生物乙醇的能源利用率较低

简 讯

生物乙醇的能源利用率较低

密歇根州立大学研究人员发表在EST上的最新研究表明，粮食供人们食用的能源利用效率比用来生产乙醇高很多，而乙醇最好用草来生产。

研究对玉米、大豆和小麦的不同种植方式（传统式、免耕、低投入和使用有机肥），以及连续种植紫花苜蓿等进行了比较，发现效率各不相同。效率最低的种植方式是传统式，而目前60%的作物都是采用这种耕作方式，比效率最高的免耕法的能源需求量高40%。效率最高的是种植紫花苜蓿以生产生物燃料，紫花苜蓿效率最低的利用方式是被牲畜吃掉。

研究得出的结论：一个人食用玉米吸收的能量（15MJ/kg）远比1kg玉米生产的乙醇的能量（8MJ）高。论文第一作者，密歇根州立大学W.K. Kellogg生物研究站和美国能源部五大湖生物能源研究中心的Ilya Gelfand说：“谷物作为食物比用来生产燃料的能源效率高出36%”。他还说：“最理想的是种植玉米作为食物，并且将一半的玉米秸秆和叶子还田，另一半用来生产纤维素乙醇”。研究同时发现用草饲养肉牛比用于生产生物燃料的效率低60%。之前的研究已经表明用玉米饲养肉牛，之后食用牛肉，整个过程中玉米所含的90%的能量都被损失掉了。

研究还针对日益引人关注的一项争论进行了探讨——即土地是用来生产生物燃料还是用来种植粮食？生物燃料属于可再生能源，比燃烧化石燃料排放的二氧化碳少，但是世界上还有十亿人正在忍受饥饿或营养不良，且世界人口数量还在不断增加。W.K.Kellogg 生物研究站Gelfand的同事Neville Millar说：“这是一项重要的研究，因为它表明从能源利用效率的角度出发，最好的农业系统应该既能生产食物又能生产燃料”。

Gelfand说：目前美国生产的3.5亿t玉米中约40%用于喂养牲畜，其余的供人们直接用作食物、生产乙醇和工业生产。2007年出台的能源独立和安全法案规定，到2022年，生物燃料将在美国交通用燃料中占22%。当前美国大部分生物燃料来自于玉米。

本研究分析了制造乙醇的能源效率。以玉米为例，研究表明如果全部玉米粒作为食物，剩余的秸秆等物质一半用来生产生物燃料，其能源效率比有机种植方式高48%，比免耕种植高37%。然后，研究将4种玉米种植方式与种植紫花苜蓿进行对比，紫花苜蓿主要作为牛饲料，9kg紫花苜蓿能生产1kg牛肉，人食用这些牛肉能吸收到其中21MJ的能量。相比之下，该研究指出，如果同样用9kg紫花苜蓿制造纤维素生物燃料，则能产出72MJ的可用能量。“我们发现用可作为食物的谷物生产乙醇的能源效率是低下的”，Gelfand 说，“而用诸如草类的纤维素原料生产乙醇的能源效率更高。”

密歇根州立大学的生态学者Stephen Hamilton 指出，之前的研究已经表明用例如草类的饲料作物生产纤维素生物燃料比用玉米产生更少的碳排放。“能源收支是对比不同活动能效的通用方法，本研究第1次将这种方法用于综合评价生物燃料的能效”，他说，“这一研究为比较食物生产系统和生物燃料生产系统的相对效率提供了新思路。”

同时他还解释说，关于用草类纤维素原料生产生物燃料的经济性，以及农民如何选择种植粮食还是生物燃料仍存在不确定性。以玉米为例，一个农民可以在最后决定是将其用作食物、饲料还是生产乙醇。对于多年生的生物燃料作物，例如人工草（不是草原），需要长效的管理。Hamilton说，“考虑到玉米种植的补贴机制已经相当完善，一旦我们决定这是一个好的方向，开发一套促进生产生物燃料作物的激励制度应该不是问题。”

赵敏译自Study finds using food grain to make ethanol is energy-inefficient.

《Environmental Science & Technology》, 2010, May 15:3648.

