2014年04月29日James Conca
夠了，我們能不能不要再佯稱以玉米制造的生物燃料會對地球及環(huán)境帶來益處？聯合國政府間氣候變化專門委員會（United Nations Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC）在上個月末發(fā)布了兩份報告，分別來自第一工作組（WGI）和第三工作組（WGIII）。兩份報告對生物燃料的簡短討論均引發(fā)了激烈爭論，辯論生物燃料就究竟有沒有給環(huán)境保護帶來好處。  新報告中的摘要還指出，“增加生物能源作物的種植，還會對生態(tài)系統和生物多樣性的穩(wěn)定帶來風險”（WGIII）。
PCC自己的說法頗為謹慎，表示“生物燃料在燃料生命周期中會造成直接的溫室氣體排放。排放程度比汽油或柴油造成的排放要低30%-90%。然而，由于一些生物燃料還會因為造成土地使用改變等情況，從而產生間接排放，這可能造成生物燃料產生的溫室氣體排放比使用石油產品所造成的排放更多。對生物燃料的政策支持需要按情況逐個斟酌?！保〒蘒PCC 2014, 第8章） 該報羅列了發(fā)展生物燃料所帶來的許多潛在的負面風險，例如生物燃料跟糧食作物和其他活動爭奪土地、導致水源枯竭、生物多樣性降低和過度使用化肥所帶來的土地氮污染（據《科學美國人》）。 國際可持續(xù)發(fā)展研究所（International Institute for Sustainable Development，IISD）的說法就沒有那么客氣了。該機構表示，以乙醇等生物燃料替代石油燃料，所帶來的二氧化碳排放減少和環(huán)境益處，基本上可以忽略不計（據IISD）。研究所表示，通過實行更嚴格的標準來大量減少汽車尾氣排放，并將所有汽車和輕型卡車的汽車燃油經濟性標準（CAFE）提高至至少一加侖油40公里，如同日本幾年前做的一樣，這樣效率將提高近百倍，并且成本大大減少。 如今有超過60個國家承諾發(fā)展生物燃料，使得乙醇和糧食作物之間的土地爭奪成了一個道德問題。如樂施會（Oxfam）和美國環(huán)境工作組（Environmental Working Group）等團體則因為推高食品價格，不成比例地影響窮人，從而反對生物燃料。 最重要的是，新的IPCC報告為該機構挽回了顏面。IPCC 2007年的報告受到了一些環(huán)保主義者的廣泛批評，因為報告為大規(guī)模生物燃料生產大開綠燈，造成環(huán)境和食品供應問題。 大眾對生物燃料的討論，在過去幾年已經轉移了主要討論點。去年12月，來自加州的民主黨籍參議員范士丹（Feinstein）和來自俄克拉荷馬州的共和黨籍參議員科伯恩（Coburn）共同提出了一項法案，要求取消聯邦可再生燃料標準（據《石油與天然氣雜志》[Oil&Gas Journal]）中對使用玉米乙醇的承諾，取消要求在未來十年中逐漸加大汽油中混入乙醇比例的規(guī)定。這項提案遭到了農業(yè)州的強烈反對，但得到了石油業(yè)的大力支持。然而，現在的稅收抵免和進口關稅已過期，乙醇如今已經在沒有任何資助的情況下，在市場經濟中競爭。該行業(yè)是否能經受住競爭，還需要時日觀察。 那么，今日美國對玉米乙醇的利用程度究竟有多高？ 在2000年，美國90%的玉米產量都是提供給人畜食用的，而在大量不發(fā)達國家中，只有不到5%的玉米產量被用于制造乙醇。但在2013年，全球40％的玉米產量被用于生產乙醇，45％被用來喂養(yǎng)牲畜，而只有15％用于食品和飲料制造（據AgMRC）。 而在今年，美國全國將使用超過1,300億加侖的汽油以及超過500億加侖的柴油。