生物能源与粮食安全及减排温室气体效应

程　序

摘要2008年初国际粮价暴涨引发了对生物能源与粮食安全的关系。及其减排温室气体效应的普遍怀疑和批评。该文述评了国际上有关此方面有影响的研究以及学术争论，明确了在不通过开垦荒地扩种能源作物的前提下，生物能源的温室气体减排效应是肯定的。结合中国国情和实证的研究结果表明。那种认为生物能源等于乙醇和生物柴油，以及生物能源与粮食安全保障矛盾不可调和的观点值得商榷。认为：中国在相当长的时期内生物能源的最重要领域不是液体燃料，而是沼气，特别是代表发展方向的产业化沼气。同时．须摒弃“生物能源争地”的绝对观点。利用能源作物与粮食作物在耕地利用上互补的可能性．寻找到“双赢”内涵的技术途径。在讨论生物能源时。应把生物能源开发对振兴乡村中小型企业和增加农民收入列为重要目标。

关键词生物能源；粮食安全；温室气体；燃料乙醇；生物柴油

中图分类号S216文献标识码A文章编号1002-2104(2009)03-0003-05

2008年初，国际粮价一度暴涨。由此引发了对生物能源主要是玉米制乙醇和食用油料制生物柴油的众多质疑。在国内外反思生物乙醇的讨论中，一些似是而非的说法被广泛流传。实际上，不少说法源于对生物能源的片面甚至错误的看法，有的则是误解，还有的则是媒体的炒作。主要的说法有：①生物能源就是乙醇和生物柴油；而且必定会争地、争粮／油，从而威胁粮食安全；②发展生物燃料就是为了替代一部分石油；③生物燃料的环境和减排效益远小于原来所说，甚至是碳净排放；④中国发展生物能源是对发达国家的“跟风”。

1生物能源绝非仅是乙醇和生物柴油，全面看待其与粮食安全的关系

曾在媒体上广泛流传的说法——“就是把美国全部的耕地都改种玉米等，也只能满足其石油年需量的11％”，典型地反映了目前一般习惯于将生物能源直接与粮食／食油划等号的思维。

首先，美国和欧盟当前用玉米及食油制生物燃油，是市场经济规律决定的。市场经济法则——追求利润最大化是不以人们主观意志为转移的。在国际石油价格升到50美元／桶以上、汽油价一度超过1000美元／t的情况下，想要让美国农民停止用自产的、卖饲料仅能得100美元／t多一点的玉米来制取乙醇是不可能的。因为每吨乙醇只需用约3.5 t玉米，而且每吨乙醇还能得到320美元的财税补贴。况且即便如此，玉米制乙醇也还远未到失控的程度。据美国农业部门的资料，当前用于乙醇的玉米占总量的比例为25％左右；玉米的出口数量也并未有明显减少。

有文章预言，美国发展生物乙醇将用掉自产玉米的大部分。事实上，美国的有关方面就从未设想过今后主要靠玉米制燃料乙醇。在某种意义上说，用玉米制乙醇只是权宜之计。除了在2007年总统国情咨文中，寄巨大希望于“第二代生物乙醇”——由木质纤维类原料制取乙醇，要求5年内达到工业化生产规模之外，美有关部门从未有过今后要大量增加用玉米等粮食制取生物燃料的计划。相反，由美国能源部(DOE)和农业部(USDA)完成的未来30年生物能源原料的规划研究宣布，要在2030—2050年期间，使生物质能满足替代年石油消费量的30％的目标：①替代5％的燃油发电量；②替代20％的交通运输用燃油；③替代25％的石化材料工业用石油。并完全可以在不影响食物、饲料和玉米、大豆等出口的情况下，提供10亿多万吨生物质原料。其中，用于生物燃料的谷物仅为每年8700万t，仅比当前的用量多出不到1000万t。

国际上正在如火如荼研发的第三代生物燃油(含油藻类制乙／丁醇、生物柴油)，预示了生物燃料不会与农业争耕地的前景。据Seibert M.King等发表的最新研究结果表明，对第一代(玉米)乙醇而言，用相当于目前玉米种植面积的4倍的耕地，能全部取代美国的汽油。第二代(纤维类)乙醇要全部取代汽油消费量，需要稍大于目前的玉米种植面积的边际土地。至于第三代燃油，所需的废地／水面面积更是只相当于美国国土面积的约3％。

