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第二代生物能源：有力的新希望？
瓊·梅爾切 2011年5月10日
一個美國研究小組宣稱，在毫不影響耕地的前提下，生物燃料可以
滿足全世界一半的燃料需求。瓊‧梅爾切採訪了小組的負責人。
美國伊利諾伊大學的一個環境工程科研小組經過三年的研究，日前
得出結論說：利用邊角土地生產的生物燃料（從動物或植物體中提
取的燃料）可以滿足目前全世界一半的燃料消費需求。據該小組負
責人蔡錫銘（音）說，這個發現不僅對生物燃料的生產具有重要的
影響，而且對退化土地的環境質量意義非凡。
這項研究的最終報告發表在去年底的《環境科學與技術雜誌》上，
而此時適逢全球對生物量的興趣與日俱增。據國際能源機構預測，
生物質能源在全球能源供應中的比例到2050年將增加兩倍，占到
30%。今年三月，設在英國的國際環境與發展學會（IIED）呼籲各
國政府採取“更加成熟的”方式來獲取能源，將其置於能源戰略的
核心部分，逐漸加大對新技術和研究項目的投入。
伊利諾伊大學的這個項目採用了尖端的土地利用數據收集方法，以
期估算出第二代生物燃料和多年生草本植物的潛力，這些植物不會
與糧食作物發生競爭，需要的肥料和農藥也比常規生物燃料要少。
它們被視為玉米乙醇（即所謂“第一代”生物燃料）的替代品，後
者之所以遭到詬病，是因為其生產和收穫中大量的能源消耗、巨大
的灌溉用水需求以及目前生產生物燃料所用的玉米要占美國玉米總
產量的40%。
這項研究中的一個關鍵概念就是它的考察對像只包括邊角土地，即
所謂的廢地、退化或者不適於耕種的劣質土地。研究小組負責人、
伊利諾伊大學的環境工程學教授蔡錫銘接受了中外對話的採訪。
研究小組主要考慮了三種生物燃料作物的培育：柳枝稷、芒草和一
系列被認為具有低影響高多樣性(簡稱LIHD)屬性的多年生草本植物。
研究者們還設想了可利用土地的多元方案。第一個方案只包括生產
力低下的閒置土地；第二個包括了退化或者貧瘠的耕地，用來種植
柳枝稷和芒草；第三個又增加了在邊角草原上種植的LIHD草類；第
四個則涵蓋了除去目前在用的耕地和牧場的所有土地。但上述任何
一個方案都沒有把林地計算在內。在所有方案中，研究者們都認為
生物燃料作物的生長只靠自然降水就足夠了。他們還對各項自然指
標進行了評估，包括土壤性質、土壤質量、土地坡度和區域氣候等。
研究小組把研究的重點放在了第四種方案上。按此計算，他們發現
全球可資利用的土地多達1100萬平方公里。其中單是非洲可提供的
土地就占到三分之一，而南美洲和非洲加起來要占到一半以上。按
照這種方案，如此廣袤的土地能夠滿足當前世界液體燃料需求的
26%到55%。蔡錫銘說，變化區間之所以這麼大，是因為反映了生物
燃料作物生產力、天氣以及勞動力和機械等其他要素的變量。
根據他提供的數字，美國能夠為種植這些作物提供的土地達到120
萬平方公里，中國為150萬平方公里，歐洲為110萬平方公里，印度
為150萬平方公里。他還指出，即使只實現最低影響的方案，美國
的生產能力也能滿足聯邦指令中關於到2022年為交通部門提供360
億加侖（約1360億升）生物燃料的要求。而目前美國的邊角土地中
只有一半左右仍然用於農業生產。
蔡錫銘說，中國的情況截然不同，因為大多數的邊角土地目前都被
用來耕種。他說：“我們發現中國1.52億公頃（邊角）土地中有
88%都被用於農業生產。也就是說，如果我們想要在中國進行生物
燃料的生產，農民們就必須用生物燃料作物換掉常規作物，這就面
