生物能源与粮食安全论文

在工业和科技技术大发展的时代背景下，能源问题和粮食安全问题成了当今社会的焦点，开发利用生物能源有助于解决环境污染问题和解决粮食能源危机等，但同时我们不能忽略可能会导致的粮食安全等问题。

生物能源一般指液态的生物能源, 即乙醇和生物柴油。生物能源按提取技术和使用原料的不同有第1代和第2代之分。第一代生物能源是指以糖料或淀粉作物为原料生产乙醇或以油料作物为原料生产生物柴油, 这也是目前已实现产业化发展的生物能源。第二代生物能源指以纤维素或木质素为原料生产乙醇, 但目前尚处于技术开发阶段。生物能源因其环境污染物释放量少、对环境无污染、经济可靠、可再生持续利用等特点, 被称为绿色能源。

国际生物能源研究开发现状和趋势

美国能源部于2009 年底起停止了对氢燃料电池电动车研发的支持，改而大力支持发展生物燃料和低碳生物能源。2001年度美国生物质能研发的拨款为太阳能和风能的5.8倍生物质能、太阳能和风能 3 项分别为10.04 亿、1.75 亿和 1.73 亿美元) 。瑞典农业科学大学能源和技术系的L．Svetlana研究组2009 年查询了ISI Web of Knowledge 数据库内所有有关可再生能源的研究文献，共获9 724篇，占第一位(50 % ) 。而关于水电风能和太阳能的只分别占18 % 、16 % 和 4 % 。德国是欧盟发展生物能源积极国家之一可再生能源现已占总能源消费量的16 % 。2010 年政府对新能源和气候变化的研究投入达10 亿欧元。2010年9月28日，总理默克尔宣布了该国向低碳能源转型的蓝图要求在未来年里结束几个世纪以来对石化能源的依赖。巴西是世界上最早和最大的甘蔗乙醇生产和使用国, 2006 年乙醇产量1 250 万t , 仅次于美国, 并计划于2025 年产量达7 200 万t 。为了使更多的农民受惠于生物燃料产业, 巴西进一步发展以蓖麻籽、大豆为原料的生物柴油产业, 计划到20 13 年替代5% 的化石柴油。生物柴油是欧盟国家发展重点, 主要利用油菜籽生产生物柴油, 2004 年的产量已超过200 万t 。另外, 欧盟的生物质燃烧发电已达到550 亿kw / h 。其中, 瑞典已建成相当成熟的热电联产技术和商业化运行系统, 热效率可达90% 以上。瑞典的另外一个突出成就是车用沼气的产业化生产和应用。印度从2003 年开始进行燃料乙醇试用, 到2006 年全国强制性使用E5 汽油, 计划在2020 年达到20% 。目前, 印度用废糖蜜生产乙醇, 但由于资源有限, 拟大力发展甜高粱乙醇。另外, 印度计划到2020 年生产麻疯树生物柴油5 000 万t 。英国BP Environment 公司已在印度投资940 万美元种植8 000 hm2麻疯树, 计划年生产7 000 t 生物柴油。

显然, 生物能源在全球的广泛兴起与发展, 已成为当今人类文明前进不可抗拒的潮流。

生物能源与粮食安全问题的意义

我国人多地少, 发展生物能源必须首先保证粮食安全。2005年我国人口达到了13亿, 随着人民生活水平的提高, 不论是对口粮还是肉、奶、蛋的需求, 都需要以充足的粮食为保障。在我国耕地资源有限的情况下, 粮食安全比能源安全更为重要。粮食安全是目前制约我国生物能源发展的瓶颈。发展生物能源是威胁粮食安全, 还是保障粮食安全, 尚未有定论。但合理开发生物质能源具有以下几点意义。

1 合理开发边际土地, 调整农业结构生物能源的兴起拓展了农业的功能, 能源作物将与粮食作物、经济作物共同分享农业资源。开发边际土地或利用现有耕地种植能源作物, 都将对农业结构产生重大的影响。

2 寻找农民增收新途径, 推进社会主义新农村建设我国农村剩余劳动力太多, 农民收入增长太慢, 同时, 农村地区存在大量的生物质资源未得到充分的利用, 使得农村卫生环境差, 农民生活质量低。生物能源的发展, 将为农民提供新的就业岗位, 激励农民致力于农业生产, 并可改善农村能源消费结构, 从而改善农民的生活条件。

3 缓解能源紧张和改善生态环境, 促进经济社会的可持续发展生物能源同时具有环境友好和可再生性。大规模、合理地发展生物能源, 可以减轻我国经济发展对化石能源的依赖程度, 促进人与自然的和谐与经济社会的可持续发展。

