从中国玉米生物乙醇发展分析生物能源对粮食安全的影响

郭玲霞，黄朝禧，彭开丽

（1.华中农业大学经济管理-土地管理学院，湖北 武汉 430070；2.湖北现代农业产业发展研究中心，湖北 武汉 430070）

从中国玉米生物乙醇发展分析生物能源对粮食安全的影响

郭玲霞1，2，黄朝禧1，2，彭开丽1，2

（1.华中农业大学经济管理-土地管理学院，湖北 武汉 430070；2.湖北现代农业产业发展研究中心，湖北 武汉 430070）

本文以玉米生物乙醇为例，采用情景分析法定量分析“生物能源”与“吃饭”的关系。研究表明：（1）设定2020年生物乙醇的产量为1000万吨、1500万吨和2300万吨，玉米生物乙醇占生物乙醇的60%、40%和20%，则9个子情景所需玉米量最多3864万吨，最少560万吨；（2）结合其他玉米需求分析其供需关系，发现9个子情景均未达均衡，最大和最小缺口分别为4249万吨和945万吨，说明玉米生物乙醇的发展对玉米需求造成了影响。如对口粮和其他工业用粮进行更切合实际的预测，则供求情况会有所缓解，所以玉米生物乙醇的发展不会对“吃饭”问题造成太大影响。但若考虑库存和出口则会显得供求紧张。发展粮食能源是一场技术与战略的考验，积极引导技术创新，并保证最基本的粮食需求是未来的出路。

生物能源；生物乙醇；玉米；粮食安全

全球正面临空前的能源危机，一方面能源需求激增，另一方面能源供给有限，寻找并研制新能源替代传统能源成为唯一破解办法。近几年来，国内也掀起发展生物能源的热浪，但是由于技术有限，发展生物能源仍是以粮食为主要原料，“能源”与“吃饭”成了继“建设”与“吃饭”之后又一对新的矛盾。

1 国内外生物乙醇概况及我国发展趋向

1.1 国内外生物能源发展概况

能源亦称能量资源或能源资源。按不同的分类标准，能源又可分为一次能源（天然能源）和二次能源（人工来源）、常规能源和新型能源、再生能源和非再生能源等［1］。已有研究表明，能源消费与经济增长之间呈规律性的比例关系，能源不仅是资源更是经济增长的重要投入要素，是人类赖以生存和发展的物质基础。英国石油（BP）公司2010年发布的世界能源年度统计报告显示，至2009年底，按能满足2009年生产量衡量，探明的石油储量可开采45.7年，天然气为62.8年，煤炭为119年［2］。国际能源局（IEA）表示，可再生能源在减少CO2排放方面有关键作用［3］。中国科学院、中国工程院院士石元春也表示，在发展可再生能源对化石能源的替代上，生物能源发展是世界主流［4］。

传统能源的减少和气候变化的威胁迫使很多国家“开源节流”，一方面寻找新型能源，另一方面提高能源使用效率。美国国会2008年5月通过一项法案，要求到2018年后，把从石油中提炼的燃油消费量减少20%，代之以生物燃油。巴西所有汽油中都强制加入25%的乙醇，实现到2020年减排36%的目标。印度2004年制订了2011年运输燃料中必须添加10%乙醇的法令。瑞典生物质供热占全国能源消费总量的16.5%，占供热能源消费总量的68.5%。首都斯德哥尔摩清洁能源轿车占轿车总量的11%，并计划到2020年在交通领域全部使用生物燃料，率先进入后石油时代。丹麦准备在全国前5大城市，逐步减少并淘汰燃煤发电站，要求生物燃料作为城市生产和生活的主要能源来源［4］。欧盟的生物燃料指令（2003/30/EG）要求到2020年各成员国至少保证生物燃料占交通部门总能源需求的10%［5］。2009年，中国一次能源消费量占世界总消费量的19.5%，仅次于美国。煤炭和石油消费分别占总消费的70.6%和18.6%［2］。仍以传统燃煤为主，环境压力大。2010年，国际能源局（IEA）发布的《世界能源展望》称，到2035年，中国占世界能源需求比将升至22%［2］。2010年年底召开的哥本哈根气候大会上，中国提出单位GDP碳排放量到2020年在2005年的基础上减少40%～45%［6］。既要应对能源供给有限和减排压力，又要解决能源需求上升，任务艰巨。我国的“十二五规划”明确指出要“加强现代能源产业，推动能源生产和利用方式变革，构建安全、稳定、经济、清洁的现代能源产业体系；加快新能源开发，推进传统能源清洁高效利用。”

