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(huì)對(duì)地球及環(huán)境帶來(lái)益處？聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)（United Nations Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC）在上個(gè)月末發(fā)布了兩份報(bào)告，分別來(lái)自第一工作組（WGI）和第三工作組（WGIII）。兩份報(bào)告對(duì)生物燃料的簡(jiǎn)短討論均引發(fā)了激烈爭(zhēng)論，辯論生物燃料就究竟有沒(méi)有給環(huán)境保護(hù)帶來(lái)好處。  新報(bào)告中的摘要還指出，“增加生物能源作物的種植，還會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性的穩(wěn)定帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)”（WGIII）。
PCC自己的說(shuō)法頗為謹(jǐn)慎，表示“生物燃料在燃料生命周期中會(huì)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(huì)因?yàn)樵斐赏恋厥褂酶淖兊惹闆r，從而產(chǎn)生間接排放，這可能造成生物燃料產(chǎn)生的溫室氣體排放比使用石油產(chǎn)品所造成的排放更多。對(duì)生物燃料的政策支持需要按情況逐個(gè)斟酌?！保〒?jù)IPCC 2014, 第8章） 該報(bào)羅列了發(fā)展生物燃料所帶來(lái)的許多潛在的負(fù)面風(fēng)險(xiǎn)，例如生物燃料跟糧食作物和其他活動(dòng)爭(zhēng)奪土地、導(dǎo)致水源枯竭、生物多樣性降低和過(guò)度使用化肥所帶來(lái)的土地氮污染（據(jù)《科學(xué)美國(guó)人》）。 國(guó)際可持續(xù)發(fā)展研究所（International Institute for Sustainable Development，IISD）的說(shuō)法就沒(méi)有那么客氣了。該機(jī)構(gòu)表示，以乙醇等生物燃料替代石油燃料，所帶來(lái)的二氧化碳排放減少和環(huán)境益處，基本上可以忽略不計(jì)（據(jù)IISD）。研究所表示，通過(guò)實(shí)行更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)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(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)（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(guò)60個(gè)國(guó)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(zhēng)奪成了一個(gè)道德問(wèn)題。如樂(lè)施會(huì)（Oxfam）和美國(guó)環(huán)境工作組（Environmental Working Group）等團(tuán)體則因?yàn)橥聘呤称穬r(jià)格，不成比例地影響窮人，從而反對(duì)生物燃料。 最重要的是，新的IPCC報(bào)告為該機(jī)構(gòu)挽回了顏面。IPCC 2007年的報(bào)告受到了一些環(huán)保主義者的廣泛批評(píng)，因?yàn)閳?bào)告為大規(guī)模生物燃料生產(chǎn)大開(kāi)綠燈，造成環(huán)境和食品供應(yīng)問(wèn)題。 大眾對(duì)生物燃料的討論，在過(guò)去幾年已經(jīng)轉(zhuǎn)移了主要討論點(diǎn)。去年12月，來(lái)自加州的民主黨籍參議員范士丹（Feinstein）和來(lái)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(xiàng)法案，要求取消聯(lián)邦可再生燃料標(biāo)準(zhǔn)（據(jù)《石油與天然氣雜志》[Oil&Gas Journal]）中對(duì)使用玉米乙醇的承諾，取消要求在未來(lái)十年中逐漸加大汽油中混入乙醇比例的規(guī)定。這項(xiàng)提案遭到了農(nóng)業(yè)州的強(qiáng)烈反對(duì)，但得到了石油業(yè)的大力支持。然而，現(xiàn)在的稅收抵免和進(jìn)口關(guān)稅已過(guò)期，乙醇如今已經(jīng)在沒(méi)有任何資助的情況下，在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)中競(jìng)爭(zhēng)。該行業(yè)是否能經(jīng)受住競(jìng)爭(zhēng)，還需要時(shí)日觀察。 那么，今日美國(guó)對(duì)玉米乙醇的利用程度究竟有多高？ 在2000年，美國(guó)90%的玉米產(chǎn)量都是提供給人畜食用的，而在大量不發(fā)達(dá)國(guó)家中，只有不到5%的玉米產(chǎn)量被用于制造乙醇。