發展生物燃料的挑戰與選擇

本刊特約記者 董俊

石油是一種不可再生能源，長遠來看必然需要有新的能源對其進行替代。與歐美國家相比，中國的石油形勢要嚴峻得多。而生物燃料作為一種把農業和工業有機結合在一起的新興產業，對于發展農業、改善農村經濟、解決能源問題具有積極意義。

能源與人類文明的發展息息相關。如今，能源危機和氣候變化的雙重挑戰正在迫使能源需求結構發生改變。

預計未來20年中，全球的石油和天然氣進口量持續穩步增長，中國、印度和東盟都會成為能源進口增長迅速的國家。與此同時，氣候變化帶來的壓力也日益嚴峻。預計在未來20年，如果沒有新的政策對碳排放量加以控制，全球的二氧化碳排放量將增加40%。

為了尋找化石燃料的可替代能源，生物燃料成為學、政、商三界最為關注的發展方向之一。然而，生物燃料是否能完全替代化石燃料，還面臨著巨大的挑戰和考驗。

發展緣由

生物能源產業最早出現在二戰時期的美國，其初衷并非為了解決能源問題，而是為了消化過剩的糧食。由于第一次世界大戰后出現了糧食過剩和價格暴跌的情況，在二戰結束前，美國政府就鼓勵用谷物制造乙醇汽油，用作汽車燃料。

中國生物燃料的開發也有著相類似的緣由，也是從以糧食為原料發展燃料乙醇開始的。

1995～2000年間，中國糧食的連續豐收讓廣大農民“望糧興嘆”，賣糧難成了時任國家總理的朱镕基以及中國幾億農民的心頭之痛。在1998年前后，包括中央和省級儲備糧在內的糧食庫存超過3000億公斤。糧食長期儲藏后變成陳化糧，只能用作工業原料，但由于當時轉化渠道狹窄，陳化糧的消化十分棘手。

糧食的高產無市讓中國開始思考如何在糧食與能源之間尋求契合點。2000年8月國家經貿委布置開展研究乙醇汽油的任務。2001年，由國家發改委牽頭組織的研究小組奔赴美國和巴西，但由于巴西使用的原料是甘蔗，于是以玉米為原料的美國更直接地影響了中國最早期的燃料乙醇發展方案。

研究小組調研回國后，高層決定對乙醇汽油實行“先試點，后推廣”。為了消化陳化糧，試點地區被圈定為糧食的幾大主產區，河南、安徽、黑龍江、吉林、遼寧等地被推向了試點第一線，隨后湖北、山東、河北、江蘇四省的27個地市也被納入其中。各試點地區紛紛上報示范性企業，經國務院討論審批，吉林燃料乙醇公司、河南天冠燃料乙醇公司、安徽豐原生化股份公司以及黑龍江肇東華潤酒精公司四家企業被敲定。這四家企業都以糧食為轉化原料，除河南天冠公司使用一部分小麥外，其余都用玉米作為原料。由此，我國的生物能源產業正式起步。

但隨著連續幾年乙醇汽油推廣試點范圍的擴大，陳化糧早已消化殆盡，乙醇原料的來源開始轉向新糧，繼而以新糧為主。終于，以玉米為原料的燃料乙醇項目引發了一系列連鎖反應。其中最明顯的便是，糧食價格直線上揚。“與人爭糧，與糧爭地”的矛盾被逐漸放大。

2006年12月，國家發改委下發了《關于加強生物燃料乙醇項目建設管理、促進產業健康發展的通知》和《關于暫停玉米加工項目的緊急通知》。2007年6月7日，國務院召開可再生能源會議，玉米變乙醇項目被正式叫停，今后只能“在不得占用耕地、不得消耗糧食、不得破壞生態環境”的原則下堅持發展非糧燃料乙醇。

是非之辯

中國糧價直線上揚的同時，國際糧價也在2007～2008年經歷了一輪大幅上漲，人們開始普遍認為，生物能源產業的迅速擴張是糧價上漲的一個重要成因，并紛紛要求對該產業進行限制。由此，用糧食生產生物燃料是否會加劇世界性饑荒成為各國關注的焦點。

經合組織的官員曾發出警告：“如果乙醇占全球燃料消費的10%，那么就意味著美國、加拿大、歐盟和巴西30%的糧食、油料作物和甘蔗等糖類作物都會被用于乙醇生產。”

委內瑞拉總統查韋斯針對世界的乙醇熱說，大量使用乙醇燃料是以“餓死窮人”的代價去“喂飽汽車”。美國方面的部分專家也指出，乙醇汽油熱將造成世界8億輛機動車車主與20億貧困人口大規模的爭搶糧食，機動車車主想讓汽車動起來，而窮人僅僅想吃飽飯活下來。