1.2 国内外发展生物乙醇概况及我国发展趋向

目前生物能源主要有生物柴油和燃料乙醇。生物柴油生产原料主要是植物油脂、动物油脂或其下脚料、汽车修理厂的废机油或各种废油。燃料乙醇是以玉米、小麦、薯类、高粱、甘蔗、甜菜等为原料。本文重点讨论与粮食安全关系密切的燃料乙醇。现阶段，燃料乙醇一般用于生产车用乙醇汽油，其成分中90%是汽油、10%为变性燃料乙醇［7］。将乙醇替代或部分替代汽油，被作为当前减少石油消耗、降低城市环境污染最直接、有效的方法而受到重视。京都议定书生效后，燃料乙醇更是被发达国家利用以达到减排CO2的一项有效措施［8］。目前，美国和巴西是世界上最大的燃料乙醇生产国。甘蔗在巴西有原料优势，燃料乙醇产量仅次于美国。美国是最大的燃料乙醇生产国，主要原料是玉米。但由于美国是玉米产量最大和出口最多的国家。所以，美国用玉米生产燃料乙醇会引发人们对全球玉米供应的担忧。为此，美国提出非粮乙醇的发展规划。2007年颁布的《新能源法案》提出：2022年前，纤维素原料生产的燃料乙醇必须占到210亿加仑，把燃料效率提高40%。美国和巴西发展燃料乙醇都遵循了因地制宜，发挥原料优势的原则［9］。美国和巴西已拥有较先进的技术，生物乙醇产量和汽油中生物乙醇的掺混比均很高。我国推广乙醇汽油始于1998年，当时粮食库存积压，储藏费用高昂，政府用玉米和小麦等陈化粮生产燃料乙醇，既消化陈化粮，又解决能源紧缺问题［10］。2005年我国推广车用乙醇汽油，同年底，乙醇汽油的消费量已占国内汽油消费量的20%［11］。随着陈化粮逐步消耗和玉米价格攀升，国家2006年起停止新批玉米燃料乙醇企业，并鼓励发展非粮作物开发燃料乙醇［12］。

我国用玉米和木薯制作燃料乙醇最具优势。但大量玉米投入燃料乙醇生产会对粮食安全造成一定影响。2007年，农业部的《农业生物质能产业发展规划（2007—2015年）》中指出“开发能源作物应以不占用粮食、棉花等战略物资生产用地，……，避免能源作物与粮棉作物争地。”［13］目前，玉米燃料乙醇和木薯燃料乙醇的生产工艺相对成熟，如不考虑原料因素，玉米制燃料乙醇最成熟、最经济。从国家粮食安全考虑，短期内玉米燃料乙醇加工产能不具大幅扩张可能，但在其他原料生产燃料乙醇工艺技术未突破前，仍需维持玉米燃料乙醇发展的态势。另外，近几年发展玉米深加工对调节玉米市场供求关系发挥了重要作用，避免了玉米丰收时发生谷贱伤农的现象。所以，发展玉米燃料乙醇除满足国家能源战略发展的需要，也给农户带来了经济福利［9］。

本文认为虽然玉米和木薯被国家限制进一步扩大规模生产燃料乙醇，但并非完全放弃，且在技术未突破前，玉米和木薯仍是主力军。基于此，本文通过设定不同的情景来分析发展玉米生物乙醇对吃饭问题的影响。

2 玉米生物乙醇的情景设定及各项消费的预测

分析玉米生物乙醇的发展对粮食安全问题的影响，既要考虑玉米的其他各项消费，也要结合其他主粮的生产和需求情况。粮食的消费总量在不断增多，主要是口粮和饲料用粮。2009年我国粮食消费总量达59950万吨，其中口粮消费29562.5万吨、饲料用粮消费20163万吨、工业用粮消费8981.5万吨、种子用粮消费1243万吨，占比分别为49.3%、33.6%、15%、2.1%。同年，玉米总消费量为14714万吨，占粮食消费量的24.54%，其中：口粮1285万吨，饲料用粮9100万吨，工业用粮4100万吨，种子用粮229万吨，分别占玉米总消费的8.7%、61.8%、27.9%和1.6%。玉米消费总量和结构在不断变化，2004—2009年间，消费总量增加3326万吨，各项子消费也有不同程度增加，其结构变化略有不同，总体而言，工业和饲料用粮比重最大，均呈上升趋势，分别增加2268万吨和919万吨。而其他各项均占很小比例，口粮比重在10%左右，种子用粮占1.5%左右（见表1）。

