Bringing science and development together through news and analysis

生物燃料:对发展中国家的利益和风险

S. Arungu-Olende写道,生物燃料提供了巨大的潜力,但是也造成了挑战,应对挑战的最佳方法是强有力和连贯的发展政策。

全球的生物燃料生产正在稳步增加,而且还将继续增加。生物燃料为能源安全提供了更大的保障,减少了温室气体和微粒的排放,还能促进农村的发展、提供更好的交通工具性能,而且可以降低石油的需求量。

但是它们也导致了一些紧迫的问题,需要在生物燃料在全球普及、特别是在非洲普及之前解决。这些问题和土地需求量与可获得性、政策、知识、标准、意识、参与和投资有关。

除了南非之外,非洲的生物燃料发展很少,我们急需关于非洲为数不多的发展生物燃料的活动的更多信息。

在全世界范围中,特别是在非洲,决策者和科研人员需要:

  •          更好地理解生物质生产如何影响粮食生产;以及
  •    发现合适的生物燃料原料,并研究最合适的生产和处理工艺、环境影响以及国内、区域和国际生物燃料贸易的潜力。


本文把重点放在液体生物燃料——生物乙醇和生物柴油上面。在这两者中,生物乙醇的产业规模更大。2004年全世界估计生产了约1.3亿桶生物燃料,其中0.95亿桶是生物乙醇。

生物乙醇

商业化生物乙醇主要是利用甘蔗、甜菜和玉米生产的。其他原料包括甜高粱茎杆和木薯、草、树和各种作物和木材的加工废料等纤维物质,以及城市固体废物。

生物乙醇可以与常规燃料混合,比例至少可达10%(10%的乙醇,90%的汽油)。肯尼亚自从90年代开始使用混合20%酒精的燃料,而没有显著影响发动机的性能。如果把发动机加以改造,就可以使用含生物乙醇比例更高的燃料。

2003年,全球生物乙醇的产量比10年前翻了一番,从2000年到2005年,产量从46亿加仑上升到122亿加仑。巴西和美国是全世界主要的生物乙醇使用国。

生物柴油

生物柴油是一种比深黄色稍浅的液体,它是生物可降解的、无毒,而且比石油炼制的柴油的排放量更少。它特别不溶于水,沸点更高,蒸汽压更低。生物柴油可以利用很广泛的原料生产,包括新鲜的大豆油、芥菜子油,废植物油、棕榈油、油菜籽、向日葵、大豆和麻疯树,椰肉干、棕榈树、花生和棉籽。

它的粘滞度与石油柴油类似,可以用于柴油机(汽车、卡车、巴士、施工设备)、喷气发动机以及热电系统。它可以很容易地与石油柴油混合,而且可以作为超低硫柴油的添加剂,增加润滑。

几乎所有的柴油动力设备可以使用最高混合20%生物柴油的燃料,而且许多发动机不需要改造就可以使用更高混合比的燃料,甚至使用纯生物柴油。大多数贮存和传送设备可以接受低混合比的柴油,但是高混合比的柴油需要特殊处理。

面对石油价格的攀升,也由于政府的税金补贴,生物柴油的使用和生产正在迅速增长。生物柴油的生产已经从2000年区区2.51亿加仑上升到了2005年的估计7.9亿加仑。

生物燃料的利益

生物燃料提供了许多利益。通过降低石油的需求,生物燃料可以让能源供应更加安全。它们的使用也可以降低能源紧缺国家的进口开支,并改善贸易差额和国际收支。所有这些进展都可以把稀缺资源解放出来,去满足其他迫切的需求。

温室气体、一氧化碳和微粒的排放全都可以显著降低。而且生物燃料还能改善交通工具的性能——生物柴油的润滑可以真正地延长柴油机的寿命。

生物燃料对农业和农村发展还有潜在的利益,包括新工作和收入的增加,这些无疑会有助于实现千年发展目标。

此外,转向生物燃料将创造新的产业,增加经济的活跃程度。它还将为许多非洲国家提供碳贸易的机会。

生物燃料是可再生能源,而生物乙醇和生物柴油可以清洁地燃烧。重要的是,它们可能比其他替代能源更容易商业化,因为它们可以使用现有的体系贮存和分发。

生物燃料应该在气候变化政策中拥有一个显著的角色,这肯定将会为生物燃料在发展中国家特别是在非洲的发展提供机会。

非洲的情况

在全世界范围内,生产和使用生物燃料已经有了很大的进步,特别是在巴西、中国、印度和美国。然而除了南非,在非洲几乎没有动作。

种植甘蔗的国家(主要是用于制糖)可以用最小的代价扩展它们的生物乙醇生产活动,或者开展生物乙醇生产项目。这些国家包括安哥拉、刚果、刚果民主共和国、科特迪瓦、加纳、肯尼亚、马拉维、毛里求斯、莫桑比克、尼日利亚、南非、斯威士兰、坦桑尼亚、乌干达、赞比亚和津巴布韦。在这些国家中,肯尼亚、马拉维、毛里求斯、南非和津巴布韦都曾经使用生物乙醇作为交通和家用燃料。

