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生物燃料无法成为化石能源的绿色替代品

本文原载于2015年1月29日《卫报》

利用玉米发动汽车、燃烧木材发电等方法似乎能帮助我们减少对化石燃料的依赖,解决气候危机。虽然某些形式的生物能源确实能发挥作用,但划出土地专门培植生物能源作物的做法是不明智的。这样会占用粮食生产和碳储存所需土地,为生产少量燃料投入大量土地,而且无法减少温室气体排放。

首先,划出土地专门培植生物能源作物会加剧土地竞争。

目前,全球植被覆盖土地的四分之三已用于生产人类所需的粮食和林产品。预计到2050年,人类的粮食和林产品需求将上升70%。其余土地大多包含自然生态系统,能够吸收导致全球变暖的二氧化碳、保护淡水供应、维护生物多样性。

正因为土地及植被具有上述功能,将土地——即使是退化、利用率低的土地——转化为生物能源,会减少人们迫切需求的粮食、木材和碳储存。

第二,划出土地专门培植生物能源作物会造成土地利用效率低下。

虽然光合作用能有效地将阳光转化为粮食,但将阳光转化为可利用的非粮食能源的效率却很低。因此,从植物中提取少量的燃料需要大量土地(及水)。世界资源研究所发布的新工作论文指出,2050年全球液体运输燃料的10%就相当于目前全球全年粮食能源总产量的30%。

推动生物能源发展不仅包含运输燃料,还包括用于发电和发热的树木和其他生物质能。一些研究显示,到2050年生物能源能满足全球每年20%的能源需求,但所需植被相当于目前粮食收成、植物残渣、木材和牲畜草料之总和——实现目标的确希望渺茫。

第三,划出土地专门培植生物能源作物一般不能减少温室气体排放。燃烧生物质能——无论是直接燃烧木材还是以乙醇或生物柴油的形式——都会和化石燃料一样释放二氧化碳。事实上,产生等量能源时,燃烧生物质直接产生的二氧化碳比化石燃料还要多。但大多研究没有计算燃烧生物质产生的二氧化碳,因此得出生物能源相对化石燃料燃烧产生的温室气体排放更少的结论。研究者认为燃烧生物质产生的二氧化碳与植物生产生物质时吸收的二氧化碳数量相当或完全抵消。

但是与植物的天然生长相比,将其转化为生物能源并不能增加从大气中吸收的二氧化碳数量,从而无法抵消燃烧生物质产生的排放。此外,砍伐天然林生产生物能源或将农田用于生产生物燃料,温室气体排放量反而会上升。

但也有一些形式的生物能源不会加剧粮食或土地竞争,以这些能源替代化石燃料能减少温室气体排放。例如生物能源需求能刺激生物质生产,如用作能源的冬季覆盖作物,此外还包括木材加工废料、城市废弃木材、垃圾填埋甲烷、少量农业废渣等。

利用所谓的第二代技术将作物秸秆等物质转化为生物能源是一种能避免土地竞争的有效方法。一大难题在于实现规模化,因为大部分作物秸秆已用于动物饲料或增强土壤肥力,而剩余的又很难回收。

除了专门培植生物能源作物之外,还有一些好办法。例如,光伏电池能把阳光直接转换成与生物能源差不多的可利用能源,但能效更高、耗水更少。在全球四分之三的土地上,太阳能光伏系统每公顷生产的可利用能源是生物能源的100倍。电动发动机的能效是内燃机的2到3倍,而太阳能光伏每公顷生产的运输燃料是生物能源的200到300倍。

我们这代人面临的最大挑战之一是如何到2050年为96亿人可持续地提供粮食。利用作物或土地生产生物燃料会对粮食生产构成竞争,使这一目标更难实现。

世界上的土地资源是有限的。随着地球人口越来越多,肥沃的土地及植被对于粮食、木材和碳储存愈加珍贵,而粮食、木材和碳储存都无从取代。

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