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发展生物燃料的争议及前景
来源:中研网 阅读次数:1420 发布时间:2010/3/18 11:57:00

生物燃料是指用有机物质生产的一切燃料,包括生物乙醇和生物柴油。生物乙醇是汽油的替代品,它是用含淀粉和糖的作物像甘蔗、玉米或小麦加工制取的;生物柴油是柴油的替代品,它是用植物油或动物脂肪加工制取的。这两种燃料能减少温室气体排放,减少对化石燃料的依赖,而只对汽车和燃料的基础设施进行很少改造,因此受到青睐。

但发展生物燃料存在与农业争夺土地和水资源、造成粮食供应短缺、粮价上涨等问题。发展生物燃料的出路在于:利用作物的废弃物像根、茎和叶等;利用转基因技术设计可在干旱土地和盐碱地生长的作物;改造和利用野生植物;开发能使纤维素有效转化成乙醇的酶和酵母等。

发展生物燃料的争议

生物燃料是否能达到预期的效果,有些人已提出质疑。科学家已开始怀疑生物燃料有关环境和社会效益的论据。环保主义者发现自己处于无所适从的窘境,一半的绿色团体支持生物燃料,而另一半则表示失望,猛烈抨击生物燃料。

反对者认为,生物燃料非但不能解决环境问题,反而将破坏热带雨林、抽干地下水、灭绝部分物种和使粮食价格上涨。如果相关的支持技术没有得到改善,生物燃料将不能减慢全球变暖。

支持者认为,现在仍是初期阶段,应该给这种技术提供时间和投资,以便实现生物燃料的前景。

世界观察研究所在2006年6月公布的一份研究报告称,巴西生产的生物乙醇占其全部燃料消费的10%,仅需要其3%的耕地,因此其他国家想仿效巴西的模式。问题是在大部分国家这种模式行不通。该所估计,要像巴西那样达到10%的目标,美国将需要30%的耕地,而欧洲则需要72%的耕地。为什么结果如此不同,这是因为不仅巴西的汽车数量远远少于欧洲和美国,而且巴西肥沃的农田和良好的气候使它的作物产量较高。

种植玉米和把玉米转变成乙醇都需要能源,例如,玉米生长需要大量化肥和农药,这需要付出能源和环境代价。开发生物乙醇的环境效益有多大,仍值得研究。几个研究小组试图将所有这些因素都加以考虑,并将化石燃料与玉米制取的乙醇从种子生长到发动机工作的每个阶段的温室气体排放都加以比较。康奈尔大学的戴维•皮门特尔的研究结论是:玉米制取的乙醇燃烧比化石燃料产生更多的温室气体。

加利福尼亚大学的亚历山大•法雷尔的评估是,生物乙醇比等重量的汽油少排放13%的温室气体。然而法雷尔是通过假定制取生物乙醇所剩下的生物质被用作火炉的燃料或喂养动物而得到的数据,并不是所有生物乙醇炼制厂都这样做。

根据世界观察研究所莱斯特•布朗的估计,装满一辆SUV汽车油箱的生物乙醇所需要的玉米刚好是一个人一年的口粮。他把生物乙醇的兴旺描述成世界上拥有汽车的8亿人与每天靠不到2美元生活的30亿人之间的一种竞争。

根据联合国粮农组织(FAO)的看法,这种竞争已经开始。FAO认为,将玉米转化成乙醇是世界粮食储备急剧下降的主要原因,并且2006年上半年粮食价格已相应上涨。这种趋势在GoldmanSachs银行7月份的报告中已得到体现,该报告预测随着生物燃料的增长,玉米价格将进一步上涨。

要使生物燃料对全球做出有意义的贡献将需要多少土地?在7月份美国《国家科学院会议录》发表的一篇文章中估计,即使美国将它目前的全部玉米收获量转变成生物燃料,也只能满足美国目前汽油需求量的11%。世界观察研究所估计,要生产全球交通运输所需燃料的10%的生物燃料,需占用全球9%的耕地。

法国巴黎国际能源局的劳伦斯•伊格尔斯说,用甘蔗制取乙醇比用玉米对环境更好些,因为它避免了把植物淀粉转化成糖的工序。就每公顷作物的乙醇生产量和减少温室气体排放来说,甘蔗都胜过玉米。

某些生物乙醇生产商已经热衷于使用甘蔗做原料,结果世界糖价在过去18个月中上涨1倍。全球主要甘蔗生产国——巴西、印度和泰国的甘蔗种植者纷纷行动起来,尽量多种植甘蔗。甘蔗的种植者开荒扩大种植面积,不关心对生态的影响。环保主义者担心,随着全球市场对甘蔗需求的增加,巴西农民将向亚马逊热带雨林深处扩展。

甘蔗是大量耗费水的作物,很多国家没有充沛的雨水,农民必须抽取地表水或地下水。种植甘蔗会对世界日益紧张的淡水供应造成更大的压力。

发展生物燃料的出路与前景

制取生物燃料的技术仍处于初期阶段,研究生物燃料的科学家已经有更伟大的目标。他们想改进利用非粮食作物和废弃生物质制取生物燃料的方法,以便节省玉米和其他粮食作物,并且在不破坏自然生态系统的情况下制取生物燃料。

研究人员正在寻找不用粮食作物制取生物乙醇的巧妙方法,关键是把植物富含的纤维素转化成乙醇。纤维素是所有绿色植物的主要成分,若能分解纤维素的分子,让它释放出所含的糖,就可把糖发酵变成乙醇。

如果能开发出将纤维素转化成乙醇的有效工艺,这将为很多非粮食作物的利用开辟广阔的前景,像柳枝稷、作物的禾秆和木屑等。另外,像废纸、纸板和废弃的粮食也可以做原料。2006年6月,美国能源部制订出使用纤维素制取乙醇的路线图,估计到2030年用这种方法可生产美国所需燃料的1/3。该路线图推荐利用转基因植物像柳枝稷和杨树,这种植物抗病虫害、富含纤维素、不需要多少养护,因此可大大减少化肥、农药和能源的投入。将纤维素分解成糖需要更有效的酶和将糖转化成乙醇需要更好的酵母。但是目前大多数公司对开发生物燃料的投入一直犹豫不决。因此,美国能源部正在建立两个新的研究中心,在今后五年内将投入2.5亿美元,目的是开发生物燃料用的新一代原料。一家以渥太华为基地的加拿大Iogen公司已经开发出实验植物,在过去2年里,利用该实验植物生产了少量乙醇。该公司利用转基因热带真菌生产分解纤维素的酶,这种酶能“消化”所有类型的生物质。

Iogen公司从GoldmanSachs银行获得了3000万美元的投资,并在2006年1月声称,它将在德国与大众和壳牌公司合作研究营造完全商业化植物的可行性。Iogen可能发动一场使我们摆脱依赖石油的革命,而在这场革命中将不占用任何耕地。

美国Agrivida公司的生物工程师迈克尔•拉布在植物中加入酶,这种酶将使整个植物(种子、茎和叶)更容易转变成乙醇。在植物中加入酶不是新设想,但还不是很成功,因为酶对植物生长有副作用。他们通过推迟酶的活性来避免这个问题,从而使植物正常生长。这种酶能使每英亩植物的乙醇产量增加50%,同时使乙醇的成本降低大约30%。

他们正开始用玉米做实验,一旦成功,将转向其他植物像柳枝稷、杨树或甘蔗。这将使美国很多地方都能生产生物乙醇,以减少运输成本。这也将为农民在作物选择上提供更大余地。