2009年，由歐佩克國際發展基金會與奧地利國際應用系統分析研究所(IIASA)合作開展的《生物燃油和糧食安全研究報告》終于完成。這份報告從國家、地區和國際三個層面對未來20～30年生物燃料發展與世界糧食安全的關系作出了評估，認為以糧食作物為生產原料的生物燃料的生產和消費政策必須重新考量，特別是許多發展中國家鼓勵發展第一代生物燃料的政策已經威脅到了未來糧食安全，并且抑制了發展中國家的農業產業升級和增值。

隨著“與民爭糧”的爭議聲漸起，諸如燃料乙醇消耗的資源比其所能提供的或許還要更多，減排不力，破壞生態等質疑也隨之出現。

除此之外，認為生物燃料污染比石化燃料大的聲音也見諸報端。英國一家咨詢公司DfT曾被英國交通部授權進行了名為“E4tech”的研究項目，調查《規范》中的生物燃料使用計劃對森林及其他未開發土地的全面影響。報告稱，一些常用來生產生物燃料的植物種類未能達到歐盟可持續發展的最低標準。根據歐盟的標準，每升生物燃料應該比石化燃料至少減排35%的溫室氣體。但是研究卻顯示，將棕櫚油用作生物燃料時反而會增加31%的溫室氣體排放，這一結果將森林或牧場被轉變為種植園時產生的溫室氣體計算在內。除了棕櫚油，油菜籽油和豆油這些生物燃料量也未能達到歐盟最低標準。

那么，發展生物燃料究竟是不是應該受到指責的行為，又或者是一道矛盾的難題？

“第一代”到“第二代”的更迭

對于發展中國家或水土資源相對緊張的國家而言，用傳統的糧食作物如玉米、大豆或經濟作物如甘蔗等生產生物能源產品，勢必加劇食物和耕地緊張狀況。即便是美國等糧食與水土資源相對充裕的國家，傳統的生物能源開發與生產方式也正在受到挑戰，因而發達國家不斷進行生物能源研發的戰略調整，積極倡導纖維素乙醇的研發來代替傳統的用玉米作為原料的生物乙醇生產。鑒于生物能源開發中存在的原料等問題，尤其是對發展中國家及世界糧食安全的影響，目前生物燃料的開發，已從第一代技術即主要從傳統能源植物中獲取能源的技術轉向從整個植物生物量中獲取能源的第二代技術。

對此，中糧集團總裁助理、生化能源事業部總經理岳國君認為，燃料乙醇的發展有三個階段：第一階段是以玉米、小麥為原料，發展燃料乙醇的初始階段。這是一個過渡期，可以為纖維素乙醇打下基礎；第二階段已經是非糧燃料乙醇階段，以薯類、甜高粱等為原料；第三階段是以秸稈等農業廢棄物為主要原料的纖維素燃料乙醇，這是燃料乙醇未來的發展方向。

纖維素乙醇被譽為第二代生物燃料，與主要以糧食為原料的第一代生物燃料相比。纖維素乙醇的原材料主要是秸稈、木屑乃至城市垃圾等通常未被充分利用的材料。由于其擁有取材廉價及廣泛、環境友好性很高等優點，因此備受青睞，世界上許多國家都制定了相關計劃，大力發展纖維素乙醇。根據丹麥諾維信公司的預測，到2030年，生物燃料占全球能源的比重將達到9.3%。

目前，世界各國在大力推動纖維素乙醇的發展。美國總統奧巴馬于2010年2月初呼吁，美國應該加快生物燃料的開發，以構建美國清潔能源經濟基礎，創造新型產業及就業崗位，減少美國對他國的能源依賴。按照計劃，2022年美國生物燃料年產量要達到360億美國加侖（1美國加侖約為3.785升）。巨大的商機驅使全球知名的生物化工企業都在開發先進的、低成本的技術，用于生產纖維素乙醇。一些處于領先地位的生物技術公司已經在其示范工廠開始生產纖維素乙醇。

雖然纖維素乙醇優點多多，但與很多新技術一樣，生產成本成為決定其能否實現商業化生產的關鍵。纖維素燃料乙醇的建廠成本比玉米乙醇廠要高出1.5～10倍，目前還不具備大規模商業化的技術條件。同時，在纖維素乙醇的生產過程中，有一個關鍵要素——酶制劑的價格成為一直以來制約纖維素乙醇商業化的最大瓶頸之一。酶制劑是一類從動物、植物和微生物中提取的具有催化能力的蛋白質，在諸多行業具有廣泛應用。在生物燃料生產中，酶制劑不可或缺。主要用它來降解生物質中的纖維素并經預處理成為糖類，然后發酵成為乙醇，再添加到汽油中成為乙醇汽油。優良的酶制劑不僅能夠催化有關反應的發生，而且可以大幅提高轉化效率，有效降低生產成本。未來纖維素乙醇發展的難點就在于技術的突破，其技術進步的核心是如何降低成本。

