生物能源和化石能源的博弈

□本刊記者 李鑫軼 雷蕾

同日益增長的能源需求相比，化石能源似乎已近風燭殘年，新能源尤其是生物能源的開發利用，近年來一直都是專家學者討論的熱點。

化石能源似乎已近遲暮之年。自新世紀伊始，人們就開始越來越多地關注未來能源的發展方式。

然而，2011年的日本福島核電站之殤讓不少人談核色變，我國光伏產業也遭遇了有史以來“最寒冷的冬天”。核能、光伏能等新能源在2011年的集體受挫，讓人不禁重新審視一個問題：未來能源的發展之路何在？生物能源，似乎成了最具潛力的候選者。

□中國國際清潔能源博覽會上的生物燃料吸引了人們的眼球。胡慶明 攝

生物能源或將帶來能源“新生”

20 世紀70年代以來，原油和天然氣價格高企激發了人們對生物燃料的濃厚興趣。玉米、大豆、高粱等傳統糧食作物不僅僅是飯桌上的主角，還變身為能源領域的新貴。數十年間，生物燃料已從小市場發展成數十億美元的主流產業。

中國科學院農業政策研究中心副研究員仇煥廣告訴記者，國際公認的生物燃料發展步驟分為三個階段。

第一代生物燃料，糧食是主要原材料。如油菜子、紅花、蓋菜、椰子以及牛肉、豬肉或家禽的脂肪，甚至可以用飯店回收的油脂為原料制成生物柴油。生物乙醇也可以通過植物中的糖發酵得到。在美國，普遍以玉米作為原料，在巴西，則是以甘蔗作為原料，木薯作為生物乙醇原料的情形也比較普遍。在美國和巴西，從這些作物中生產生物乙醇已經實現了商業化。

第二代生物燃料不再需要用糧食制造，轉而采用不可食用的纖維素，比如用麥稈、玉米稈生產酒精。

仇煥廣表示，現在已經有人在生產第二代生物燃料，但是問題在于用來分解纖維素的酶成本太高。用不可食用的纖維素生產酒精也需要先把它們變成糖類。在生物界，反芻動物通過在瘤胃中的多種微生物的幫助，把草稈慢慢地變成糖類。科學家們已經發現了10 種可以完成這個過程的酶，而在今年又發現了15 種新的酶，并且在用轉基因的方法培養一種“超級酵母菌”來完成這個任務。

第三代生物燃料主要包括從海藻中提取油脂。種植海藻不需要占用土地和淡水資源。美國能源部估計，如果要全部用海藻燃料代替化石燃料，需3.8 萬平方千米的海面。布朗葡萄藻和小球藻比較容易種植，但它們的油脂很難提煉。仇煥廣說，作為第三代生物燃料項目，從海藻中提煉生物燃料的研究正處于實驗室階段，中國也在研究，但距離實現商業化階段還比較遠。

從世界范圍看，未來生物燃料還將繼續擴張。美國已經制定目標，要在2022年一年生產約1 億噸生物燃料，包括生物柴油和生物乙醇。按照計劃，其中一半應當是第二代生物燃料，采用不可消化的纖維素來制造乙醇。美國已經有了一個日程表，要發展第二代生物燃料，但由于成本太高，商業化生產纖維素乙醇目前還存在困難。“如果第二代的成本還是降不下來，那么到時候也只能靠多生產第一代生物燃料來代替。”仇煥廣說。

生物與化石，誰主沉浮

“假設這個世界上并沒有石油存在，那人類恐怕也得將其創造出來。”因為到目前為止，還沒有一種能源像石油這樣如此“物美價廉”。克里斯汀·本一語中的，化石能源因其易于大規模開發和使用的特點具有不言而喻的優勢。以石油為例，作為完全燃燒燃料，其有著更高的效率，而且用石油替代木材能有效地保護樹木不被大量砍伐。

當然，化石能源的缺點也一樣明顯。在2011年11月召開的中美化工年會上，中國工程院副院長謝克昌指出，化石能源是造成環境變化與污染的關鍵因素。大量的化石能源消費，引起溫室氣體排放，使大氣中溫室氣體濃度增加、溫室效應增強，導致全球氣候變暖。化石能源，特別是煤炭的使用帶來大量的二氧化硫和煙塵排放，也是造成大氣污染的主要來源。

2009年年中，世界上第一架燒“果子油”的巨型客機在轟鳴聲中沖上云霄，這似乎也成了生物能源騰飛的一個暗喻。新西蘭航空公司的飛行試驗證明，在12 小時的典型飛行時間中，全部使用麻風果燃料排放的二氧化碳，比化石燃料排放量減少大約60%。而另一項研究表明，在汽油里加入10%的生物乙醇，汽車尾氣排放一氧化碳減少10%以上，碳氫化合物減少15%左右。生物能源已經能夠部分替代石油的應用，這對于長期苦于溫室氣體排放導致全球氣候變暖的發達國家來說，無疑具有強烈吸引力。

生物能源的“阿喀琉斯之踵”

然而，生物能源依然有著不可回避的“阿喀琉斯之踵”——“與人爭糧，與糧爭地”的問題。

作為目前應用最廣泛的兩種生物燃料，生物柴油和乙醇燃料盡管比化石燃料更加優越，但不可能滿足社會的能源需求。美國艾奧瓦州立大學化學生物工程學院教授布倫特·尚克斯說，即使美國種植的所有玉米和大豆都用于生產生物能源，也只能分別滿足全社會汽油需求的12%和柴油需求的6%。而玉米和大豆首先要滿足糧食、飼料和其他經濟需求，不可能都用來生產生物燃料。

他說，農業是一個高度耗水的行業，每年農業消耗掉的水資源高達70%，而這一切都只是為了節省不可再生能源——石油或煤炭的使用，卻沒考慮到生物能源在生產過程與運輸過程中消費掉的水資源、電能、石油等也是巨大的。

聯合國糧農組織的專家在2008年1月23日警告，世界急于開發和使用生物燃料，正造成玉米和其他糧食作物價格上漲，可能造成水源短缺的狀況進一步惡化，并可能導致貧困人群失去他們賴以生存的土地。同年3月，聯合國食物權特別報告員齊格勒說，考慮不周，匆忙上馬用玉米和蔗糖轉產生物燃料的做法將會導致災難。他說，目前這種把可耕地轉產生物燃料的做法是反人類的。