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生物燃料与温室气体排放Mark O. Barnett

就在最近的5年前，生物燃料的前途几乎被视为是无限的。生物燃料代表了安全、独立和可持续的能源来源，它可以实现重振美国的农业，减少土壤的侵蚀，扩大野生动物的栖息地，并显著减少温室气体（G H G）的排放量。可以肯定的是，生物燃料，特别是以玉米为原料的乙醇，一直有它的反对者存在。其他消极因素有，以玉米为原料的生物燃料抬高了粮食的价格，促进环境退化和生物多样性的损失，并加剧水资源的短缺。目前生物燃料消耗了大于25％的美国玉米产量，这导致玉米和相关的食品和产品价格的大幅度上涨。虽然人们普遍认识到纤维素原料有低得多的环境足迹，但是美国环境保护署（EPA）最近调整了2010年国会的授权计划，把纤维素生物燃料的任务从1亿加仑减到了650万加仑，削减了大约95％，其根据是纤维素生物燃料在市场方面仍缺乏进展。所以在短期内，以玉米为原料的生物燃料的产量可能仍将是很大的。

关于生物燃料，甚至还有净能源和温室气体平衡的根本性问题。2006年，Farrell等人严格审查和重新评估有关生物燃料生产的、6个现有的研究结果。他们的分析表明，有些研究在计算生物燃料的净能源和碳排放时，错误地忽视燃料乙醇副产品的益处。经过改正后，玉米乙醇的温室气体排放有13％的净减少。与此相反，纤维素乙醇会导致高达88％的削减。

在2008年的2个研究，然而，却从根本上质疑有关温室气体的这些结论。Searchinger等声称，过去大部分有关生命周期的研究中，在计算温室气体净效果的影响时，错误地忽略或是系统地低估了土地利用变化对环境的影响。由于大规模的生物燃料补贴和未来的计划生产任务，所以越来越多的森林、草原等，被直接或间接的清除了，而这将释放巨大的碳储存（土壤和植物生物质所包含的碳几乎是大气中的3倍）。当正确核算这些土地利用的变化后，Searchinger等估计，比起削减温室气体来，以玉米为原料的乙醇在30多年中将使排放量加倍，并且将增加排放长达167年。以草地为原料的生物燃料，即使是种在美国的玉米田中，仍然会增加50％的温室气体排放量，且持续时间超过30a。

在《科学》杂志中有相同的问题讨论，Fargione等把本地生态系统转化为生物燃料的生产后，在第1个50a里所释放的碳量定义为“碳债务”。然后，他们计算回报期，用相对石油的生物燃料造成的碳排放的削减时间来偿还最初的碳债务。例如，美国生产乙醇的玉米地原来是草地，那它将有93a的碳投资回报期。换句话说，在美国把草地变成玉米地来生产乙醇的话，相应增加的碳要超过石油燃料几乎100a的量。即使在废弃的谷地上生产玉米乙醇时，回报期也要48a。只有在贫瘠的或是废弃的谷地上生产生物质乙醇时，投资回收期才会小于1a。然而，在全球范围看来，这些土地的生物能源生产潜力，仅占全球能源消耗的很小一部分。这2篇论文都产生了直接和强烈的反响，包括正面的和负面的。

2007年12月，布什总统签署的能源独立和安全法案（EISA）生效。除了到2022年实现360亿加仑的可再生燃料外，EISA设立了一个新的可再生燃料标准（RFS2），它要求的燃料，用来满足360亿加仑任务量达到一定阈值的生命周期温室气体排放量。2007年的新标准建立了如下的分类系统：传统的生物燃料被定义为从玉米淀粉生产的乙醇，新建的传统乙醇设施都必须实现温室气体排放量减少20％，这是相对于平均石油燃料的生命周期分析基线而言的。高级的生物燃料被定义为不以玉米为原料的、可实现温室气体减排50％的可再生燃料。纤维素生物燃料——先进生物燃料的一个子集，被定义为以纤维素、半纤维素、或木质素为原料的生物燃料，它们可达到60％的温室气体减排。以纤维素为原料的生物燃料，达到了50％的阈值，但不够60％的阈值可能也被归为先进生物燃料。如果原来的阈值被认为是不切实际的，EPA局长还获得授权可以降低3个阈值最高达10％（20％，50％和60％）。

按照EISA的规定，EPA承担了可再生燃料

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