生物能源和化石能源的博弈

□本刊记者 李鑫轶 雷蕾

同日益增长的能源需求相比，化石能源似乎已近风烛残年，新能源尤其是生物能源的开发利用，近年来一直都是专家学者讨论的热点。

化石能源似乎已近迟暮之年。自新世纪伊始，人们就开始越来越多地关注未来能源的发展方式。

然而，2011年的日本福岛核电站之殇让不少人谈核色变，我国光伏产业也遭遇了有史以来“最寒冷的冬天”。核能、光伏能等新能源在2011年的集体受挫，让人不禁重新审视一个问题：未来能源的发展之路何在？生物能源，似乎成了最具潜力的候选者。

□中国国际清洁能源博览会上的生物燃料吸引了人们的眼球。胡庆明 摄

生物能源或将带来能源“新生”

20 世纪70年代以来，原油和天然气价格高企激发了人们对生物燃料的浓厚兴趣。玉米、大豆、高粱等传统粮食作物不仅仅是饭桌上的主角，还变身为能源领域的新贵。数十年间，生物燃料已从小市场发展成数十亿美元的主流产业。

中国科学院农业政策研究中心副研究员仇焕广告诉记者，国际公认的生物燃料发展步骤分为三个阶段。

第一代生物燃料，粮食是主要原材料。如油菜子、红花、盖菜、椰子以及牛肉、猪肉或家禽的脂肪，甚至可以用饭店回收的油脂为原料制成生物柴油。生物乙醇也可以通过植物中的糖发酵得到。在美国，普遍以玉米作为原料，在巴西，则是以甘蔗作为原料，木薯作为生物乙醇原料的情形也比较普遍。在美国和巴西，从这些作物中生产生物乙醇已经实现了商业化。

第二代生物燃料不再需要用粮食制造，转而采用不可食用的纤维素，比如用麦秆、玉米秆生产酒精。

仇焕广表示，现在已经有人在生产第二代生物燃料，但是问题在于用来分解纤维素的酶成本太高。用不可食用的纤维素生产酒精也需要先把它们变成糖类。在生物界，反刍动物通过在瘤胃中的多种微生物的帮助，把草秆慢慢地变成糖类。科学家们已经发现了10 种可以完成这个过程的酶，而在今年又发现了15 种新的酶，并且在用转基因的方法培养一种“超级酵母菌”来完成这个任务。

第三代生物燃料主要包括从海藻中提取油脂。种植海藻不需要占用土地和淡水资源。美国能源部估计，如果要全部用海藻燃料代替化石燃料，需3.8 万平方千米的海面。布朗葡萄藻和小球藻比较容易种植，但它们的油脂很难提炼。仇焕广说，作为第三代生物燃料项目，从海藻中提炼生物燃料的研究正处于实验室阶段，中国也在研究，但距离实现商业化阶段还比较远。

从世界范围看，未来生物燃料还将继续扩张。美国已经制定目标，要在2022年一年生产约1 亿吨生物燃料，包括生物柴油和生物乙醇。按照计划，其中一半应当是第二代生物燃料，采用不可消化的纤维素来制造乙醇。美国已经有了一个日程表，要发展第二代生物燃料，但由于成本太高，商业化生产纤维素乙醇目前还存在困难。“如果第二代的成本还是降不下来，那么到时候也只能靠多生产第一代生物燃料来代替。”仇焕广说。

生物与化石，谁主沉浮

“假设这个世界上并没有石油存在，那人类恐怕也得将其创造出来。”因为到目前为止，还没有一种能源像石油这样如此“物美价廉”。克里斯汀·本一语中的，化石能源因其易于大规模开发和使用的特点具有不言而喻的优势。以石油为例，作为完全燃烧燃料，其有着更高的效率，而且用石油替代木材能有效地保护树木不被大量砍伐。

当然，化石能源的缺点也一样明显。在2011年11月召开的中美化工年会上，中国工程院副院长谢克昌指出，化石能源是造成环境变化与污染的关键因素。大量的化石能源消费，引起温室气体排放，使大气中温室气体浓度增加、温室效应增强，导致全球气候变暖。化石能源，特别是煤炭的使用带来大量的二氧化硫和烟尘排放，也是造成大气污染的主要来源。

2009年年中，世界上第一架烧“果子油”的巨型客机在轰鸣声中冲上云霄，这似乎也成了生物能源腾飞的一个暗喻。新西兰航空公司的飞行试验证明，在12 小时的典型飞行时间中，全部使用麻风果燃料排放的二氧化碳，比化石燃料排放量减少大约60%。而另一项研究表明，在汽油里加入10%的生物乙醇，汽车尾气排放一氧化碳减少10%以上，碳氢化合物减少15%左右。生物能源已经能够部分替代石油的应用，这对于长期苦于温室气体排放导致全球气候变暖的发达国家来说，无疑具有强烈吸引力。

生物能源的“阿喀琉斯之踵”

然而，生物能源依然有着不可回避的“阿喀琉斯之踵”——“与人争粮，与粮争地”的问题。

作为目前应用最广泛的两种生物燃料，生物柴油和乙醇燃料尽管比化石燃料更加优越，但不可能满足社会的能源需求。美国艾奥瓦州立大学化学生物工程学院教授布伦特·尚克斯说，即使美国种植的所有玉米和大豆都用于生产生物能源，也只能分别满足全社会汽油需求的12%和柴油需求的6%。而玉米和大豆首先要满足粮食、饲料和其他经济需求，不可能都用来生产生物燃料。

他说，农业是一个高度耗水的行业，每年农业消耗掉的水资源高达70%，而这一切都只是为了节省不可再生能源——石油或煤炭的使用，却没考虑到生物能源在生产过程与运输过程中消费掉的水资源、电能、石油等也是巨大的。

联合国粮农组织的专家在2008年1月23日警告，世界急于开发和使用生物燃料，正造成玉米和其他粮食作物价格上涨，可能造成水源短缺的状况进一步恶化，并可能导致贫困人群失去他们赖以生存的土地。同年3月，联合国食物权特别报告员齐格勒说，考虑不周，匆忙上马用玉米和蔗糖转产生物燃料的做法将会导致灾难。他说，目前这种把可耕地转产生物燃料的做法是反人类的。