其次，谷物乙醇与粮食安全的关系真的像有些人描述的那样，是绝对势不两立，对中国来说是洪水猛兽?否。

不少不了解农业的人，以为用玉米制乙醇意味着消耗掉玉米所有的内容物。然而情况并非如此。例如，用玉米制乙醇并非将其生物质全部耗尽，所消耗的只是绝大部分淀粉和可溶性糖分。还有占籽粒重约25％的其他成分，特别是蛋白、脂肪和半纤维素等，最终以玉米蛋白饲料(Distillers Dry Grain Solubles，DDGS)的形式产出和被进一步利用。假设用1000 t玉米制生物乙醇，在获得250 t燃料的同时，还可获得近250 t的经过微生物强度活动(发酵)后产生的玉米蛋白饲料(又称干酒糟饲料)。其蛋白含量高达27％，脂肪8％，还有大量维生素和生物活性物质；用它加上适量的作物秸秆饲养草食畜，所得的肉、蛋、奶，数量几乎不会比直接用1000 t玉米作饲料产出的肉、蛋、奶少。

当前我国玉米最主要的消费对象是畜、禽和水产饲养业。2007年，用作饲料的玉米，占玉米总产量的60％。而且饲用玉米量仍在以每年400万t以上的速度增加。预计2008年将占到玉米总产量的66％。我国饲料业最短缺的就是蛋白原料，为此不得不每年进口3500万t大豆和超过100万t的鱼粉。今后蛋白饲料的缺口还将进一步扩大。

与发达国家的农民享受着高额的农业补贴完全不同，包括我国在内的发展中国家的农民长期以来饱受粮、油低价格之苦。发展生物能源客观上起到提高粮、油价格的作用，对他们来说可能并非坏事。国际农业发展基金会的高官尚塔努·马图尔2008年中曾说，与30年来食物价格一路下跌相比，我们现在高兴多了。国际社会应利用此次食物涨价的机会，在农村投资建一批好项目。“世界上大部分小农或雇农，绝大多数已开始从全球食品价格上涨中受益。如果各国政府让市场自由发挥作用，他们将受益更名，”

粮价提高必定有利于激发农民种粮积极性，最后因增产粮食而有利于国家。一些国际农业专家认为，生物能源能为发展中国家农业特别是粮食生产带来“复兴”。巴西总统卢拉在2008年G8集团峰会上，更用巴西多年来发展燃料乙醇减少了本国的贫困和饥饿的例子，有力地驳斥了在这个问题上的奇谈怪论。

2美国等发展燃料乙醇只是为了替代一部分石油?

很多人并不了解，环境保护因素在美国等发达国家迅速发展以乙醇为代表的生物能源中起着重大的作用。美国在1990年为解决国内39个地区一氧化碳(汽车尾气的主要成分)超标问题，通过了“清洁空气法修正案”。强制性要求使用含氧量提高(达2.7％)的汽油。乙醇因其燃烧性能接近汽油而含氧量较高而成为首选(添加率7.7％)。紧接着，科学家又发现，被广泛使用以提高辛烷值的添加剂MTBE(甲基叔丁基醚)会造成很重的空气和地下水污染。美国一些空气污染严重的州如加利福

尼亚州，1997年率先颁布禁止使用MTBE的法律。替代性增氧剂有乙醇和以乙醇为原料加工而成的ETBE两种(中西部若干州指定用乙醇，联邦政府也通过免除其燃油税来鼓励使用)。2001年，美参议院通过在2004年起在全国全面禁用MTBE的法案。仅作汽油添加剂一项，全美每年就需要近700万t生物乙醇。是很大的一项消费需求。

2002年2月，美国能源部和农业部联合提出《生物质技术路线图》，提出到2020年，生物燃油替代全国燃油10％；生物基产品取代化石原料制品的25％，减少相当于7000万辆汽车碳排放量；每年增加农民收入200亿美元。美国政府对开发生物能源以振兴日趋衰败的农村社区和农村经济寄予厚望。可见，其开发生物燃料／材料计划的出发点，决不仅仅是为了替代一部分石油。

