發展生物燃料的經濟福利分析

　　摘要：化石能源價格上漲對世界經濟造成了嚴重影響，為減少對進口化石能源的依賴，世界各國加快了生物燃料的開發和生產。文章介紹了生物燃料發展的背景和全球生產、消費生物燃料的情況，用福利經濟學分析方法分析生物燃料生產對各相關利益人的影響，并對生物燃料的發展提出相關建議。
　　關鍵詞：生物燃料；化石燃料；經濟福利
　　生物燃料包括乙醇燃料和生物柴油是生物質能源的重要組成部分。生物質能源是可再生能源的一種，是利用各種油脂、玉米、小麥、薯類、甘蔗、木材、廢棄物、植物纖維等為原料，經過一系列加工處理過程而生產的能源。目前第一代生物燃料技術規模化、產業化生產的生物燃料是乙醇燃料和生物柴油。
　　一、發展生物質能源的背景
　　（一）石油、煤炭等化石燃料價格大幅上漲
　　20世紀70年代和80年代初，石油輸出國組織的成員兩次決定共同減少石油產量、提高世界石油價格以增加其收入。這兩次限產導致石油價格兩次大幅上漲在一定程度上導致了二戰后的世界經濟兩次陷入危機。之后各國開始關注能源安全問題，通過在本國尋找油礦、并購國外油礦或生產生物燃料等方法減少對國外能源的依賴。在全球金融危機期間，油價出現了短時間的大幅下跌，但很快就回升到了較高的水平。煤炭價格同樣也呈現出不斷上漲的趨勢。對于石油等傳統能源的依賴嚴重制約了世界經濟的發展。新能源普遍被認為是改變現有能源格局，減少對傳統化石燃料（石油、煤、天然氣）的過度依賴的希望，而生物能源由于原料來源廣泛、產品形式多樣、減少環境污染等優勢被一些國家寄予極大的希望。
　　（二）交通運輸量持續增加
　　隨著經濟發展，各國國內、國際貿易量快速增長，帶來了貨物在海運、陸運和空運等多種運輸方式下運量的持續增加。另外，隨著收入增加，人們對家用轎車的需求不斷增加，家用轎車成為各國新的消費增長點，帶動經濟的增長。汽油、柴油和液化天然氣作為主要的交通運輸燃料，由于需求剛性，價格也在不斷上升，人們迫切希望找到可以替代的燃料，生物燃料應運而生。
　　（三）二氧化碳排放量持續增加，地球表面溫度不斷升高
　　隨著能源需求的不斷增長，能源消耗給人類帶來了嚴重的環境污染。占一次能源90%的化石燃料的燃用排放了大量的二氧化碳，全世界因燃用化石燃料帶來的二氧化碳排放量1980年為185億立方噸，1990年為217億，2000年為240億，到了2006年則增加到292億立方噸。大量排放的二氧化碳造成的大氣溫室效應使地球的表面溫度升高，全球氣候變暖，嚴重阻礙著人類社會的可持續發展。目前雖然國際社會關于生物燃料對環境的影響仍存在爭論，但在20世紀80年代，人們普遍認為生物燃料作為車用燃料，可以大大減少尾氣中二氧化碳含量，對降低溫室效應極為有利。
　　（四）農產品供給過剩，為美國生產生物能源提供了可能
　　由于美國土地資源豐富，農業生產機械化程度高，加上一系列的農業支持政策，主要農產品的供給量大大超過國內需求量。為了減輕政府財政壓力，美國希望歐盟、日本、中國、韓國等國開放農產品市場，以解決其農產品過剩問題，但這些國家出于對本國農業的保護，不愿意更多地開放本國市場。農產品一度成為最為敏感的商品長期游離在GATT談判內容之外。當時農產品過剩成為農產品危機的主要問題。發展生物燃料，對美國來說既可解決農產品過剩問題，又可減輕對化石能源的依賴，可謂一舉兩得。
　　二、全球生物燃料的生產和消費情況
　　從美國能源信息部提供的數據看，2010年，美國、巴西、德國、中國和法國生物燃料的產量分列世界前五位。2003-2010年，全球生物燃料的生產以23.4%的年均增長率快速增長。
　　美國生產乙醇燃料的原料主要是玉米，根據美國能源信息部數據，從1990年到2010年，美國乙醇燃料生產年均增長率為8.1%，從2001后，乙醇燃料的年均增長率達到26.7%，2010年的產量已經是2001年產量的3.7倍。這與國際市場原油價格上漲極為相關。另外，美國生物柴油的生產始于2001年，主要原料是各種廢棄的動植物油和大豆，從2004年起產量開始快速增加，年均增長率高達122.3%，2010年的產量是2004年產量的24.4倍。
　　生物燃料主要作為傳統車輛用燃料即汽油、柴油的替代品。從美國2010年數據看，傳統燃料及汽油、柴油占車輛用燃料的97.38%，可供替代的燃料僅占2.62%，但含有乙醇的混和燃料和生物柴油占可供替代的燃料的83.3%。巴西以蔗糖為原料生產乙醇燃料，目前已能滿足國內約40%的汽車能源需求。
　　三、發展生物燃料對不同群體的福利影響
　　（一）生物燃料的生產促使農產品價格上升，增加農民收入
　　隨著全球生物燃料產量的增加，對用于生產生物燃料的原料（也被稱作能源作物），如玉米、大豆、油菜等農產品的需求增加，在供給一定的情況下，這些產品價格會上漲，種植能源作物的生產者的利潤也會相應地增加。以玉米市場為例，國際市場對玉米需求增加，需求曲線向右移動，由于受到土地等因素的影響，玉米供給的增加幅度小于需求的增加幅度（現假設供給不變），玉米價格上漲。
