生物氢能发展的意义、战略和对策思考

周天勇 侯启缘

当前中国宏观经济正处于高质量发展转型期，传统经济增长红利不断消弭，同时所面临的经济增长压力巨大。这些压力很大程度来自农产品和能源缺口与进口依赖、碳达峰与碳中和目标的约束，以及农业利润微薄和农村社会衰败等三大难题。在这一背景下，积极探索“农业—氢能”技术路线具有重要的战略意义。

一、中国经济进一步发展的三大难题

难题一：农产品和能源进口规模庞大，外汇比例和发展代价过高

能源与农产品的进口依赖，不仅导致相关产品占外汇比例过高，同时大规模的采购将导致相应产品的价格波动，增加了发展代价。根据海关总署数据，2021年，我国粮食进口总量达16554万吨，是国内粮食生产量的24.10%；肉类产品936万吨（折合粮食3737万吨，则粮食进口总规模占国内生产量的比例为29.57%），占国内肉类生产量的12.28%；石油和天然气进口量分别为19899万吨和14770万吨。三项的合计金额为4201.09亿美元，占当年外汇支出的比例达到7.39%。而如此大规模地从国际市场采购农产品和能源，将引发价格上涨，这对于中国这一处于消费结构升级、大宗商品需求不断增加的发展中国家而言，将增加额外的发展代价。事实上，自2018年至2021年以来，中国就为能源和农产品的进口而多支付了596.82亿美元，合人民币3849.49亿人民币。

难题二：生态环境紧张与零碳目标对经济增长空间的约束

若维持现有的经济增长与能源消耗系数，则将对我国经济增速造成严重制约。据测算，如果经济增长消耗水平不能降低，未来只有将GDP年平均增长速度降低到2.22%的水平上，才能将碳排放控制在2030年110亿吨达峰的水平上。中国2020年二氧化碳排放99亿吨，占全球碳排放的30.7%。按中国2011—2020年经济增长能源消费需求平均弹性0.501计算，如果未来10年GDP平均增长5.5%，并且石化能源结构保持不变，碳排放将年平均增长2.76%，2030年将达到126亿吨，比碳达峰所需要的目标规模多出16亿吨。

农产品和能源的进口依赖不仅减少了我国相关行业的就业机会，同时也压缩了我国依托农业“吸碳”的空间。按照农民外出务工收入水平，如果在国内生产进口的16454万吨粮食可创造274万个就业机会，而生产进口的938万吨肉类可创造130万个就业岗位。进口肉类所用粮食饲料折合3737万吨，加上进口粮食部分总计为20191万吨，按照中国平均亩产标准计算需要44869万亩土地种植，粮食生产周期以平均值130天计，每天每亩地吸收二氧化碳平均50公斤，则可吸收二氧化碳22434万吨。2021年中国进口51298万吨石油，如果其中80%最终变成动能，则出口国转移并在中国形成121884万吨二氧化碳排放；由于我国还进口了12136万吨天然气和液化气，出口国转移并在中国形成36165万吨二氧化碳排放。因此，油气进口使得出口国共转移并在中国形成158049万吨二氧化碳排放。

难题三：农业的亏损或微利与农村社会的衰败。

由于农业劳动力堆积、农业技术模式落后、物质投入不经济和土地流转费用高昂等原因，中国农村农民存在粮食种植亏损和非粮农业利润较低的情况。从农业劳动生产率来看，当前我国农业领域劳动力占总劳动的比重为23.6%，而农业产值仅为7.7%，农业劳动生产率为44047.93元/人，第二和第三产业的劳动生产率分别为其4.04和3.50倍；从城乡居民收入情况来看，城市户籍居民、城市非户籍常住居民和农村常住居民的人均可支配收入分別为51458元、25113元和17137元；按照完全要素成本对中国粮食种植进行评估，且按照近年来国家政策支持下形成的平均价格1元/斤销售6亿吨粮食计算，则亏损规模将达到0.8万亿元以上，而这些亏损尚未包含国家对种粮的农机、肥料等相关补贴所产生的隐形成本。根据相关数据显示，非粮作物和养殖业的利润空间也相对较小，而相比于粮食种植，非粮作物和养殖业的利润受自然条件和突发性的影响更为明显。