至于欧盟国家，更是将生物能源的减排温室气体效应，作为发展生物柴油等生物燃料的首要目标和议事出发点。因为它们都签署了具有国际约束力的“京都议定书”。而且在即将进人“后京都时代”之际，又都相继制定了更雄心勃勃的温室气体减排规划。瑞典首相2006年5月在该国举行的一次生物能源国际会议的开幕词中，除郑重宣布瑞典将在2020年“告别石油”之外，还将生物能源的开发利用上升到事关道德的高度。

3否定生物燃料的环境和减排效益缺乏根据

一般公认，生物质能是典型的低碳燃料。就能源利用对大气环境造成的影响而言，生物质能有两大基本特点：一是燃烧时获单位能量所产生的温室气体量，只有化石能源的1／8左右；二是如从生物质能的全生命过程(Life cycle，指从植物的种植到最终被烧掉)来讲，生物质能的温室气体“投”“产”平衡，是所谓“碳中性(carbon-neutral)”的。

但近来有人在报刊上著文却宣称，原来所说的生物能源有利于减排二氧化碳的效应不但不存在，甚至是负值等等。

查阅文献发现，这类媒体文章对科学家的研究报告是断章取义，只引结论而不提结论的前提。关于“生物能源不但不能减排、反而会增排温室气体(二氧化碳)”说法的由来是，权威的学术刊物《科学》(Science)2008年2月发表了T.Searchinger等与J.Fargione，D.Tilman等的论文，介绍了测算东南亚地区在砍伐热带雨林和开垦湿地以种植能源作物后，会释放大量的碳封存量的研究结果，提出了“碳债”(Carbon debt)的概念。据此，有人片面指责印尼等国为生物柴油而大力发展油棕，进而肆意砍伐热带雨林和开垦湿地。事实上，种植能源作物绝不意味着必定要垦荒。至于某些国家为出口木材而伐林的事，早在生物能源问世前在印尼等国就一直存在。而且即便是发展棕榈油生产，大部分还是供食用而非制生物柴油。例如近年来中国年进口超过1000万t食用油，其中大部分就是棕榈油。十几年前，在国际食用油价格上涨、橡胶价格疲软的背景下，马来西亚等国都经历了大面积砍伐橡胶树林(更早年代垦荒的产物)改种油棕的过程。值得一提的是所引论文的作者之一D.Tilman，是个坚定地主张生物能源的种植和使用能显著减少碳排放的著名生态学家。此外，美国学者D.Morris根据Scarchinger等在论文中提供的数据推算得出，直到2007年，美国玉米乙醇的碳平衡仍是净排放负值；如果就第二代纤维类乙醇而言，即使其原料(柳枝稷等能源牧草)占用休耕地，减排温室气体的作用巨大。

美国《时代》周刊2008年4月27日刊登Michael Grunwald题为“清洁能源骗局(The Clean Energy Scam)”一文。称“生物燃料不是答案而是问题”。文中有意将巴西亚马逊热带雨林与Cerrado(热带富树草原，过去的几十年中已有一部分被开垦为牧场和种植大豆)混为一谈，以支持作者所谓“发展大豆生物柴油导致大量开垦亚马逊热带雨林，从而大量释放原储于土壤中的碳，以及破坏生物多样性”的结论。尽管在其文章中也引述了一位巴西专家的话，要作者别把美国发展玉米乙醇与巴西发展甘蔗乙醇相提并论；而且指出了并未对亚马逊热带雨林有什么影响。但他仍硬要把巴西开垦部分的热带富树草原与亚马逊热带雨林混为一谈，以误导那些不了解巴西农业地理的读者。事实上，文中提到的巴西大豆第一生产州——马托格罗索州的绝大部分，是位于巴西亚马逊热带雨林以南，大量分布着的是热带富树草原。况且据该州豆农协会2007年提供的资料，大豆面积不过占总面积的9.6％，根本谈不上因扩种大豆而大量垦伐热带雨林。

正如G Charles Dismukes等发表的评论所言，2008年初起，对生物能源的种种非难，是非理性并带个人情绪色彩的；是一些外行或“半瓶醋”学者在发难，而并不是严肃的科学家的意见。其后果是破坏了有关生物能源的决策。

4中国发展生物能源是对发达国家的“跟风”?

