生物燃料纾解“三难”困境
粮食、能源和环境是人类在地球上生存发展的三驾马车，随着传统化石燃料日益枯竭以及化石燃料给环境造成的破坏，人类开始寻求新型的绿色能源。
三难困境
为了解决能源和环境危机，各国政府纷纷出台促进生物燃料发展的各种政策[1]。以美国为例，2008农场议案（2008 farm bill）增加了促进生物燃料可持续发展的资金投入，以期在2022年达到年生产160亿加仑以纤维素为来源的乙醇（燃料）；而欧盟也立志在2020年将所有运输能源的10%调整为可再生能源，并在随后强调了拓展纤维素原料的途径。
众所周知，发展生物燃料的初衷除了解决传统能源不断减少的问题，另一个美好的愿望便是减少温室气体尤其是二氧化碳的排放，减少化石能源带来的环境污染[2]。生物燃料在生长过程中吸收空气中的二氧化碳成为环境保护的加分项，而化石能源是开采出来的地下的含碳资源，只能是在燃烧的过程中释放出二氧化碳，在当下是不具备这一优势的。有很多研究也表明，以玉米为原料制造乙醇作为燃料排放的温室气体比用汽油等化石燃料要有所减少，如果以纤维素为原料制造乙醇为燃料，温室气体的排放量则减少更多。
生物燃料也具有化石燃料不可比拟的可再生性，而且来源广泛，包括各种植物甚至垃圾都可以用来制造生物燃料。
如此看来生物燃料的发展是理所当然而且值得作为各国可再生能源发展的重要方面，值得大力提倡，然而事实并不这样简单。
研究助力
美国斯坦福大学和英国剑桥大学的学者共同研究了生物燃料和汽油燃料对于气候变化以及人类健康的影响，量化了生产过程以及燃料燃烧对环境和人类健康影响的经济成本[3]。以生产燃烧相当于10亿吨的乙醇为标准，利用汽油的成本大概为4.69亿美元，利用玉米作为原料生产乙醇的成本在4.72亿~9.52亿美元之间，而利用纤维素作为原料生产乙醇的成本大概在1.23亿~2.08亿美元之间。同时，利用纤维素作为生产乙醇的原料相对于汽油燃料来说也能够减少直径为2.5微米或者更小的粒子的排放，对于人类的健康更加有利。
因此以纤维素为原料生产乙醇是更加经济而且绿色的途径。当然，绿色的程度也取决于用来种植生物原料的土地类型，以及种植生物原料对于土地使用产生的间接影响和其他没有被量化的环境影响因素。
如果在生产生物原料的过程中改变了土地的原有使用方式，比如将产粮用地转变为生产生物燃料用地，进而毁掉森林或者草地来补偿产生生物燃料占用的产粮用地，那结果就不太乐观了。
美国普林斯顿大学Timothy Searchinger等科学家在一项研究中发现，美国的粮食用地转变为生物燃料用地后，使用生物燃料非但不能使温室气体的排放减少，反而会由于土地用途的改变而增加。其中的原因倒是不难理解：产粮用地的减少会导致粮食产量的降低，引发国际粮价的上涨，为了平抑上涨的粮价，一些国家和地区就会想办法烧毁森林或者草地用来种植粮食，而这个过程也向空气中排放大量的二氧化碳气体，足以抵消生物燃料在生长过程中吸收的二氧化碳。
研究者发现，如果在生产过程中涉及到土地使用方式的改变，以玉米为原料生产乙醇不仅不能减排20%的温室气体，反而在30年内会使温室气体的排放量增加一倍，而且温室气体的增加会持续167年。如果在先前种植玉米的土地上种植柳枝稷（一种纤维素植物来源）则会导致50%的温室气体排放增加[2]。
因为地球生态系统是一个统一且复杂的体系，任何促进生物燃料发展的政策和措施都需要科学的研究加以评估，以免造成后患。
科学研究给生物燃料的健康发展提供了明确的思路，关于生物燃料如何发展的问题从根本上讲可以用简单的两个原则来解决。明尼苏达大学的David Tilman认为，在全世界都急切寻找能源、环境、粮食等问题解决方案的时候，任何国家和社会不可能错失生物燃料所带来的温室气体减排、优化区域环境等各种好处，但也不可能接受生物燃料所带来的不受欢迎的负面效应[4]。
David Tilman 等人也认为，制造生物燃料原料的生产过程必须最大限度地减少温室气体的排放，基本不与粮食生产竞争，这样一来，一些能够用来制造生物燃料的原料就有所限制了：
（1） 在废弃的农业用地上种植多年生植物。这种方式可以降低对粮食生产的竞争，而且也避免了由于土地使用方式的改变引起的直接或者间接的温室气体排放增加和物种多样性的损失。利用废弃的农业用地也可以增加野生动物的栖息地，提高水源质量，增加土地的碳含有量。
（2） 农作物（收获）残余。农作物残余，如玉米秆或者稻草的数量是极为丰富的，并且这些残余物富含碳、氮、磷等保持土壤肥沃度的必需元素。研究证明，尽管这些残余物大部分可以留作肥料，剩下的一些也足以产生与在废弃农业用地上生长的多年生植物相当的生物质原料。
（3） 森林中树木的残枝。可以收集森林中为了减少火灾等隐患而修剪清除的树枝。
（4） 复种及混合种植体系。所谓复种是指在传统粮食作物收获后、下一次种植之前的间隙种上生物燃料的原料，既避免了影响粮食产量也避免了开辟荒地带来的经济和环境成本；而混合种植体系顾名思义是指将粮食作物和生物原料同时混合种植。
（5） 城市和工业垃圾。富含有机物质的固体垃圾如纸张、塑料等都可以用来生产液体燃料。
政策保障
正确的公共政策的制定能够带来多方面的收益，包括真实能源的获取、温室气体的减排、生物多样性的保持、粮食安全性的保障等等。美国《2007能源独立与安全法案》（US 2007 Energy Independence and Security Act）规定，纤维素类生物燃料（比如由纤维素制的乙醇），无论直接或是间接都必须比传统能源减少至少60%的温室气体排放量。
当前的政策制定者应该着眼于为生物燃料的发展提供解决其可持续性及安全挑战的有利环境。只有当生物燃料在现实的环境保护、能源及粮食安全显现出优势的时候，政策才能给予其支持，目标模糊的法规在某种程度上会诱使部分生物燃料的发展走上适得其反的道路。法规的制定必须有明确的目标，比如水和土地的使用效率、农业碳排放的降低等等。
近期的美国生物燃料政策对话陷入了混乱，对话不仅偏激而且政治的影响似乎压倒了科学。但是从根本上来说，政策的制定必须以科学的研究作为依据。政府应该建立环境保护体系，完善生物燃料工业体系及采取措施推动第一代生物燃料投资人继续在这个领域前行。
如果在未来几十年内没有新技术问世，人类继续保持现有的生活习惯，那么持续飙升的能源与食物消耗将进一步恶化地球环境，加快物种消失的步伐，人类的生活质量也将大打折扣。未来几十年一个核心的问题是：解决人类粮食与能源危机及其紧密联系的环境影响和潜在收益如何纳入我们的经济体系。问题的解决之道并不简单，需要环境学家、经济学家、技术专家、农业系统以及各国政府和有志之士共同努力。
参考文献：
[1]Science, 2008, 322:49-50
[2]Science, 2008, 319:1238-1240
[3]PNAS, 2009, 106:2077-2082
[4]Science, 2009, 325:270-271
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