4发展生物柴油产业可增强中国石油安全。2001年中国的原油产量为1.65亿吨，而石油产品消费2亿多吨。今后长期大量进口石油已成定局。发展立足于本国的生物柴油替代液体燃料，是保障中国石油安全的重大战略措施之一。中国柴油消费2000年达6600万吨，大于汽油消费的3600万吨，专家预测，二者差距将继续扩大。发展生物柴油在近期能够缓解柴油供应紧张，长期可大量替代进口。如果中国2010年生物柴油产量达到千万吨以上，将对中国石油安全做出重大贡献。而且，生物柴油是资源永续的可再生能源，而石油资源是可耗尽的。

5发展生物柴油有益于保护生态环境：生产生物柴油的能耗仅为石油柴油的1/4，可显著减少燃烧污染排放；生物柴油无毒，生物降解率高达98%，降解速率是石油柴油的两倍，可大大减轻意外泄漏时对环境的污染；生物柴油和石油柴油相比，可减少燃烧时的所有主要污染物排放，尾气排放指标满足严格的欧洲3号标准；生物柴油生产使用的植物还可将二氧化碳转化为有机物固化在土壤中，因此，可以减少温室气体排放；利用废食用油生产生物柴油，可以减少肮脏的、含有毒物质的废油排入环境或重新进入食用油系统；在适宜的地区种植油料作物，可保护生态，减少水土流失。

有生物能源引发的利弊争议

国际粮价一度暴涨。由此引发了对生物能源主要是玉米制乙醇和食用油料制生物柴油的众多质疑。在国内外反思生物乙醇的讨论中,一些似是而非的说法被广泛流传。实际上,不少说法源于对生物能源的片面甚至错误的看法,有的则是误解,还有的则是媒体的炒作。主要的说法有:生物能源就是乙醇和生物柴油;而且必定会争地、争粮/油,从而威胁粮食安全; 发展生物燃料就是为了替代一部分石油;生物燃料的环境和减排效益远小于原来所说,甚至是碳

净排放。总体分为三方面：

一是粮食安全论基于只有以粮食为原料的生物燃料产业, 其工艺技术业已成熟, 并能大规模工业化生产。如此造成一些忧虑, 即生物能源是在消耗粮食。加之我国是人口大国, 可耕用土地极其有限,粮食安全保障已成为基本国策和首要条件。因此,在发展生物能源的战略方针上, 时而出现犹豫不决的思路或徘徊不前的政策。

二是产业成本论开发木质纤维素生物燃料已成为当今生物能源发展的主攻方向之一。然而, 如所述, 木质纤维素热值偏低, 资源分散和运输贮藏成本偏高。过去几十年国内外已大力开展了相关的研发, 但随着木质纤维素降解转化技术不断创新, 大多技术所需的

成本似乎未能降低, 有些技术甚至造成更多的第二次污染, 导致对未来木质纤维素大规模

产业化生产缺乏信心和耐心。

三是环境影响论除考虑木质纤维素燃料技术有可能造成更严重的第二次污染外, 农林纤维素残留物还田需求、能源植物大量种植对土壤地力、肥力和水资源的影响等因素, 引发一系列有关生物能源对生态环境影响的疑问。

生物燃料发展与中国粮食安全

在中国生物质燃料发展与粮食安全并不冲突。中国政府历来重视粮食生产，始终把粮食安全放在第1位，发展生物燃料是在确保国家粮食安全前提下进行的，不与农业争粮争地是发展生物质产业的根本原则。目前中国生物质产业使用的原料主要是上世纪90年代后期生产过剩的粮食；这既解决地方性和暂时性“卖粮难”的问题，保护农民种粮的积极性，也起到“粮食生产动态调节器”的作用。但中国的国情是人多地少，可供发展粮食的农业生产资源有限。从长远发展着眼，中国今后将不能再大量增加利用粮食作原料的生物质燃料生产，而是转向开发非食用性生物质资源，如菜籽、薯类、甘蔗、玉米秸杆，林业废弃物、废弃油脂、稻米糠等。在中国有很大一部分油菜是冬季作物，中国每年有冬、夏闲田约900万hm2，如果用来种植油菜，并不影响水稻等主要粮食作物的生产，而且油菜是用地、养地的作物，有肥田、抗土传病的作用，可使水稻等后茬作物增产10%左右。还有就是在荒山荒坡和盐碱地、荒滩、沙地等种植高产能源作物，如菊芋、甜高粱、红薯、木薯等，既不占用宝贵的耕