需对口粮、饲料粮、其他工业用粮、种子用粮等进行预测，以探究他们各自的趋势及数量结构，全面分析玉米生产和需求的平衡关系。

目前能源紧缺，国家使用生物燃料满足人民生活和生产需要已是大势所趋，且情景设定需要预测未来，本文情景设定年为2020年，研究用玉米生产生物乙醇对粮食安全的影响。设定情景目标时，生物乙醇的产量是根据 《生物燃料乙醇以及车用乙醇汽油“十一五”发展专项规划》、《生物能源替代石油的中长期发展》以及《国家中长期科学和技术发展规划战略研究》三个规划中的目标值所设定，分别是1000万吨、1500万吨和2300万吨。关于生物乙醇中用玉米生产的比例，是结合目前实际情况设定了三种情景，高比例（60%）、中比例（40%）和低比例（20%）（详见表2）。再有，根据现阶段生产1吨燃料乙醇需3.3吨玉米，假定2020年技术革新后，每吨燃料乙醇仅需2.8吨玉米。根据不同情景，所需玉米量最多为情景3（A）的3864万吨，最少为情景1（C）的560万吨（表2）。

采用中国统计年鉴上历年玉米总产量来预测2020年玉米总产量，以此计算玉米生物乙醇生产所需玉米量占玉米总产量的比例。假如不考虑农业结构的大调整，根据历年玉米总产量趋势，用线性回归拟合产量线，拟合优度R2=0.8045，拟合公式为：y= 345.27x+8284.7，据此，2020年玉米总产量为19678.61万吨（见图1）。各情景中，所用玉米的最大值3864万吨，占玉米总量的19.63%，最小量560万吨，占玉米总产量的2.85%。

2.1 对玉米口粮的影响

表1 2004—2009年玉米消费结构 （单位：万吨）

温饱问题是国家的头等大事，发展生物乙醇首先要保证不对温饱造成影响。此处用两种方式来分析：一是分别预测总人口和人均玉米口粮，得出玉米口粮需求量；二是根据已有研究预测粮食口粮，根据玉米在总粮食口粮中的比例，推算作为口粮的玉米总需求量。

表2 情景设定 (单位：万吨)

图1 中国历年玉米总产量变化及拟合曲线图

图2 中国历年人口变化及拟合曲线图

针对第一个办法：首先，对人口进行预测。由于国家政策、饮食结构、社会秩序等因素综合决定了人口出生率、死亡率等，所以预测人口规模较复杂。据现有的权威预测，一是 《国家人口发展战略研究报告》的预测结果，2020年中国人口将达14.5亿左右，二是《生育行为与生育政策》预测，2020年中国人口可能达14亿左右，三是《人口发展“十一五”和2020年规划》（国办发〔2006〕107号）提出到2020年，人口总量控制在14.5亿内。结合笔者根据历年中国总人口的变化，用线性回归拟合人口数量 （见图2），R2= 0.9298，拟合公式：y=1630x+66836，计算得到2020年总人口为159746万人。综合考虑以上四预测值，取中间值，即2020年人口为14.5亿；再次，对人均玉米口粮进行预测。根据中国统计年鉴（2010）提供的2009年中国人口总数以及表1中玉米口粮消费量计算，20世纪90年代，人均玉米口粮消费约16千克［14］，而2009年人均玉米口粮消费为10.38千克。由于口粮消费随着经济水平的提高而减少，保守估计，到2020年人均玉米口粮消费为10千克。那么，玉米口粮总消费为1450万吨，占前述预测值玉米总产量19678.61万吨的7.37%。

针对第二种办法，第一，根据已有研究预测粮食口粮，根据《国家粮食安全中长期规划纲要（2008—2020年）》的预测，到2020年口粮消费总量2475亿千克，占粮食消费需求总量的43%；第二，推测玉米在总粮食口粮中的比例，随着人们生活水平的提高，消费结构呈现多元化，非粮产品一定程度上成为粮食消费的替代品，城镇居民人均口粮消费逐年下降。相应的，玉米口粮在总口粮中的比例也在下降。从人均口粮消费较高的农村看，玉米在粮食口粮消费中的比例由1990年的17.96%降为 2009年的11.80%，小麦稻谷等降幅较小，豆类等有微幅升高［15］。假设未来玉米在粮食口粮消费中的比例变动不大，在10%左右。最后推算作为口粮的玉米总需求量，根据前述对口粮总消费量的预测，则2020年口粮玉米需2475万吨，占前述预测值玉米总产量19678.61万吨的12.58%。