融合现代二三产业的农业全产业链的缺失，使得农村社会深陷“人口老化·收入较低·财富微薄·社区空心化”的困境。由于我国农业劳动生产率和从业收益率极低，青壮年劳动力往往选择外出务工，留在农村的是过了城市化窗口期或因年龄原因难以继续留在城市的老年人，使得农村成为老龄人口和低收入人口的聚集地，尤其是农村土地价值的隐匿使得农民无法获得财产收入。长此以往，整个农村社会将出现人口和财富塌陷的空心化趋势。

中国农业的困境在于“耕地规模—劳动力成本（农民收入）—国内粮食价格—政府补贴—国际粮价竞争”无法正常循环。实际上每个环节都是影响农业的关联变量。假定以农民外出务工收入与耕种粮食收入差距是影响农业的根本问题进行分析，根据2021年数据，解决问题的数量方法为：（1）或者将每斤粮食平均价格从目前的1.38元提高到4.84元；（2）或者将目前每亩种粮补贴从100元左右提高到2355元，国家财政支付将增加42853亿元的种粮补贴；（3）或者强行集中土地规模每户为215亩，强制减少11600万的种植粮食劳动力；（4）国际粮食平均进口价每斤只有1.08元，因此还要禁止粮食进口对国内农业的竞争并要严厉打击粮食走私。

二、“植物—制氢”技术的土地劳动密集型氢能源的重大战略

“植物—制氢”技术能够将农业生产与能源生产直接关联，为实现农业与工业、服务业的产业融合提供了一种选择。从当前我国的乡村振兴战略推进来看，实现资本下乡和农业与二三产业的融合是一大难点，乡村振兴战略推进顺利的农村往往都充分实现了农业与文旅产业、加工业等的融合，从而实现农民增收和乡村基本建设的改善。但从现有的农村产业融合主流项目来看，比如文旅项目、设施农业项目，往往对乡村资源禀赋要求较高，可推广性较低。而“植物—制氢”技术提供了一种低门槛的实现农业生产与能源生产的技术路线，可以在全国绝大多数农村落实和推广。

可以把大额的农产品和石油进口支出转化为农民收入和农村建设资金，在一定程度上推进了城乡均衡发展并保障粮食安全。根据相关数据显示，2021年，我国谷物进口1294.82亿元，畜产品进口3376.72亿美元，主要用于饲料的大豆进口金额为3462.7亿元，而原油进口金额为163695.91亿元，合计171830.15亿元。若通过“植物—制氢”技术将该部分进口资金的50%导入到农村产业总值，则农村就业人员的劳动生产率将提升29838.87元/人；若全部导入到农村产业总值，则农村就业人员的劳动生产率将提升59677.75元/人。这在国际局势相对复杂的背景下，保障我国的粮食安全，实现乡村振兴和共同富裕具有重要意义。

“植物—制氢”技术的投入将推动化石农业向生态农业转型。化石农业是指重度依赖石油矿产资源，大量投入农药、化肥，对土壤和环境都不友好的农业生产方式，虽然能够短期提升农作物产量，但一方面无法保障农产品质量和食品安全，另一方面可能导致土壤板结、面源污染等一系列长期问题。“植物—制氢”技术的投入，不仅可以对现有的盐碱地、旱地进行土壤改造和改良，同时，其秸秆发酵提醇可产生较多的生态有机肥，可有效替代传统的化肥，而经过清华大学的相关试验发现，“植物—制氢”所产生的生态肥料培育的农产品的质量和产量都要远优于化石农业。

农村应增加就业留住青壮年，同时农民增加土地分红和工作收入以提振农村居民消费能力，振兴和繁荣农村社区。“植物—制氢”技术进入农村可使得农民手中闲置的土地得到有效利用并就地創造二三产业就业岗位。就业的增加可留住青壮年，并为农民提供土地入股分红的财产收入和工作所带来的劳动收入，从而保障农户经济来源的持续性和稳定性，大大提升其消费能力。以甜高粱种植为例，甜高粱既产粮食又产糖，耐干旱，适应性强，在我国南北方都可以种植，在南方还可以一种三收，种子成本是玉米的一半；同等水肥条件下，青储玉米的生物量是甜高粱的一半。随着甜高粱秆中的糖转为乙醇的技术不断创新，农民种植甜高粱的收入将显著提高。在部分省份已经进行了试验，如果形成了甜高粱种植、青贮、连续固体蒸馏乙醇、车用燃料等内循环的产业链，可大幅度增加农民收入，从根本上解决农产品市场出路问题。农民一方面可以通过将土地入股合作社和产业公司获得双份分红收入，另一方面还可以进入产业公司就业并获得工资酬劳。这充分保障了农民家庭收入来源的多样性，从而提升其抗风险能力，收入的增加和稳定的来源都将显著提升农民的消费能力，从而改变农村工业耐用品消费严重不足的现状。