平均來說，1蒲式耳的玉米可以用來生產接近3加侖的乙醇。哪怕美國目前所生產的所有玉米都被轉化為乙醇，它也只能取代1,300億加侖汽油中的25%。 并且，用所有玉米制造乙醇會破壞食品供應和牲畜飼料來源。由于美國的玉米產量占全球40%，這樣做還會對西半球許多貧窮的經濟體造成沖擊。全球所有玉米進口量中七成來自美國。只要實施每加侖40英里的強制性汽車燃油效率標準就會迅速帶來好得多的效果，并且不會為其他經濟和行業(yè)帶來間接傷害。 在2014年，美國將使用近50億蒲式耳的玉米，制造超過130億加侖的乙醇燃料。制造加滿25加侖的油箱所需的糧食，可以給一個人提供一年所需。因而，130億加侖的乙醇的就意味著，2000年養(yǎng)活5億人的玉米被用來制造生物燃料。5億人，這是西半球除美國以外的全部人口。 由于美國乙醇制造需求暴漲，玉米的全球價格在2007年翻了一番。因為玉米是最常見的動物飼料，并在食品工業(yè)有著眾多用途，牛奶、干酪、蛋、肉、玉米甜味劑和麥片價格也應聲上漲。世界糧食儲備減少到30多年來的最低水平，無法保障全球人類兩個月的需求。 增加的乙醇產量還帶來了其他意想不到的后果，包括土地租金大幅上漲、用于制造化肥的天然氣和化學品增加、過度抽取下蓄水層（例如為美國中西部各州供水的奧加拉拉蓄水層），森林樹木被成片砍伐用以種植燃料作物，邊緣耕作等破壞性做法再次出現。邊緣耕作指的是整片土地不留空隙，全部種植作物。這種做法移除了任何針對土壤流失、化學徑流和其他問題的邊界保護性植被。我們花了40年時間，才在美國國內清除了邊緣耕作。如今，乙醇的出現使得這種做法迅即死灰復燃。 甘蔗等大部分燃料作物，都有著和玉米相同的問題。巴西的石油曾經嚴重依賴進口，但由于其屬于熱帶氣候，農作物產量可以達到較高水平。因此，在上世紀90年代，政府制定了全球最大的乙醇燃油計劃。該計劃用甘蔗和大豆作為乙醇的原料。 不幸的是，為了利用作物生產生物燃料，巴西每年砍伐將近一百萬英畝的熱帶雨林，并且，相當一部分的燃料最終都是被運往遙遠的歐洲市場。因此，使用生物燃料對環(huán)境帶來的凈效應甚至比使用石油燃料還要嚴重，碳排放量相比之下要高出50%（據Eric Holt-Giménez, The Politics of Food）。這些意想不到的后果正是為什么能源政策和行業(yè)發(fā)展必須從整體入手，將行業(yè)對全球環(huán)境和經濟的影響考慮在內。 那么，為什么美國國內如此大力推行玉米乙醇？主要是因為只需在現有的基礎設施上加以簡單改造，就可以用于產出玉米乙醇。而政策最初所提供的激勵措施，例如稅收減免、補貼和進口關稅，更是鼓勵了行業(yè)發(fā)展。玉米產業(yè)可以很快地提供玉米乙醇的生產，運輸和發(fā)酵所需設施和技術，不像其他種植物需要更多投資。 我們應該知道，人類最初從生物質轉換為化石燃料的原因就是因為生物燃料到能量的轉化效率低下，而且制造生物原料的能源和空間成本也很高。到目前為止，大面積使用這些燃料的好處依然難以觀察，因為科技發(fā)展還沒有解決這些問題。 除了玉米，我們還能用什么生產生物燃料？
![和柳枝一樣，狼尾草（上圖為阿拉巴馬州生長的狼尾草）是一種比玉米更環(huán)保的乙醇來源，具有更高的能量密度。來源：美國國家再生能源實驗室，沃倫·格里茲[Warren Gretz]（圖中為大衛(wèi)·布萊斯比[David Bransby]）。](http://image72.360doc.com/DownloadImg/2014/04/2922/41186437_2.jpg) 和柳枝一樣，狼尾草（上圖為阿拉巴馬州生長的狼尾草）是一種比玉米更環(huán)保的乙醇來源，具有更高的能量密度。來源：美國國家再生能源實驗室，沃倫·格里茲[Warren Gretz]（圖中為大衛(wèi)·布萊斯比[David Bransby]）。
