生物燃料产业的发展方向

　　【导语】近年来，生物燃料的开发掀起了高潮。以玉米、小麦等粮食为原料的第一代生物燃料，以非粮作物乙醇、纤维素乙醇和生物柴油等为代表第二代生物燃料相继出现，但鉴于世界严峻的粮食形势，第二代生物燃料遵循不“与粮争地”，不“与人争食”的路线，逐渐主导未来生物能源产业的发展方向。

图片说明：生物燃料的制作过程

　　发展生物燃料须顾及粮食安全

　　近年来，生物燃料开发掀起了一股热潮，2008年世界乙醇燃料产量已经超过650亿升，其中美国和巴西产量所占比例超过了95%。去年生物柴油产量接近150亿升，其中约60%来自欧盟国家。但2008年的一场粮食危机引发了对生物燃料开发影响粮食安全的关注，人们开始争论未来是否应该用大量粮食去“喂养”汽车。

　　近日，记者从欧佩克国际发展基金会了解到，由该机构与奥地利国际应用系统分析研究所(IIASA)合作开展的《生物燃油和粮食安全研究报告》终于完成。这份跨学科、跨领域的研究报告从国家、地区和国际三个层面对未来20年至30年生物燃料发展与世界粮食安全的关系作出了评估，认为在迅速推广第二代生物燃料(主要以非粮食作物为生产原料)存在技术困难的情况下，目前各国支持发展第一代生物燃料(主要以粮食作物为生产原料)的生产和消费政策必须重新考量，特别是许多发展中国家鼓励发展第一代生物燃料的政策已经威胁到了未来粮食安全，并且抑制了发展中国家的农业产业升级和增值。

　　报告根据经合组织国家和许多发展中国家公布的生物燃料发展目标预测，到2020年，发达国家生物燃料占运输燃料总量的平均比重将从目前的1.5%提升到8%，发展中国家将从目前的不到1.5%提升到6%。到2030年，生物燃料占发达国家和发展中国家运输燃料总量的比重将分别达到12%和8%。如果第二代生物燃料逐步推广，2020年其使用比例在发达国家可以达到4%，2030年将达到18%。而第二代生物燃料在发展中国家普遍发挥作用要等到2020年以后，到2030年有望达到4%。如果转化技术取得突破，推广速度加快，那么2020年和2030年，第二代生物燃料使用比例在发达国家有望分别达到33%和51%，在发展中国家分别达到3%和19%。

　　研究表明，国际市场农产品价格与第一代生物燃料占全球运输燃料比重的大小密切相关。如果比重达到4%，国际市场谷物价格指数就可能上涨20%，如果比重达到7%，谷物价格指数就可能上涨40%。特别是玉米作为美国生产生物燃料的主要原料，也是许多发展中国家的主要粮食作物，一旦价格上涨将严重威胁这些国家的粮食安全。这就要求发达国家在制定和修改生物燃料发展政策时，不能单纯从国家利益考虑，而要严格考虑相关政策对全球粮食价格造成的影响，尤其要考虑到发展中国家长期的粮食安全，否则发达国家要实现生物燃料在运输燃料中比重达到8%的目标，就可能导致发展中国家的营养不良人口比例超过15%。

　　如果目前以第一代生物燃料为主的开发计划不作出调整，那么要实现生物燃料发展目标，所需粮食原料66%将通过增长粮食产量，24%通过减少饲料用粮消费，10%通过减少食用粮食消费来实现。报告预计到2030年，开发生物燃料将使全球谷物需求额外增加2.6亿吨，如果第二代生物燃料加速推广，2030年，全球谷物需求将额外增加1.5亿吨，但增长主要来自发达国家。同时，发达国家可以通过减少饲料用谷物实现生物燃料发展目标，而发展中国家要想实现生物燃料发展目标则必须减少食用粮食才能达到，有些地区的粮食消费可能被迫减少75%。

