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【揭秘】生物能源的前景是否被高估?

2016-02-03 09:22来源:菲克社区作者:王小卫关键词:生物质发电生物质能源生物质能源项目收藏点赞

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当前的生物能源主要用于交通运输,而美国交通运输占总能源需求的30%左右。也就是说,把所有的玉米都拿来生产乙醇,也不尽能够满足其需求。那么二代生物能源呢?也许二代能源不构成粮食问题。但是,已经有研究表明,一个容易忽略的问题在于其对间接土地利用类型变化的影响(indirect land use change). 二代能源作物的生产同样需要大量土地。而如果要依赖二代生物能源提供交通运输,那么势必需要大量的土地种植能源作物。土地哪里来呢?只能够挤占现有土地资源。如果是挤占耕地资源,那么同样的粮食问题难以避免;如果挤占林地草地,那么反而可能引发进一步的环境问题。

进一步,我一直以为生物能源的产生和发展是路径依赖的一种表现。生物能源的产生起源于上世纪70年代的石油危机。当石油供给不足,第一反应则是寻找石油的替代品。因此,生物乙醇同样作为液态能源,能够低成本的来替代石油(可以利用现有的管道系统,加油站,并且可以把乙醇混入汽油如E10, E85)。相比之下,如果需要转换现有的能源结构,则研发和配套基础施舍成本是巨大的(例如开发电动汽车和配套的充电站,现在的特斯拉就是在干这个事情,他提供开源技术也是为了促进整个行业的发展从而降低自己高额的基础设施投入成本,好吧跑偏了)。

但是从长远的角度,人类历史上从工业革命之前,到蒸汽机时代,电气时代,每一次人类社会的跨越式发展,无一不是伴随着能源技术和利用效率的飞跃。能够利用的能源来源和效率的上限,终将决定人类文明的发展上限:是星球文明还是星舰文明,还是神级文明(好吧我承认三体看多了我去面壁)。生物能源技术,是现有能源技术的变相延伸,也就注定了其不会是未来可持续发展长远计划的一部分。能源的前景必须依赖未来技术的突破:无论是更加安全的核能,还是转化效率得到提高的太阳能,亦或者更加理想化的高空太阳能或者风能技术。但是我觉得未来,可持续的电能会更加广泛的替代现有的石化能源。当然,这还需要电池技术的突破。

这个问题,首先在于“前景”指得是多久。简短作答,生物能源确实是短期内在技术和经济可行性上面最适合的石化能源替代品。长期而言,随着核能,太阳能等技术发展以及电池技术瓶颈的突破,电能应该会成为未来的主流。

(作为北美农经在读博士,靠生物能源项目拿funding的内心默默流泪有木有…)

生物能源主要值得是以生物糖和生物质为基础原料,通过发酵等来生产生物燃料包括但不限于生物乙醇(bio-ethanol),生物柴油(bio-diesel), 生物气(bio-gas) 甚至通过燃烧来发电。目前最典型和广泛的就是北美的以玉米为原料以及巴西以甘蔗为原料的生物乙醇。

首先,传统认为,生物能源的优势主要在于两点。其一,经济可行性;其二,环境保护和可持续性。但是,仅仅以我比较熟悉的北美为例,虽然当前以玉米为原料的生物乙醇行业基本实现了大规模的商业生产,但是是建立在长期的政府补贴以及美国国会支持的一系列政策扶持--(楼主硕士毕业论文第一句话就是,美国国会的能源独立与安全法案(Energy independence and security act 2007) 通过:到2022年交通行业必须有160亿加仑燃料来自可再生能源)。同时,由于玉米本身就是主要粮食作物,这是当前以玉米为原料的乙醇生产的硬伤--2008年经济危机期间原油价格突破$100,北美的生物能源行业随之迎来井喷,当年玉米价格随之上涨三倍。拿汽车与人抢饭吃的逻辑被社会舆论新闻媒体以及一些学术界各种批评。

之后,厂商和学术界的把终点从生物糖(玉米甘蔗)转向了生物质(秸秆,多年生草本植物如switchgrass-中文翻译过于奇葩不记得)。然而,尽管多年的研究实践,目前以生物质为原材料的能源在北美尚未有真正大规模的商业生产。主要受限于成本过高和转换率低下(这是生物能源的另外一个硬伤!)

另外一个方面,美国主流学术界中,对于生物能源的环境优势也各执一词。尽管传统观点认为生物能源实现了温室气体(CO2,N2O,CH4)的零排放(其能源来源于植物的光合作用而非地底石化能源),但是反对一方的主要的观点包括,在生物能源的制造过程(种植,化肥的氮排放,收割,运输,转化)同样产生了大量的温室气体。同时,在从草原、森林、荒地转向生物能源的生产过程中,土地利用类型的变化(land use change)同样会产生大量二氧化碳排放。总而言之,其与石化燃料生产过程中的温室气体排放在量的大小上虽然见仁见智,其存在和显著影响得道学术界的普遍认同。

原标题:生物能源的前景是否被高估?
投稿与新闻线索:陈女士 微信/手机:13693626116 邮箱:chenchen#bjxmail.com(请将#改成@)

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