中國作為一個農業大國，發展纖維素乙醇產業具有廣闊的前景。根據測算，目前中國每年的農作物廢棄物數量超過6億噸，其中至少有一半可以用于纖維素乙醇的生產。如果有關技術能夠得到進一步開發和普及，將農作物廢料變廢為寶，不僅有助于調整能源結構、減少能源進口依賴，還能夠實現溫室氣體的有效減排，并能增加大量的就業機會，增加農民收入。

戰略意義

石油是一種不可再生能源，長遠來看必然需要有新的能源對其進行替代。據《BP世界能源統計2006》的數據，目前全球石油儲量僅可供開采40年。因此對很多國家來說，發展生物能源產業成了一項長期的戰略任務。

正是在這種背景下，各國紛紛出臺了扶持生物能源產業發展的政策，除了對業內企業提供補貼外，一些國家還出臺了強制性的能源替代法令。例如，美國在2005年頒布了《可再生燃料標準》，要求燃料商提高生物燃料的混合使用量，到2012年燃料混合將達到280億升；法國規劃了生物燃料到2015年占燃料比例達10%的目標；巴西更是早在1975年就頒布了《國家乙醇燃料計劃》，要求提高乙醇在混合汽油中的比例。正是在這些政策的扶持下，生物能源產業才得以蹣跚起步。

中國也出臺了一系列的生物能源產業扶持政策。2006年1月《可再生能源法》正式實施；2006年，政府發布了《關于發展生物能源和生物化工財稅扶持政策的實施意見》，同時還出臺一些具體的財稅扶持政策；2007年9月，國家發改委制訂了《可再生能源中長期發展規劃》，計劃在未來15年內投資約1.5萬億元用于發展可再生能源，到2020年發展燃料乙醇至1500萬噸、生物柴油500萬噸。

近幾年，國外發達國家更是加緊了在生物能源領域的研究和投入。中國科學院院士、中國工程院院士石元春介紹說：“美國、加拿大、巴西等國家正在緊鑼密鼓地開展研發工作，對生物能源的投入不斷加碼。”

據《2010美國能源展望》，到2035年美國可用生物燃料滿足液體燃料總體需求量增長，乙醇占石油消費量的17%，使美國對進口原油的依賴在未來25年內下降至45%。2008～2035年美國非水電可再生能源資源將占發電量增長的41%，其中生物發電占非水電可再生能源發電比重達49.3%。

據了解，2009年美國對先進生物燃料研發投入資金超過20億美元。2010年1月13日，美國能源部部長朱棣文宣布將再投資8000萬美元支持先進生物燃料及加油系統設施改造。

此外，近幾年巴西生物能源也發展迅速。2009年度巴西乙醇產量為1980萬噸，替代了國內56%的汽油，減排二氧化碳4233萬噸，提供169萬個工作崗位，已有1000多萬輛靈活燃料汽車(FFVs)，汽車銷售中的90%以上是這類汽車。

與歐美國家相比，中國的石油形勢要嚴峻得多。而生物燃料作為一種把農業和工業有機結合在一起的新興產業，對于發展農業、改善農村經濟、解決能源問題具有積極意義。石元春認為，發展生物能源對增加我國農民收入、破解“三農” 問題、提高能源自給率及實現減排目標都具有極為重要的戰略意義。

就當前中國發展生物能源的現狀來看，石元春表示，以玉米等為原料的燃料乙醇在我國肯定行不通，纖維素乙醇等先進生物燃料短期內不可能較大規模生產。目前，發展以甜高粱、薯類、菊芋等為原料的1.5代非糧乙醇可以迅速提高這些“非主流”作物的單產和擴大利用鹽堿地、沙地、海涂等低質土地，增加農民收入。

目前，清華大學開發的甜高粱稈先進固體發酵(ASSF)生產乙醇技術處于國際領先水平。2009年年底，清華大學李十中教授在內蒙古巴彥淖爾市五原縣建設的甜高粱稈發酵罐從5立方米放大到127立方米，進行重復試驗，取得了成功。

石元春說：“我們應該關注土生土長的好東西，甜高粱稈生產燃料乙醇技術對中國更有現實意義。我國有3億多萬畝土地可以用來種植甜高粱等非糧能源作物。甜高粱與甘蔗不一樣，它對水肥和溫度的要求低得多，從大慶到海南都能種植。技術上也是國際一流的，工業化生產沒有問題。澳大利亞也在大力發展甜高粱乙醇，稱甜高粱為‘超級能源作物’。”

聯合國基金會高級顧問JanetHall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。