但在2013年，全球40％的玉米產(chǎn)量被用于生產(chǎn)乙醇，45％被用來(lái)喂養(yǎng)牲畜，而只有15％用于食品和飲料制造（據(jù)AgMRC）。 而在今年，美國(guó)全國(guó)將使用超過(guò)1,300億加侖的汽油以及超過(guò)500億加侖的柴油。平均來(lái)說(shuō)，1蒲式耳的玉米可以用來(lái)生產(chǎn)接近3加侖的乙醇。哪怕美國(guó)目前所生產(chǎn)的所有玉米都被轉(zhuǎn)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(huì)破壞食品供應(yīng)和牲畜飼料來(lái)源。由于美國(guó)的玉米產(chǎn)量占全球40%，這樣做還會(huì)對(duì)西半球許多貧窮的經(jīng)濟(jì)體造成沖擊。全球所有玉米進(jìn)口量中七成來(lái)自美國(guó)。只要實(shí)施每加侖40英里的強(qiáng)制性汽車燃油效率標(biāo)準(zhǔn)就會(huì)迅速帶來(lái)好得多的效果，并且不會(huì)為其他經(jīng)濟(jì)和行業(yè)帶來(lái)間接傷害。 在2014年，美國(guó)將使用近50億蒲式耳的玉米，制造超過(guò)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(gè)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(lái)制造生物燃料。5億人，這是西半球除美國(guó)以外的全部人口。 由于美國(guó)乙醇制造需求暴漲，玉米的全球價(jià)格在2007年翻了一番。因?yàn)橛衩资亲畛Ｒ?jiàn)的動(dòng)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(jià)格也應(yīng)聲上漲。世界糧食儲(chǔ)備減少到30多年來(lái)的最低水平，無(wú)法保障全球人類兩個(gè)月的需求。 增加的乙醇產(chǎn)量還帶來(lái)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(xué)品增加、過(guò)度抽取下蓄水層（例如為美國(guó)中西部各州供水的奧加拉拉蓄水層），森林樹(shù)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(xiàn)。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(duì)土壤流失、化學(xué)徑流和其他問(wèn)題的邊界保護(hù)性植被。我們花了40年時(shí)間，才在美國(guó)國(guó)內(nèi)清除了邊緣耕作。如今，乙醇的出現(xiàn)使得這種做法迅即死灰復(fù)燃。 甘蔗等大部分燃料作物，都有著和玉米相同的問(wèn)題。巴西的石油曾經(jīng)嚴(yán)重依賴進(jìn)口，但由于其屬于熱帶氣候，農(nóng)作物產(chǎn)量可以達(dá)到較高水平。因此，在上世紀(jì)90年代，政府制定了全球最大的乙醇燃油計(jì)劃。該計(jì)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(chǎn)生物燃料，巴西每年砍伐將近一百萬(wàn)英畝的熱帶雨林，并且，相當(dāng)一部分的燃料最終都是被運(yùn)往遙遠(yuǎn)的歐洲市場(chǎng)。因此，使用生物燃料對(duì)環(huán)境帶來(lái)的凈效應(yīng)甚至比使用石油燃料還要嚴(yán)重，碳排放量相比之下要高出50%（據(jù)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(duì)全球環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的影響考慮在內(nèi)。 那么，為什么美國(guó)國(guó)內(nèi)如此大力推行玉米乙醇？主要是因?yàn)橹恍柙诂F(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施上加以簡(jiǎn)單改造，就可以用于產(chǎn)出玉米乙醇。而政策最初所提供的激勵(lì)措施，例如稅收減免、補(bǔ)貼和進(jìn)口關(guān)稅，更是鼓勵(lì)了行業(yè)發(fā)展。玉米產(chǎn)業(yè)可以很快地提供玉米乙醇的生產(chǎn)，運(yùn)輸和發(fā)酵所需設(shè)施和技術(shù)，不像其他種植物需要更多投資。 我們應(yīng)該知道，人類最初從生物質(zhì)轉(zhuǎn)換為化石燃料的原因就是因?yàn)樯锶剂系侥芰康霓D(zhuǎn)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?yàn)榭萍及l(fā)展還沒(méi)有解決這些問(wèn)題。 除了玉米，我們還能用什么生產(chǎn)生物燃料？