臨著一種取捨。生物燃料作物的利潤可能會比較高，但它會影響到
中國的糧食生產。”
研究小組還對六個國家或地區的淨能量增益進行了計算，發現在第
四種方案（即除去現有耕地和牧場的所有土地）下的淨能量積蓄將
達到每公頃490億到1050億焦耳，相當於每公頃產出約294到630桶
石油。
研究人員們也指出了研究中面臨的幾個問題。一個是生物燃料的生
產有可能加劇某些地區的水源壓力，這是因為提煉中需要大量的水
。總的來說，第二代生物燃料比玉米乙醇需要更多的加工。另一個
問題是現有可利用土地的分佈。如果能夠按照研究中所設想的方案
進行生物燃料的生產，一半以上產品將由非洲和南美提供，但與此
同時最大的燃料需求地卻在美國、歐洲、印度和中國。蔡錫銘說：
“這就意味著生物燃料的海運將成為一個重要問題。如果我們按照
上述發展路徑前進，就要把大量的能源叢非洲和南美運往其他地區
，也就是說需要在基礎設施發展上進行巨大的投入。
”
他還說，在邊角土地上發展生物燃料和種植多年生草本植物也會給
土地本身帶來顯著的環境益處。除了對水、肥料和農藥的需求非常
低之外，這些多年生草本植物的根系還可以防止土壤流失和水系的
淤積。
近年來，柳枝稷在美國已經得到了逐漸的推廣。位於美國東南部亞
拉巴馬州奧本大學的試驗田已經獲得了最高達每英畝（約4000平方
米）15噸生物質的產量，五年中的平均產量為11.5噸，相當於每年
每英畝生產出4400升的乙醇。這種草可以長到 3米多高，其根係也
能鑽入土壤差不多的深度，這讓它成了一種遏制土壤流失的利器。
人們還發現它能為熟土保持重要的養分。柳枝稷每年能收割一到兩
次，每十年左右重種一次即可。
芒草是一種高大的多年生草本植物，人們發現它在種植和燃料生產
方面的效率比柳枝稷更高。伊利諾伊大學在芒草的研究方面在美國
處於領先地位。同時，美國能源部橡樹嶺國家實驗室的一個研究小
組也在大力探索柳枝稷以及其它生物燃料的潛力。
比起柳枝稷和芒草，儘管LIHD作物的乙醇產量要低一些，但它們的
環境影響最小，和草原的自然植被非常相近。據研究人員估計，
LIHD生物質的淨能量增益為每公頃178億焦耳（相當於2.9桶石油）
。根據他們給出的定義，所謂的淨能量就是“收穫的生物製產生的
能量減去原料生產和乙醇加工中消耗的能量”。
柳枝稷和芒草的經能量增益平均為每公頃600到1400億焦耳（相當
於9.8到23桶石油），具體依土壤、氣候和農業投入情況而定。圍
繞玉米乙醇的經能量增益有很大的爭議，原因在於包括化肥和農藥
生產消耗的能量等玉米種植過程中所需燃料的計算。一些研究者說
它的淨能量增益微乎其微，在碳減排上甚至是負值。蔡錫銘估計玉
米的淨能量增益為每公頃16到23桶石油。 2011年，美國的乙醇總
產量有望達到約135億加侖（511億升），相當於3.21億桶石油。
目前蔡錫銘正在從事另一項研究，即氣候變化對可利用邊角土地的
影響。他說他發現由於某些地區降水量的增加，中國可利用的土地
有所增長。而按照同樣的理論，世界其他一些地方適宜生物燃料生
產的土地面積則（隨著降水量的減少而）在減少。
蔡錫銘說他希望這項關於生物燃料生產潛力的研究可以“為未來的
研究打下一個堅實的基礎，我們希望各地方的研究者們利用我們的
數據在本地進行更細化的研究。”他還說：“這項研究的目的是展
現一幅全球圖景，我們開放數據供大家分享，任何國家都可以利用
我們的數據和方法論。”
瓊·梅爾切，蒙大拿州自由撰稿人。
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