结合以上两种办法，对二者加权平均，2020年玉米口粮需1962.5万吨。再根据前面的情景分析，可知即便按情景3（A）的最大值，玉米生物乙醇需求量也仅占玉米总量的19.63%。

2.2 对其他玉米消费结构的影响

玉米作为我国三大主粮作物之一，其口粮消费比例逐渐降低。除将玉米作为原料进行深加工和作口粮外，玉米消费还有饲料用和出口用及做种子用。

（1）饲料用粮。

玉米籽粒是良好饲料，可直接作为猪、牛、鸡等畜禽饲料。玉米秸秆可替代部分玉米籽粒，作为反刍动物良好饲料来源。此外，玉米加工副产品也是重要的饲料资源，目前世界上约65%的玉米用作饲料，发达国家高达80%，我国在70%左右［16］。20世纪80年代饲料用玉米占48%（工业饲料和传统饲料），消耗玉米3269万吨。20世纪90年代，饲料消费玉米每年约6380万吨，占玉米总产量的68%［17］。根据表1，2009年玉米产量14714万吨，其中饲料用量9100万吨，占总产量的61.9%。玉米受经济发展和饲养业运行情况影响较大。随着国内养殖业及深加工业的持续发展，国内玉米饲料用粮会明显增幅。

若“十二五”期间，我国饲料粮消费以每年1.5%的速度递增［18］，将2009年作为基期计算，则2020年玉米饲料消费大致为13009.78万吨，占预测玉米总生产量19678.61万吨的66.11%。《国家粮食安全中长期规划纲要（2008—2020年）》对2020年饲料用粮需求的预测值为2355亿公斤，占粮食消费需求总量41%。玉米作为主粮之一，其饲料粮在主粮饲料粮中比例最大，这与该预测基本吻合。

（2）其他工业用粮。

玉米是粮食作物中用途最广、可开发产品最多、用量最大的工业原料，欧美市场有的产品附加值超过了玉米原值的几十甚至上百倍，玉米副产品也有相当高的价值，是宝贵的再生性资源，玉米深加工在国际市场具有十分广阔的前景［19］。玉米加工业特点是加工空间大、产业链长，产品包括淀粉、淀粉糖、变性淀粉、酒精、酶制剂、调味品、药用、化工等八大系列，但主要是淀粉及酒精，其他产品多是这两个产品更深层次加工品或生产副产品［20］。我国玉米深加工工业比较落后，80%以上的玉米以原粮状态直接上市或者经初级加工进入市场。与发达国家农产品增值程度相比，我国的差距很大。美国玉米加工产品有3500多个品种，国内的玉米加工只有200多个［21］。目前来看，我国淀粉和酒精行业消费玉米量最大。总体来看，未来几年国内变性淀粉、玉米油、淀粉糖、玉米酒精及柠檬酸等产品，均具有较好的需求前景。

从历年玉米工业用粮的构成看，淀粉等加工产品占更大比重。经过对相关文献［22-23］中数据的整理和计算，得出，2005年除生物乙醇用玉米外，其他工业用玉米量为2498万吨，2006年为3445万吨，2009年为4100万吨。可见其他工业用粮也在不断增加。如数据缺失年份按生物乙醇用粮占工业用粮的10%算，则大致可根据2004—2009年的数据进行对数模型预测，R2=0.9865，拟合公式：y=1122.2ln（x）+1714.4（图3），根据模型，2020年其他工业用粮为4894万吨。

（3）种子用粮。

2009年，玉米种子用粮239.25万吨，占玉米总消费的1.34%（见表1）。也有数据显示，玉米种子用粮129万吨，占玉米总消费的0.9%［24］。因为种子用粮占很小比例，假设2020年为1%，则2020年的种子用粮为197万吨。

2.3 结果分析

至此，本文将玉米的主要消费均作了分析，用表格形式将其汇总做对比分析（表3）。玉米总需求最多为情景3A时的23928万吨，最少为情景1C时的20624万吨，需求和产量的差额在945万吨～4249万吨之间。

图3 中国历年其他工业用玉米量变化及拟合曲线图

由于玉米是主粮，不能过分依赖进口，需求差额最好以平衡为宜，面对几个情景的供不应求。从需求量的计算看，主要有几个原因：第一，口粮需求量给予过多的考虑。按照以往口粮的消费，均保持在1200万吨左右，如不考虑饮食结构的影响，2020年为1200万吨，则供需差额最少只有182万吨，最多为3486万吨；第二，其他工业用粮给予过多的考虑。根据2007年国家发改委印发的《关于促进玉米深加工业健康发展的指导意见》规定，“深加工用粮规模占玉米消费总量的比例控制在26%以内”。计算表中生物乙醇消费玉米量和其他工业用粮的比例是否超过26%，结果除情景1C时为26.45%，其他均超27%。如控制在26%，则总需求量会相应减少，且供需差额会减少，并出现供大于求，在情景1C时，如其他工业用粮为3256万吨，则总需求为18986万吨，从而供给大于需求693万吨，在情景2C时，如其他工业用粮为3354万吨，则总需求为19365万吨，从而供给大于需求314万吨。