　　另一方面，通过使用生物燃料减少温室气体排放并不能一蹴而就，而是需要长期积累才能实现。如果考虑到在生物燃料生产、转化、运输和使用阶段产生的温室气体排放量，通过生物燃料取代化石燃料达到温室气体净减排的效果需要较长时间积累才能实现。研究表明，如果衡量与生物燃料相关的温室气体排放，通过推广生物燃料实现温室气体的净减排需要30年—50年的积累才能实现。预计在2020年—2030年之间，生物燃料直接和间接产生的温室气体排放量仍然要大于使用生物燃料减少的温室气体排放量。

　　与此同时，如果继续推广第一代生物燃料还将导致可耕种土地供需紧张、森林面积进一步消失，并威胁生物多元化。由于第一代生物燃料需要占用大量可耕种土地面积，如果实现生物燃料发展目标，2020年发展中国家需要额外增加2200万公顷可耕种土地，发达国家也要额外增加1300万公顷可耕种土地。同时，在2000年—2020年和2000年—2030年间，生物燃油所需原料种植面积的扩大将分别导致2000万和2400万公顷的森林面积消失。而大规模的生物燃料发展计划将改变地区土地使用状况、物种结构和土壤环境，不利于生物多元化发展。

　　目前在发展第一代生物燃油原料的国家中，巴西是惟一考虑在最近几年内完全用乙醇作为汽车燃料的国家。利用得天独厚的自然和气候条件，以牧场和草场区域发展可持续的甘蔗原料生产，巴西成功地从环境和经济角度展示了第一代生物燃油发展的吸引力。但研究报告认为，巴西的例子比较特殊，很难向其他发展中国家推广。目前除巴西生物燃料成本可以与汽油竞争外，其他国家生物燃料的成本都还比较高，这也是目前生物燃料推广的一大难题。

　　第二代生物燃料异军突起

　　日趋严峻的世界粮食形势让以玉米、小麦等粮食作物作为生产原料的第一代生物能源渐失优势，遵循不“与粮争地”，不“与人争食”路线的第二代生物燃料，正成为未来生物能源产业发展的方向。

　　第二代生物燃料优势多

　　中国科学技术发展战略研究院研究员赵刚介绍说，第二代生物燃料以非粮作物乙醇、纤维素乙醇和生物柴油等为代表，原料主要使用非粮作物，秸秆、枯草、甘蔗渣、稻壳、木屑等废弃物，以及主要用来生产生物柴油的动物脂肪、藻类等。由此可见，第二代生物燃料与第一代最重要的区别之一，就在于是否以粮食作物为原料。

　　此外，在环境友好方面，第二代生物燃料的表现也远较第一代出色。据美国能源部研究，更注重生态效应的第二代生物燃料有望减少最高达96%的温室气体排放;而第一代以玉米为原料的燃料乙醇，平均仅可以减少约20%的温室气体排放。而且，第二代生物燃料，尤其是纤维素乙醇的取材范围相当广泛，秸秆、枯草等农业废弃物均可入料。对农业废料的循环利用保证了生物能源的可持续发展，解决了第一代生物燃料生产过程中耗费更多能源和使用更多化学物质的问题，同时也降低了对人类健康的潜在威胁。

　　世界各国加大投入

　　目前，许多国家都加大了对发展第二代生物燃料的重视程度和投入力度。美国2007年底通过的《能源独立和安全法》规定，2008年美国使用的可再生燃料应为90亿加仑(1加仑约合3.785升)，到2022年将达到360亿加仑，其中必须有210亿加仑为第二代生物燃料。美国总统奥巴马上个月在白宫接受记者采访时指出：“我一直支持生物能源，因为这是实现我们能源独立的重要因素。我也说过发展下一代生物燃料的重要性。我们必须在发展纤维素生物质乙醇方面做得更好。”

　　加拿大在去年投入近5亿美元用于发展第二代生物燃料。德国将第二代生物燃料定为未来能源发展战略重点之一，在其研发、生产和商业应用方面已逐渐形成体系。大众、戴姆勒—克莱斯勒等汽车制造商正在与一些欧洲公司合作开发取自稻草或秸秆的第二代生物燃料。日本航空公司前不久首次用亚麻荠等植物提炼的第二代生物燃料成功进行了示范飞行……

