃料的40%。我们的邻居印度，目前乙醇在汽油中添加比例为5%，到2008年10月将提高到10%，2008年9月11日印度政府又制订了到2017年乙醇在汽油中的掺混比例达到20%的目标。

    当前的石油替代形势可说是谋定而动，高歌猛进。短短几年里，全球生物液体燃料已达4600万吨(按热值计相当于4600万吨标煤)，其发展规模和前景可见一斑。2008年11月17～21日，巴西政府在巴西圣保罗主办了有90个国家、24个国际组织参加的"国际生物燃料大会"，探讨如何发展生物燃料产业、控制气候变和发展经济。会议认为以目前的技术全球可以用乙醇替代10%汽油。

    符合国情

    与美欧国家相比，中国的石油形势要严峻得多。现在欧美已经是立足生物燃料替代了，我们还下不了替代决心。运输燃油替代上犹豫于煤基替代和生物基替代之间，生物燃料替代上又怕犯忌粮食安全。这些心理障碍致使一些人士、媒体以至官员对生物燃料躲着走，挡箭牌是"有不同意见"。尽管中国已经叫停玉米乙醇，有了"不与人争粮，不与农争地"的方针，但还走不出这些阴影。

    认真思考一下，能躲得了绕得开吗？发展可再生能源中可以多说风能少说生物燃料，但就像吃饭替代不了喝水一样，风能以至核能可以规模替代石油运输燃料吗？再说，紧缺和价格高企的非能石化产品的替代能绕得开生物质吗？石油及石化产品的生物质替代是这些能源自身特性所决定，不以人们意志为转移的。

    再者，生物燃料是把农业和工业有机结合在一起的新兴产业，发展农业、改善农村经济也是美国当初发展燃料乙醇产业时的初衷之一。连美国这样的发达国家都反复强调这点，我们更需要利用生物燃料来有效解决我国的"三农"问题。

    创造就业机会

    我国是个土地资源相对贫乏、但又经营利用很不充分的国家，1/4的耕地是低产田，上亿亩宜农后备耕地未被利用。根据国土资源部发布的最新资料，我国边际性土地中有宜于农垦的后备土地1.1亿亩及现耕地中的低产田4.27亿亩，这些土地种粮食不行，种甜高粱和薯类等能源植物不成问题。它们生长快，产量高，耐旱涝，能长在盐碱和瘠薄的土地上，全生育期用水只是甘蔗的三分之一，田间管理简单，成本低廉。在能效、减排和经济效益上也优于巴西所用的甘蔗。国家应该有一个开发与生态双赢的新资源战略，盘活宝贵的土地资源。除少量低产农田外，所有边际性土地和有机废弃物目前都是没有经济价值的潜在资源，一旦投入生产和流通就能实现它们的价值和年年"发酵"增值。

    根据内蒙五原县的试验，700亩甜高粱平均亩产籽粒200公斤，秸秆5吨(含糖量14.1%)，可产0.33吨乙醇(99.5%)，较种向日葵和玉米农民每亩可分别增收320元和380元。采用清华大学的先进固体发酵技术用甜高粱秆生产乙醇，发酵时间近30个小时(玉米乙醇为55个小时)，乙醇收率高达94%(玉米乙醇为91%)。发酵后的糟渣一半做锅炉燃料，另一半做饲料。甜高粱秆价格为200元/吨时，吨燃料乙醇成本为4346元，抵消饲料(营养成分与青贮玉米相当，可饲养0.7头牛)和燃料后的成本为3416元，生产过程能量投入产出比高达1∶23，每万吨乙醇可为农民提供4750个农业岗位、100个加工岗位和140个饲养岗位。我国是世界上最大的甘薯生产国家，播种面积1.3亿亩，总产1.5亿吨，分别占世界总量的65%和86%。每生产1万吨薯类乙醇约需4万亩薯田，农民可新增收入1200万元，获6200个原料生产岗位和80个加工生产岗位。

    受金融海啸影响，我国上半年有6.7万家中小企业倒闭，国务院于2008年12月10日和20日两次召开会议讨论如何安置回乡民工问题，燃料乙醇产业将是解决农村就业问题的有效途径之一。

    另类"走出去"

    在联合国亚太经济社会观察2008的报告中提到，世界上最穷的50个国家中有38个是石油净进口国，其中25个国家的石油全部依赖进口。这些国家的石油方面支出是国民医疗健康支出的2～6倍，油价上涨必然冲击这些国家的经济，引起食品价格上涨和社会的不稳定。

    中国发展生物燃料不仅可以缓解石油进口压力和"三农"问题，还能以自身的资金和技术优势，与亚非拉的丰富生物质资源相结合，创造一种双赢的"走出去"新模式，既帮助发展中国家(尤其是非洲)解决贫困和饥饿问题，又为我国开发"绿色"石油资源。联合国基金会高级顾问Janet Hall极力推崇中国的甜高粱秆先进固体发酵生产乙醇技术。她认为，利用耐贫瘠作物甜高粱生产乙醇是解决非洲饥饿、全球粮食安全农村发展、气候变化等问题的有效手段。英国CAMS公司正与清华大学洽谈购买该项技术在坦桑尼亚建设甜高粱乙醇厂和生物质电厂。

    世界能源正处在历史的十字路口。中国需要向发达国家学习和跟踪，更要凭借自身优势，敢于创新与超越。