互动科普

石元春：虽然目前石油价格有所下降，但随着全球石油储量越来越少，未来的石油价格肯定会越来越高，寻求可再生清洁能源、实现能源的多元化已刻不容缓。生物燃料其实是一个很宽泛的概念，燃料乙醇、生物柴油、固体成型燃料等都属于这个范围，其中一些技术和设备相对成熟，投资少，见效快，宜于分散生产和农村中小规模生产，比如固体成型燃料。

林伯强：大规模发展第二代生物燃料，面临的困难还是比较大。就拿秸秆来说吧，秸秆是向农民收购的，当没有生产纤维素生物燃料时，秸秆是农业废弃物，可以轻易获取，但是一旦开始生产，农民就会向你要钱了，原料的价格很可能会随之上涨。生物燃料的监管也很困难：我国规定，用固体生物燃料发电的生物燃料电厂使用生物燃料比率须大于80%，而煤的比率必须小于20%，但掺杂更多煤炭可以获利更多，这样一来许多电厂就会掺杂40%或更多的煤。因此国家在审批的过程中必须非常谨慎，不然就会变成小煤电。

全世界都在研究生物燃料，因为从长期来看，化石燃料会日渐短缺，只要有合适的资源，就得发展可再生能源，单纯依靠某一种替代能源是不行的。实际上，许多其他可再生能源也需要国家补贴，例如风电。当然，随着技术的改进，可再生能源的价格还都有下降空间。中国需要发展生物燃料，但单纯依靠生物燃料来替代化石燃料是不行的。生物燃料在小国家和资源丰富的大国家可能很管用，但是在中国这样资源不太丰富的大国，更可能是一种好的补充能源。

在哪里种植生物燃料作物 

皮门特尔：

美国每年会生产6亿吨草料，用于喂养1亿头牛、7亿只羊、4亿匹马以及大量野生动物，比如鹿、麋鹿等。据美国农业部称，这已严重超过美国草原的承受力，因此根本没有多余的草料可用于生产生物燃料乙醇。我推测，在中国可能也存在类似情况吧。

林伯强：

我认为土地问题是发展生物燃料最大的瓶颈。尽管第二代生物燃料的原则是不与粮争地，但实际操作起来却有困难：因为作为生物燃料的植物种植起来比其他作物简单，只要这些植物能够卖上好价钱，农民想要在土地上种植什么东西其实很难监管。这就需要有力的地方性监督和合适的经济措施。

石元春：绝大多数能源作物是纤维素植物，生物能源不都是柴油。原料主要来源有二，有机废弃物和边际性土地上种植的能源作物，贡献约各占一半。前者不需要额外土地，我国每年产生各类作物秸秆6.5亿多吨，除去秸秆还田、养畜饲料和其他竞争性用途，尚有1.7亿吨秸秆未得到有效处理和利用。边际性土地包括非粮低产农田及可垦荒草地，这些土地种不了粮食。有人说分散的原料不容易收集，其实烟、茶、酒和造纸等加工业用的都是农产品原料，这些产品的原料收集已经相当简单，那么生物燃料为什么不能克服原料收集问题呢？

 李十中：中国本身有很多可以用作生物燃料的资源，比如秸秆，很多是被烧掉了。按现有生产水平，大约6～7吨秸秆可以生产出1吨燃料乙醇，今后技术进步，产率还可以提高10%左右。新疆、内蒙古的草原荒漠等种植的防风固沙的草本植物和灌木等也是生物燃料的很好原料。实际上，新疆、内蒙一些偏远干旱地区的发电厂常常将这些植物直接烧掉，但是燃烧是一种最原始的生物燃料利用方式，能效很低，这些植物可以加工成纤维素乙醇，直接为当地生产生活提供能源。还有石院士提到的边际性土地也可以种植一些很不错的能源作物，比如甜高粱，它对土地肥力，气候等要求都比较低，对旱、涝、盐碱的抗性都很高，从东北到海南都可以生长。甜高粱和普通高粱一样，高粱籽是粮食，但甜高粱植株高度可达4～5米，一般亩产茎秆5,000公斤左右，含糖量高，所以加工起来也比较容易，是非常理想的生物燃料原料。

 生物燃料真的清洁吗

蒂尔曼：你提到的这篇论文恰好是我的研究团队发表的。在巴西，人们开垦草地，种植甘蔗，再用甘蔗去生产乙醇。我们经过仔细调查和分析后发现，这些生物乙醇要抵消在种植、生产过程中产生的二氧化碳，至少要等17年。而用生长在热带泥炭地上的棕榈生产生物燃料棕榈油，要抵消棕榈油整个生产过程中释放的二氧化碳，甚至需要长达数百年的时间。从这些数据中，我们不难得出结论：至少在二氧化碳减排方面，生产生物燃料是得不偿失的。