通过摆脱农产品、石油、煤炭等大宗商品对国际进口的依赖，可在国内形成强大的生产、收入、分配、交换和消费国民经济内循环。当前我国国内经济循环体系尚不健全的两大羁绊主要在于：农产品、石油和煤炭过分依赖国际进口；城乡收入差距过大导致农村居民工业耐用消费品需求不足，消费需求端存在内需短板。“植物—制氢”产业链中包含青储饲料、乙醇、氢能、粮食作物等产品可有效摆脱当前的进口依赖，而农民消费能力的提升也将提振我国内循环的消费需求，从而形成以国内经济大循环为主的新经济增长动能。

低成本和可量产的绿氢动力系统能够有效保障我国“双碳”目标的实现，为进入零碳经济时代提供了可能。传统氢能技术要么是以煤（生产“褐氢”）和天然气（生产“灰氢”）为原料，其制造过程中并不减少碳排放，而蓝氢的获得也是以石化燃料制氢，同时还存在CCS（碳捕集与封存）的高成本问题。而“植物—制氢”则是直接以乙醇为原料制造氢能，为典型的绿氢系统，这在“双减”压力巨大的背景下，为我国实现零碳经济的发展提供了一种低成本和易推广的选择。

乙醇的低成本生产和便携性乙醇制氢设备的研发，保障了我国能够低成本地完成从高碳社会向零碳社会的转型。从高碳社会向零碳社会转型需要保障零碳能源的低成本量产和新型燃料动力设备的研发。植物的大面积种植和提醇发酵技术能够充分供给乙醇，而目前清华大学研发的“乙醇在线制氢车”，可通过将乙醇制氢设备便携化，将40%乙醇水溶液作为汽油和柴油的替代品，而便携设备的改装十分简便，避免了对现有车辆的大规模淘汰，提供了一种从高碳社会向零碳社会转型的低成本方案。

三、关于实现土地劳动密集型能源战略的对策建议

基于习近平总书记对中国经济难题的关键判断和重要指示，土地劳动密集型能源战略有着重大的现实意义，因此，需要大力支持该技术路线的产业化落地，具体建议及措施如下：

第一，抓紧论证低成本、纯绿氢和低排放的氢能全产业链路线。产业路线的设计与论证需要涵盖生产、运输、装卸、储备和市场等每个单一环节及其匹配组合，如生产端的机械化作业、集储运的低成本模式和基础设施完备等，并根据产业路线的承载能力逐步提升氢能产业的规模。在具体操作和运营上，应当允许技术、生产、投入、物流和装备等模式平等参与、市场竞争，保证低成本、低代价地实现“原料生产—转制氢能—储装运卸—加注使用”的能源转型产业链。

第二，将“农业—氢能”嵌入乡村振兴的发展大局，统筹保障粮食安全与能源安全。应当改变传统氢能发展中的资本密集型技术路线，以“甜高粱—制氢”等技术路线为基础，实现土地密集型的技术路线布局，将氢能发展所产生的经济效益导入农村、农民和农业板块，助力一二三产业融合与农民共同富裕。

第三，各地在氢能产业的发展中应当理性认识自身的比较优势，注重事前谋划和战略布局，避免同质化竞争和资源浪费。随着《氢能产业发展中长期规划（2021—2035年）》发布后，各地均开始抓紧布局氢能产业，这有利于能源转型的快速推进和市场活力的提升，但也应当防止盲目投资、一拥而上、建设烂尾等导致的同质化趋势和资源浪费。因此，各地在发展氢能产业时应注重事前的谋划与布局，在理性认识自身比较优势的情况下，合理控制产业规模，并进行风险评估、预算设计和科学论证，在充分研究的基础上立项、投资和布局，从而保障氢能产业的高质量发展。

第四，为了能够降低能源转型的代价和成本，“农业—氢能”产业的布局应当分梯度进行。在短期内，可实现10%～15%乙醇汽油的普及，并以“甜高粱—制醇”产业为基础向周边小半径加油站供醇，同时，可引进或自主研发乙醇替代航空煤油技术，在重要城市的机场率先进行技术试点和乙醇供应；在中长期内，则要对汽车等运输工具如何进行氢能转型加以论证，包括直燃机还是电池组的路线选择研究等，同时，将加油站逐步替代为加醇站或加氢站，最终实现对传统能源的全面替代。