表3 2020年玉米生产量与需求量平衡表 （单位：万吨）

综上，如果口粮和其他工业用粮更切合实际的进行相应调低，则玉米的供求状况可能会有所缓解。所以应该不会对口粮造成太大影响，从而也不必过于担心吃饭问题。不过，以上需求并未考虑库存及出口。即便不出口，库存亦是玉米需求的一种形式。出于粮食安全的考虑，各国总要储备一些粮食。世界玉米库存量一般占消费量比重的20%左右。而即便是按照低要求下的口粮和工业用粮，供给与需求的差额还是达不到消费量的20%。因此虽然发展生物乙醇不会对口粮造成太大影响，但由于会直接影响其他消费的数量，所以国家在宏观调控时要适时了解各项需求的变动，以控制好生物乙醇的用粮，以对其他需求造成尽可能小的压力。

3 结论与讨论

本文首先对目前国内外生物能源的发展历程进行了梳理，着重探讨发展玉米生物乙醇中可能存在的问题。研究2020年玉米乙醇生产是否会对“吃饭”问题造成影响时，结合玉米消费结构变化的特点，主要采取情景分析法和趋势预测法。首先预测了玉米总产量，通过对玉米乙醇的比例设定相应的情景，推算玉米乙醇所耗用玉米产量，以及工业用玉米、饲料用玉米、种子用玉米等玉米消费量。最后进行生产和消费的平衡分析。主要结论如下：

（1）生物能源的发展迎合社会发展趋势，随着科技进步，未来一定会逐渐替代并成为主要的能源构成。生物乙醇的发展，也会逐渐由耗粮生产转变为以非粮作物为主要原料生产。国家要发挥调控作用，通过税收、金融等政策支持非粮作物生产生物乙醇，尽快实现技术和产业的进一步革新，进一步解决国家能源安全问题。

（2）通过对2020年玉米生产和消费情况进行对比分析发现，无论是假设的哪一种情景，供给均小于需求，但这并不表明生产玉米生物乙醇一定会对粮食安全造成影响，而只是会造成一定压力。由于本文在预测时对口粮的需求慎重考虑，赋予了较大比重，其次在对其他工业用粮预测时，也赋予了较大比重，导致对其他消费的挤压。如果口粮和其他工业用粮更切合实际地进行相应调低，则供求情况会有所缓解。所以应该不会对口粮造成太大影响，从而也不必过于担心吃饭问题。

（3）发展生物乙醇，无论耗用玉米多少，作为新增的一项消费，总会对玉米消费造成影响，从而有可能导致玉米或其他粮食作物价格的上升。所以，在发展玉米生物乙醇时，一方面要控制好使用玉米量的上限，以免影响到粮食安全，另一方面还要在技术上进行突破，以便提高单位产出，等量玉米产出更多的生物乙醇。

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Does Development of Bio-energy Really Affect the“food”?——Based on the Development of Chinese Corn Bio-ethanol

Guo Lingxia1，2，Huang Chaoxi1，2，Peng Kaili1，2
（1.College of Land Management,Huazhong Agricultural University，Wuhan 430070，China；2.Hubei Modern Agricultural Industry Development Research Center，Wuhan 430070，China）

Taking bio-ethanol from corn as an example,this paper quantitatively analyzes relationship between “biological energy”and “food”with the means of scenario analysis.The results show that the development of corn bio-ethanol plays an impact on the demand for corn.If do a more realistic predictions to the other industrial use and rations of grain,the supply and demand conditions will be relieved to some degree.So the development of corn bio-ethanol will not impact the “food”problem significantly.But considering stocks and exports,the relations are rather strained between supply and demand of corn.Food energy’s development is an ordeal of technology and strategy,actively guide technological innovation,and to ensure the most basic food needs is the good way for the future.

bio-energy；bio-ethanol；corn；food security

2011-05-03

郭玲霞（1984-），女，山西长治人，博士生；研究方向:资源与环境评价，土地经济与政策。

F326.11；TK6

A

（责任编辑 迟凤玲）