　　在第二代生物燃料的科研和技术应用领域走在世界前列的北欧，各国政府在推广这一代生物燃料方面可谓煞费苦心。瑞典政府规定，凡购买第二代生物燃料轿车的人，可获得政府每辆车1万瑞典克朗(约合1200美元)的补贴，甚至有些城市还对这类汽车免收停车费。

　　非洲国家悄然起步

　　在非洲，一些国家的石油严重依赖进口，石油资源丰富的国家又缺乏相应的化工体系。因此，为了降低对化石燃料进口的依赖、提高闲置耕地的利用率并创造更多的就业机会，不少国家在发展第二代生物燃料方面已悄然起步。

　　肯尼亚在环保组织“绿色非洲基金会”的帮助下，2007年底之前已经在1563万平方米的土地上种植了200万棵麻风树。这种树又被称为“生物柴油树”，经改性后的麻风树油可适用于各种柴油发动机，并达到欧Ⅱ排放标准。在马里，有700个社区已经在使用麻风树生产的生物燃料来满足能源需求。莫桑比克能源部今年呼吁用干椰子肉和麻风树生产生物燃料，政府还成立了专门工作组来制定选用土地的标准。斯威士兰、赞比亚和津巴布韦等国家也正在进行类似的尝试。

　　中国可能大规模推广

　　全球纤维素资源十分丰富。以中国为例，中国的作物秸秆年产量可达6亿—7亿吨。全球最大的工业酶制剂生产企业丹麦诺维信公司中国区总裁柯铭因此表达了他对中国市场的乐观。他说，中国收集农作物废料的人力成本具有巨大竞争力，且发展以秸秆为原料的第二代生物燃料还有利于农民的增收和农村经济的发展。他认为：“中国很可能在全球范围内率先实现第二代生物燃料的大规模生产和推广。”他说，诺维信公司前不久刚刚与中国有关公司签署了在中国市场开发第二代燃料乙醇的技术合作框架协议。

　　创造更多绿色工作岗位

　　欧盟委员会能源和运输署政策研究员保罗·霍德森指出，许多国家发展生物燃料都是出于经济方面的考虑，希望扩大农业生产，创造更多的“绿色工作岗位”，增加农民收入，为农业开辟新的发展途径。

　　作为世界上最大的使用非粮作物生产乙醇的国家，巴西近年来大量利用甘蔗渣发电，产生了很好的效果。巴西能源调查公司新近公布的一项调查结果表明，用甘蔗渣生产的电量已占巴西全国发电总量的4%。目前，巴西和哥伦比亚的研究机构已从棕榈油中提炼出第二代生物柴油。利用蓖麻子、松子、葵花子、鳄梨等生产生物柴油的技术也处于研制之中。

　　工业化尚需时日

　　对于第二代生物能源的发展前景以及大规模生产的成本等问题，赵刚持乐观态度。他认为，在各国政府大力支持下，第二代生物能源通过技术突破来降低成本、进而实现规模化和产业化生产是完全有可能的。去年11月，巴西政府在圣保罗举办了有90个国家和24个国际组织参加的“国际生物燃料大会”。大会预计，以纤维素乙醇为代表的第二代生物燃料将在2015年后实现工业化生产。

　　不过，世界最大石油天然气集团之一道达尔集团的炼油与销售部农业开发主管雅克·布隆迪却认为，第二代生物能源的一些关键工艺涉及一系列复杂过程和技术，需要很大的投资和大量的原材料，要实现工业化生产还需经历一个漫长的过程。他说，第二代生物燃料的实际生产成本还是一个重要的未知数。另外，在生物质燃料的经济可行性研究方面，原料收集也是一个受关注的问题。生物质原料极其分散，采集成本、运输成本和生产成本都可能成为制约燃料乙醇业发展的瓶颈。

　　因此，从粮食安全角度出发，目前广为应用的第一代生物燃料并不具备可持续发展能力，第二代生物燃料应该作为发展重点。第二代生物燃料不仅原料来源更加丰富，而且成本较低，有利于提高生物燃料的价格竞争和促进温室气体减排。但目前第二代生物燃料的转换技术还不能适应大规模工业生产，同时原料作物的生产和土地使用管理也有待进一步优化。