　　由圖1玉米市場供求變化可以看出，玉米生產者剩余原來為e，發展生物燃料后，價格由P1上升到P2，生產者剩余為c+d+e，增加了c+d，生產者剩余的增加實質上也就是利潤的增加。種植能源作物利潤增加會刺激農民增加這些農作物的種植面積而減少對其他作物的種植，其他作物因供給減少價格也會上漲，最終大部分農產品價格都會上漲。價格的上漲增加了農民收入，提高了農業效益。
　　（二）農作物價格波動加大，各國農民生產經營風險加劇
　　值得注意的是生物燃料的生產與原油價格有極強的聯動性。當原油價格上漲時，生物燃料生產會增加，對能源作物需求的增加會導致其價格上漲，而且其他農產品價格隨之上漲；而當原油價格持續下跌時，生產生物燃料的利潤減少，生物燃料產量減少，對能源作物的需求減少，導致能源作物價格下跌，且其他農產品價格也會隨之下跌。可見，原油價格較強的波動性，會帶來農產品價格的頻繁波動，加劇各國農民的生產經營風險。受石油價格急劇下跌的影響，2009年以來，世界農產品市場出現了玉米、大豆、菜籽等農產品過剩、價格下跌現象。
　　（三）生物燃料生產給低收入者生活帶來巨大壓力
　　由圖1可見，發展生物燃料導致糧食價格上漲，消費者剩余由b+c減少為b，減少了c，糧食消費者的經濟福利下降。糧價上漲，特別是生產飼料的原料玉米、大豆價格的上漲，導致飼料的生產成本增加，飼料價格上漲，最終傳導到豬肉、牛肉、雞蛋等畜產品價格的上漲。由圖2可見，畜產品生產成本提高導致供給減少，供給曲線向左移動，畜產品價格上漲。消費者剩余由原來的a+b+c+d減少為a，減少了b+c+d。畜產品價格的上漲降低了畜產品消費者的福利。
　　由表1可見，從2000年以來，食品、谷物、食用油、肉類和糖的價格在不斷上漲，2008年出現暴漲，2009年雖有所回落，但各項指數仍在高位運行。農副產品價格的上漲使所有家庭的福利都減少了，特別給低收入家庭帶來的壓力是巨大的。由于他們的食品支出占總收入的比例很大，價格的上漲會迫使他們不得不減少食品消費，生活水平受到較大影響。高漲的糧價使各國低收入者面臨饑餓威脅，糧食安全再一次成為全球關注的問題。
　　
　　（四）生物燃料生產提高了能源消費者的福利水平
　　生物燃料的生產使車用燃料供給增加，供給曲線向右移動，在需求不變的情況下，能源價格由P1下降到P2，消費者剩余由a增加為a+b+c+d，增加了b+c+d部分。車用燃料價格下降有利于交通運輸業成本的下降，從家用轎車的角度看，家用轎車的消費者享受了發展生物燃料帶來的福利（見圖3）。
　　
　　
　　
　　由以上分析可看出，對于美國、歐盟等發達國家來說，生物燃料的發展使每個家庭食品支出增加，而交通成本下降。對中國、印度等發展中國家來說，目前家用轎車的消費主體是中高收入家庭，發展生物燃料很大程度上造福了中高收入人群，擁有土地的農民也會從農產品價格上漲中獲益，但城市低收入者的生活水平會下降。而對于世界上的貧窮國家來說，生物燃料的發展將使他們的糧食安全受到持久威脅。
　　四、發展生物燃料的相關建議
　　（一）加快第二代生物燃料技術的開發和應用
　　第二代生物燃料技術與第一代最重要的區別之一，就在于是否以糧食作物為原料。第二代生物燃料以非糧作物乙醇、纖維素乙醇和生物柴油等為代表，原料主要使用非糧作物如秸稈、枯草、甘蔗渣、稻殼、木屑、動物脂肪、藻類等廢棄物等。目前美國已經開始著手研究利用本國生長的柳枝稷生產生物燃料。第二代技術可以解決第一代生物燃料生產對農業生產造成的負面影響和耗費更多能源和使用更多化學物質的問題。
　　（二）通過認證生物燃料原料來源，有控制并可持續地進行生物燃料的生產
　　由于世界耕地的有限性，為了增加生物燃料原料的種植，除利用現有耕地外，有些國家還增加了對山地、坡地、草原等的開發利用，甚至不惜砍伐森林。改變土地用途來生產基于農作物的生物燃料會導致比燃燒化石燃料更多的溫室氣體（GHG）排放。糧農組織的一個調查研究表明，把森林改為種玉米的話會增加碳排放17倍。因此在第二代技術規模化、產業化生產前，為了避免改變土地用途，可以對生產生物燃料的原料來源進行認證，不使用通過改變土地用途而生產的能源作物，有控制地進行生物燃料生產。
　　（三）對生物燃料消費者適當征稅，補貼低收入者
　　發展生物燃料提高了開車人的福利而損害了低收入者的福利，加劇社會貧富差距。因此，政府應對生物燃料的生產和消費征稅，并對低收入者給予補貼，以緩解因食品價格上漲給他們造成的福利損失。而且稅收收入可以用于支持第二代生物燃料的開發。
　　由此可見，第一代生物燃料的生產會給世界糧食安全帶來損害，而且會對生態環境造成威脅。嚴格控制土地利用變化，在有控制和可持續的條件下擴大生物燃料生產，加快發展第二代生物燃料才是未來的發展方向。
　　參考文獻：
　　1、方行明.生物質能源與農村產業革命[J].中國農