最常見的醇——乙醇，已經被人類利用了幾千年的時間。人類通過微生物轉化，將糖等生物原料，通過發(fā)酵轉化為乙醇。該方法首先使用可發(fā)酵的糖溶液，通過微生物將其發(fā)酵為乙醇。隨后，通過蒸餾純化過程而將其中的乙醇分離出來。 發(fā)酵要使用微生物，通常是酵母菌。酵母菌在數十億年前就已演化形成。當時地球大氣層之前還沒有氧。酵母攝入糖類，并在過程中產生乙醇，二氧化碳和其他副產物。 （糖）C6H12O6→2 CH3CH2OH +2 CO2（乙醇+二氧化碳） 微生物通常使用己糖和它們的前體，葡萄糖和蔗糖。但是，因為糖和淀粉也供人類食用，非食品纖維素材料才是用于乙醇生產的更好替代品，例如紙、紙板、木材和其他植物纖維材料。研究已廣泛調查了柳枝和狼尾草的作用，顯示兩者是生物燃料原料的最佳替代品。 纖維素材料在很多地方都很常見，而大部分時間被認為是廢料。纖維素材料是由木質素、半纖維素和纖維素組成的。木質素為植物提供支撐結構，并將纖維素和半纖維素分子包含在內，使其更難以加工為燃料。 因此，要利用纖維素材料制造乙醇，則需要使用和玉米乙醇不同的方法。既可以用酸（硫酸是最常見的）和纖維素材料進行化學反應，用從微生物產生的酶來分解纖維素材料，也可以將原料加熱至氣態(tài)，并投入化學催化劑催化反應（也就是所謂熱化學）。每個途徑下都有不同的具體方法，而一些途徑還可以在制造過程中結合起來，不過，人們正試圖將所有的途徑商業(yè)化。不過，和玉米相比，這些制作工藝的成本降不下來，每加侖價格一直保持在玉米乙醇價格的兩倍左右。不過在最近，基因工程修改的一些特殊微生物可以將這些材料相當高效地發(fā)酵為微生物。 難怪我們一頭扎進了玉米堆里！ 另一個較少討論的生物燃料制造策略，則是用生物柴油替代基于石油的柴油。通過將幾乎任何油類和甲醇、乙醇等醇類混合，均可以制成生物柴油。 所有柴油發(fā)動機不需任何改造，即可以使用生物柴油。比起石油柴油，生物柴油產生的有毒排放物和顆粒更少。生物柴油對引擎造成的損耗也更小，增加其潤滑性和效率。相對于石油柴油，生物柴油的二氧化碳排放要少大概60%。 魯道夫·狄塞爾（Rudolf Diesel）最初開發(fā)的柴油發(fā)動機就是以花生油和大豆油等食物油運轉的。而且，其他動物脂肪油或其他天然油都可以在這個發(fā)動機上使用。然而，在大概一百年前，社會對天然油的需求遠遠超過了供給，只有儲量豐富的石油才能滿足需求。
 使用任何油制備生物柴油的過程都相對簡單，關鍵是要找到能夠獲取生物油的良好來源，如快餐店，或藻類。資料來源：CEHMM, Carlsbad NM.
生物柴油制造所最常使用的天然油是油菜籽和蕓苔油，但從藻類中提煉出的油也有著光明前景。生產藻類并不需要農業(yè)用地，使用的也是海水。而其產出的油量是其他任何食物油的20倍或以上。一畝藻類可以生產近5,000加侖生物柴油。藻類并不和糧食作物爭搶耕地或水源。藻類每年可以產出超過600億加侖的生物柴油，完全可取代美國使用的所有石油柴油。 然而，所有的藻類生產基地如今都將他們的產品售予食品和化妝品業(yè)。相較生物柴油，它們可以獲得高得多的利潤。 我想，生物燃料就和其他燃料一樣，天底下確實沒有免費的午餐。
譯 Liam 校 丁盈幸 |
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