雅各布森：为生产生物燃料而改变土地使用方式，的确会导致二氧化碳排放量增多。

最新数据显示，与玉米乙醇相比，生产第二代生物燃料，比如纤维素乙醇，可能需要更多的土地。其他一些技术，仅需要1/30～1/150的土地就能达到同样的效果：与纤维素乙醇相比，生产驱动一辆风能电池动力车的风能，需要的土地面积仅为纤维素乙醇的1/30～1/60，而太阳能需要的土地面积就更少——1/150～1/300。而且，生产风能和太阳能可以减少95%的二氧化碳排放量和其他大气污染物；而生产纤维素乙醇，如果考虑土地使用面积、使用方式的改变，二氧化碳和其他污染物的排放可能仅是略微降低甚至有所升高。

皮门特尔：我也认为，如果把森林和草原都转变为生物燃料，很可能会造成环境大灾难。

美国农业每年都要生产9亿吨生物质，其中400吨将用作食物，500吨成为农业残留物。但这些残留物不能被收集用于生物燃料的生产，因为这会使土壤侵蚀的程度加剧100倍，破坏农业生产根本。

在美国，森林每年能出产5亿吨木料，其中两亿吨可用于制作木具或其他用途，剩余3亿吨或许可以用来生产生物乙醇，但如果不能赢利或减少二氧化碳排放量，也许就得不偿失。

在很多人看来，第二代生物能源——纤维素生物质在环境友好性方面明显优于第一代生物燃料玉米乙醇，但事实是否如此呢？与玉米乙醇相比，每生产1个单位的纤维素生物质，就需要种植、采集、处理两倍的纤维素原料，而在这一过程中，还需要投入大量的土地、灌溉用水与化石能源。

在生产纤维素乙醇时，原料必须要经过强酸处理，以从木质素中去除碳水化合物。经过酸处理的原料还要接受碱处理，目的是中止酸化过程。被水浸泡之后，木质素会被水稀释，不能直接用作燃料。除非人们把木质素与水分分开，但这个过程需要投入大量能源。从总体上来说，生产纤维素生物质并不能赢利。

李十中：采用干发酵法来处理纤维素，就能够避开上述过程，生产过程中的排放其实也与技术有很大关系。

对生物燃料在种植、收集、制造和运输的全部过程中所消耗的能量，一般采取“生命周期评价法”进行计算，这是一种用于评估产品从原材料的获取、产品的生产直至产品使用后的处置，对环境影响的技术和方法。美国阿贡国家实验室进行了20多年的不同能源全生命周期能效对比的研究，结论是：每投入一个化石能源能量单位，电力、汽油、煤炭、玉米乙醇的产能分别是0.45、0.81、0.98、1.36；天津大学对玉米乙醇的生命周期评价研究结果是能量投入产出比为1∶1.34；农业部规划设计院能源研究所利用其与意大利都灵大学合作开发的“非粮原料模型”计算了甜高粱生产乙醇的能量投入产出比为1∶1.76。也就是说，汽油等非可再生能源的开采与使用实际上是一个恶性循环。玉米和甜高粱乙醇等生物燃料的能效确实高于化石燃料，能够减少二氧化碳排放。

现在，纤维素生物燃料生命周期能效水平还不是非常理想。但采用不同原料，不同处理方法，纤维素生物燃料整个生命周期的排放是不一样的，我们就是要找到最佳的原料和处理方法。美国规定常规生物燃料必须较化石燃料减排温室气体20%才能投入生产，欧盟也规定只有减排温室气体35%的生物燃料才能得到补贴。在我国，国家能源局也正在制订生物燃料的可持续标准。

石元春：发展生物燃料还可基本解决秸秆露天焚烧、畜禽粪便和塑料地膜等污染问题，将这些计算进去，其实也减少了二氧化碳排放。我国政府在今年6月初通过的《可再生能源中长期发展规划》中也强调，发展可再生能源不得破坏生态环境。要做到不破坏生态环境，就需要在扩大生物燃料的原料生产规模的同时，严格把关开发的界限，所要开发的土地应为边际性土地，有的是低产田；土地开发利用要与生态建设相结合。只要把关严格，生物燃料肯定能够减少二氧化碳排放量，只是减排多少的问题。