![和柳枝一樣，狼尾草（上圖為阿拉巴馬州生長(zhǎng)的狼尾草）是一種比玉米更環(huán)保的乙醇來(lái)源，具有更高的能量密度。來(lái)源：美國(guó)國(guó)家再生能源實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)的狼尾草）是一種比玉米更環(huán)保的乙醇來(lái)源，具有更高的能量密度。來(lái)源：美國(guó)國(guó)家再生能源實(shí)驗(yàn)室，沃倫·格里茲[Warren Gretz]（圖中為大衛(wèi)·布萊斯比[David Bransby]）。
最常見(jiàn)的醇——乙醇，已經(jīng)被人類利用了幾千年的時(shí)間。人類通過(guò)微生物轉(zhuǎn)化，將糖等生物原料，通過(guò)發(fā)酵轉(zhuǎn)化為乙醇。該方法首先使用可發(fā)酵的糖溶液，通過(guò)微生物將其發(fā)酵為乙醇。隨后，通過(guò)蒸餾純化過(guò)程而將其中的乙醇分離出來(lái)。 發(fā)酵要使用微生物，通常是酵母菌。酵母菌在數(shù)十億年前就已演化形成。當(dāng)時(shí)地球大氣層之前還沒(méi)有氧。酵母攝入糖類，并在過(guò)程中產(chǎn)生乙醇，二氧化碳和其他副產(chǎn)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?yàn)樘呛偷矸垡补┤祟愂秤茫鞘称防w維素材料才是用于乙醇生產(chǎn)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(diào)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(jiàn)，而大部分時(shí)間被認(rèn)為是廢料。纖維素材料是由木質(zhì)素、半纖維素和纖維素組成的。木質(zhì)素為植物提供支撐結(jié)構(gòu)，并將纖維素和半纖維素分子包含在內(nèi)，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(jiàn)的）和纖維素材料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，用從微生物產(chǎn)生的酶來(lái)分解纖維素材料，也可以將原料加熱至氣態(tài)，并投入化學(xué)催化劑催化反應(yīng)（也就是所謂熱化學(xué)）。每個(gè)途徑下都有不同的具體方法，而一些途徑還可以在制造過(guò)程中結(jié)合起來(lái)，不過(guò)，人們正試圖將所有的途徑商業(yè)化。不過(guò)，和玉米相比，這些制作工藝的成本降不下來(lái)，每加侖價(jià)格一直保持在玉米乙醇價(jià)格的兩倍左右。不過(guò)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(dāng)高效地發(fā)酵為微生物。 難怪我們一頭扎進(jìn)了玉米堆里！ 另一個(gè)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(guò)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(dòng)機(jī)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(chǎn)生的有毒排放物和顆粒更少。生物柴油對(duì)引擎造成的損耗也更小，增加其潤(rùn)滑性和效率。相對(duì)于石油柴油，生物柴油的二氧化碳排放要少大概60%。 魯?shù)婪颉さ胰麪枺≧udolf Diesel）最初開(kāi)發(fā)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)就是以花生油和大豆油等食物油運(yùn)轉(zhuǎn)的。而且，其他動(dòng)物脂肪油或其他天然油都可以在這個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)上使用。然而，在大概一百年前，社會(huì)對(duì)天然油的需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了供給，只有儲(chǔ)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(guò)程都相對(duì)簡(jiǎn)單，關(guān)鍵是要找到能夠獲取生物油的良好來(lái)源，如快餐店，或藻類。資料來(lái)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(chǎn)藻類并不需要農(nóng)業(yè)用地，使用的也是海水。而其產(chǎn)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(chǎn)近5,000加侖生物柴油。藻類并不和糧食作物爭(zhēng)搶耕地或水源。藻類每年可以產(chǎn)出超過(guò)600億加侖的生物柴油，完全可取代美國(guó)使用的所有石油柴油。 然而，所有的藻類生產(chǎn)基地如今都將他們的產(chǎn)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(rùn)。 我想，生物燃料就和其他燃料一樣，天底下確實(shí)沒(méi)有免費(fèi)的午餐。
譯 Liam 校 丁盈幸 |
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