在发展生物能源上，最常见的不少人将发达国家与中国划等号。他们不了解，在出发点、发展策略、重点领域等诸多方面，中国生物能源的内涵与发达国家有很大的不同。

(1)中国的国情决定了，至少在相当长的时期内生物能源的最重要领域并不是液体燃料，而是沼气，特别是代表发展方向的产业化沼气。

我国农民的人均一次能源的消费量水平目前只及城市居民的40％左右。考虑到8亿农民的巨大基数，一旦农民收入达到“小康”、农业初步现代化以及农村工业化水平大幅提高，如果不开辟包括现代生物质能在内的新能源资源，大幅增加供应，仅从能源一项看，农民的全面小康和新农村建设都是不可能实现的。

随着农民收入的提高，生活用能开始快速增长。1990年农村能源年消费量仅为5.7亿t标准煤(tce)，2000年为6，7亿t标准煤；而到2006年已增至9.2亿t标准煤。与1990—2000年间的平均年增率1.6％相比，而近6年的平均增长率高达5.4％，其中生产用能更达5.6％。从长远看，农村能源消费将成为全国商品能源重要的需求增量。

要农民过上真正的小康、文明的生活，总不能还是千百年来那样：每天天不亮就须出去打柴，过“愁完锅里愁锅底”的日子；厨房里则烟熏火燎，一天灰头土脸。城里人喜爱天然气，清洁又方便；那么难道农民就不懂天然气的好处?

但问题是我国有没有那么多的气源来供农民?回答是绝对没有。以全国2.5亿农户计，如果都用天然气，以每户每年至少用400 m³计，一年总消耗量将是1000亿m³。而现在天然气年总产量不过600亿m³。我国天然气总探明储量也不过1.5万亿m³。就算全都让农民用也仅仅能维持15年。2007年10月国家发改委下文，紧急叫停各种天然气化工和发电，规定只必保几个特大城市的民用，以及特别重要的工业。可见气源异常紧缺。据国

家发改委能源局预测，2010年和2020年我国天然气的年缺口将分别达到500亿m³和1000亿m³。

退一步说，即使有比较充足的天然气源，把输气管道铺设到分布在900多万平方千米的几亿农户，要多少投资?消耗多少钢材?显然是绝对不可能做到的。

“产业化沼气”可能是解决此难题的一个答案。所谓产业化沼气是指通过规模化加工方式，将畜禽粪便、高浓度工业有机废水、生活污水处理后的污泥、城、乡生活垃圾、秸秆等生物质原料转化为沼气，以便集中向农民供气，或发电及并网。它不同于目前已有很大发展的农户小型沼气池。由于资源量非常可观，产业化沼气在我国有着良好的发展前景。

(2)摒弃“生物能源争地”的绝对观点，寻求扩大种植能源作物的途径。能源作物是专指非食用的、可用于生产生物质能的特定作物，如甜高粱、木薯、某些木本油料(麻风树，黄连木)等。它们最大的特点，是能适应劣(次)等土地和较严酷的气候。是我国除农业废弃物和城乡垃圾有机物之外，数量最大、发展潜力也最大的生物质原料。能源作物与我国有大量“边际性土地”资源相匹配，使生物能源的资源潜力之大令人振奋。有专家初步研究认为，至少有相当于年产6000万t石油当量的潜力(石元春，2007)。但如何正确地挖掘能源作物如木薯和甜高粱等的生产潜力，还有待于探索。