地资源，又可提供大量的生产原料，还有利于改善生态环境、增加农民收入。我国在生物质利用的关键技术方面，如木质纤维素水解、微生物利用、生物反应器与产品提纯技术等方面已取得重大进展，如果能利用全国50%的作物秸秆、40%的畜禽粪便、30%的林业废弃物，以及约550万hm2边际性土地种植能源植物，其生产出来的能源可相当于5 000万t石油，等于2004年全国石油总产量的29%，净进口量的35%。中国西南地区的麻疯树等木质油料发展迅速，籽含油率达50%，现有6 700 hm2，2010年可发展到67万hm2。由此可见，生物质燃料的原料来源非常广泛，只要合理开发，发展生物能源不但不会对粮食安全构成威胁，反而能在一定程度上保障粮食安全。生物质的利用，不仅能使我国有限的耕地满足食物与饲料的需要，还能替代发酵工业用粮生产氨基酸、抗生素等产品，相当于增产粮食5%。在世界粮食危机的背景下，生物质能源的发展被认为是导致粮食危机的重要原因，其发展对全球乃至各国经济的影响在世界范围内被广泛关注[1]。由于我国的生物质能源起步较晚，关于生物质能源的研究出现的也很晚。但是，近年来随着燃料乙醇在我国的推广，燃料乙醇对我国粮食安全的影响也逐渐显现。黄季焜[2]利用“中国农业可持续发展决策支持系统”分析了不同燃料乙醇发展政策可能对我国农产品价格、整体和各区域农业生产及净产值等的影响。其研究结果表明：燃料乙醇

发展将显著提高能源作物的农产品价格，对提高农民收入有利，但会提高稻谷、小麦的价格，降低其产量，对其粮食安全不利；从区域角度，多数地区的农业部门都将从中受益，获益的大小主要取决于各地区在种植能源作物上的比较优势。未来我国燃料乙醇发展应该更关注

非粮食燃料乙醇的开发方面。发展生物质能源对粮食安全的不利影响主要体现在“与人争粮”、“与粮争地”上。通过观察我国主要农产品产量占粮食总产量的比重变动情况看，自2000年发展生物质能源以来，除了豆类产品的产量有所下降之外，我国的主要粮食产量并没有发生太大的变化，“与人争粮”的问题并不突出；从播种面积看，我国的玉米播种面积在不断的上涨，但上涨的幅度有限，而且玉米播种面积的上涨并没有挤占其他主要粮食产品以及蔬菜瓜果的份额，只有大豆的播种面积有一定程度的减少。从这一点看，发展生物质能源虽然一定程度上增加了生物质粮食品种的播种面积，但对其他主要粮食产品的播种面积并没有明显的替代作用，基本不存在“与粮争地”的问题。

对我国取得能源与粮食安全双赢的建议

(1)甜甘蔗和甜菜是潜在的原料供给者。用甘蔗生产乙醇燃料在国内还是一片空白。而世界上生产甘蔗能源酒精产量最高的国家巴西,每年3亿吨的甘蔗,有一半多用于生产燃料乙醇,乙醇汽油价格几乎只有汽油的一半。而我国目前甘蔗产量在8500万吨左右,仅产糖蜜酒精

(食用酒精)50多万吨。因此若技术攻关成功,成本控制得当,我国用甘蔗生产燃料酒精,将会有很好的发展前景。国家有关部门最近已要求广西、广东两省区着手研发甘蔗乙醇燃料。

(2)随着科技的飞速发展,用植物纤维替代粮食生产燃料乙醇,最终实现由“黑色能源”向“绿色能源”的转化,也已成为可能。目前,我国的农作物秸秆利用率仅有50%左右,其余的都白白烧掉了,既浪费资源又污染环境。如果把全国50%的秸秆转化成酒精,即可生产5000万吨酒精。

(3)一些企业已经开始探索使用红高粱籽、薯干等做原料提取乙醇,天冠集团早在30吨燃料乙醇建设之初就预留了一条薯干酒精生产线。而且已与老挝达成协议,将在老挝建立木薯生产基地。虽然由于技术原因,目前这些原料成本比用粮食酿造高,但是寻求更为低廉的原料已经成为各生产厂家必须面对的选择。随着经济全球化的不断深入,资源稀缺已经成为国际社会共同面临的问题之一,国家间将围绕资源问题展开激烈的竞争。因此,生物燃料作为替代的可持续资源在我国前景广阔。同时,政府和公众对环境质量给予了高度关注,发展资源节约型产业和循环经济正成为一种深入人心的发展理念。这意味着今后将有更多省市开始推广使用乙醇汽油,燃料乙醇的需求将继续增长。这也意味着将有更多的农产品可以牵手能源产业,实现能源安全和粮食安全的双赢。