中国农业大学生物质工程中心的科技人员和甜高粱乙醇企业合作，在内蒙古莫力达瓦旗探索大面积种植甜高粱的可能性。该县地处高纬度(北纬49°)、半干旱的农牧过渡带。以往在“以粮为纲”方针指导下，对草地过度开垦，使得耕地面积尽管多达700万亩，但因生长期相当短和干旱，粮食作物单产很低，形成了只能连续多年大面积广种薄收早熟大豆的格局。但大豆是必须轮作的作物，由于缺乏与大豆轮作倒茬的理想作物，该地大豆连年重茬，引发严重的病虫害，单产和效益不断下降。而甜高粱因对生长期的要求不严格，又十分耐旱，成为非常理想的一种轮作作物。近两年，该县甜高粱试种示范面积达6～7万亩。农民种植秆、粒两用甜高粱优种，亩效益至少增加400余元；县里建起了乙醇厂和造纸厂；用酒糟发展养牛业；也为彻底解决大豆重、迎茬的“顽症”带来了希望。

在广西木薯第一大产地——武鸣县，调研发现，扩种木薯面积的可行途径之一是木薯与西瓜、蔬菜等经济作物套作。由于木薯行距很宽，前期生长量小，在光照和土壤水分方面产生的竞争及抑制作用小；反过来，由于农民往往给经济作物施较多的水、肥，从而根本改变了长期以来木薯种植方式极粗放(不施肥，不灌溉)，因而单产很低的局面。通过扩大木薯套作，该县不但实际木薯种植面积接近50万亩，而且木薯的平均单产(3.2t/亩)远高于全国平均水平(1.2t/亩)。

可见，能源作物与粮食作物在耕地的利用上并不总是矛盾的，而是具有互补的可能性。关键在于要充分发挥研究的作用，寻找到具有“双赢”内涵的技术途径。

(3)在讨论生物能源时，最常见、也是最容易走偏方向的，就是只关注生物质能到底能提供或替代多少商品能源，而把生物能产业为农业内涵的拓展、农民增收、农村企业的建立以及真正的“工业反哺农业”所提供的前所没有的机遇放在一边，想不到或者根本就不理解其重要性。事实上，包括美国在内的生物能源开发走在前列的国家，都把生物能源对振兴乡村中、小工业和增加农民收入作为非常重要的目标。

现在大家公认的是，增加农民收入和为农村仍过剩的约1.5亿劳动力找出路是最最困难的事。然而，面对通过生物能源能一举多得地改善这些难题的好事，一些人却仍在犹豫观望，令人十分费解。

由生物质资源的高度分散性及其特殊的物理特点(如体积一能量密度很低)决定，生物质产业是典型的劳动力密集的产业。据估算，生产每百万吨标准油的能源需要的工作岗位，石油业为959个，煤炭业为925个，天然气业为430个；而生物质发电业为1650个，生物质固体燃料业为3000～5000个，生物柴油业则多达29000个。建设年产1000万t燃料乙醇的生产能力，需要100—150亿元投资和近50万个劳动力，年产值在630亿元左右。同时，还对机械加工、建筑、运输、电力、商业等许多国民经济部门起到很大的带动作用。据测算，若充分利用我国现有生物质能资源，可以年新增约3万亿元产值，提供约6000万个就业岗位。

再让我们来看巴西的案例。从上世纪70年代“石油危机”后，巴西即推出“生物乙醇计划”(PROALCOOL Program)，大力发展甘蔗，用糖蜜乃至整株甘蔗制生物乙醇。现年产近2000万t，替代了40％的进口原油；年出口乙醇300万t，占全球贸易量的一半。创造了近100万个(直接和间接)就业岗位，减少了农民流入大城市沦为城市贫民和大城市治理的压力；发展了中小企业和落后地区的经济，年创社会财富50亿美元；还年减少温室气体排放7.4亿t碳当量。

现在，全国从上到下都在关心和谈论经济和社会的可持续发展。但可能有人没有意识到，我们是在条件极其苛刻的背景下，来争取可持续的发展和融入国际社会的。由于种种历史原因，目前的资源保证率和环境的承载力都已接近甚至超过临界点，在温室气体减排上也正承受着越来越大的国际压力；而GDP却仍必须保持接近两位数的增长。形象地说，就是“又要马儿跑，又要马儿不吃草，还要马儿不睡觉”。在这种情况下，一举能多得的生物质产业提供了极为难得的“多赢”格局，历史机遇不容我们错过。

(编辑：李琪)