非洲有很大的潜力增加甘蔗乙醇生产。这只是一个重新定义战略、把大规模乙醇生产考虑在内的问题。这些乙醇用于国内,最终将会出口。

几个因素将决定转向生物燃料的经济学,包括经济规模和在交通中使用乙醇的国家政策。

非洲的生物燃料活动集中在南非。南非已经有了一份生物燃料白皮书供政府讨论,它建议政府采取行动和提供投资机会去孵育生物燃料发展。南非的一家名为Bio-diesel One的公司已经安装了一台实验性质的处理机,而且证明了把5%的生物柴油和95%的石油柴油混合可以改善发动机的性能,提供增强的润滑并减少了一些排放。该国其他的项目包括一个4.5万公顷的苗圃,最初种植了400万棵麻疯树。麻疯树的种子将用于生产生物柴油。

在肯尼亚,政府打算与日本合作生产生物燃料。

在加纳中部,加纳的生物能源有限公司正在建造一个工厂,把麻疯树油变成生物柴油。

马拉维的生物柴油协会得到了麻疯树种植项目的合同,而乌干达打算成为运营生物柴油工厂的首个非洲国家,估计投资3000万美元。这个项目是由BIDCO Refineries Ltd公司提出的,它在Jinja运营着一个植物油工厂。

避免陷阱

在生物燃料普及之前,我们必须应对几个紧迫的问题。我们仍然需要研究生物燃料,从而发现合适的原料、最合适的制造和处理工艺、环境影响、与粮食作物可能发生的土地使用冲突,以及国际贸易机会。

土地需求和可获得性

大规模生产生物燃料可能需要大片土地。许多国家无法把土地从粮食生产转为生物燃料生产。

 “粮食PK燃料”的争议很复杂。粮食和生物质都需要同样的资源用于生产——土地、水和农业化学制品。粮食和燃料不一定必须竞争,特别是当生态保护和可持续生产的方式得以认真规划的时候。但是真实的情况并不那么清晰。

在全世界范围内,许多关于土地可获得性的研究给出了变化范围很大的结果,这些结果取决于它们的数据源和假设。而我还不知道在那个非洲国家有这样的研究。

政策问题

几乎没有国家拥有全面的生物燃料政策,即便有,它们也常常是出于农业考虑而得到推动的。迫切需要政策用于:

  •      覆盖范围广泛的活动,包括能源、环境、土地使用、土地使用变化、林业、农业、水资源和交通,以及:
  •      处理生物燃料的广泛生产、使用和贸易对经济、社会和环境的影响。

 

成功的政策发展和实施需要强大的法律法规和制度。通过建立一个管理框架和管理项目的程序,立法将指导生物燃料的管制、管理和发展。

知识

知情的和有效的决策需要可靠的数据和信息。经过辛勤收集、处理和分析的信息才是最有用的。对于生物燃料,需要来自交通、林业、能源、农业和环境部门的相关信息。我们还需要开发出精确的方法,用于估计和预测国内和全球市场的生物燃料需求。

当然,关于非洲国家的生物燃料需求信息是不充分的。关于生物燃料的资源和生产的知识也是如此,包括什么是最合适的原料——所有这些知识对于形成一个可行的政策都至关重要。必须对它们进行正确的评估。这个问题可以通过开发一个资源数据库和提高管理该数据库的能力加以解决。

标准

另一个限制生物燃料发展和贸易的因素是非洲缺乏该领域的标准,事实上世界上其他许多国家也是如此。现在也不存在国际标准,这让生物燃料很难进入全球市场。

意识和参与

来自一系列国家的经验表明,积极的政府参与对于发展生物燃料项目是很重要的。可以从德国、巴西和美国获得宝贵的经验。

由于强有力的政府参与、可行的政策以及来自私营部门的坚实合作,德国已经成为了高技术生物燃料生产的领先国家。这种积极的环境反过来又促进了创新。

美国表现出积极性也有一段时间了。国会和一些州已经为生物燃料的发展提供了强大的支持。

巴西也是如此,特别是在生物乙醇方面。生物燃料几乎处于该国发展议程的最顶端。

但是尽管有这些经验,非洲国家还将需要考虑它们自身的情况,因为在不同环境中,他人的经验可能无法容易地复制。

投资

大规模的生物燃料发展需要资金。在全世界范围内,对生物燃料的兴趣肯定在增长,这将有希望刺激投资。

许多发展中国家可能获得来自国际金融机构、区域和次区域发展银行的支持。其他的发展伙伴也准备参与到可行的项目中。

但是至关重要的第一步将是政府行动起来建立一个对国内外投资者有利的环境。项目必须促成公私部门之间的合作伙伴关系。

科学前景

全世界大规模的生物燃料生产正在迅速增长。在几个领域里还需要进一步的研究和开发:

 

  •   连续发酵和固相化细胞(immobilised cells);
  •   开发更加耐受酒精、更广泛基底种类(substrate)和更高温度的菌种;以及
  •   降低制取酒精的能源需求

一些农业产量高却没有石油资源的地区已经把碳水化合物转化成了酒精。随着技术进步,这种趋势将可能在未来几十年中更加普遍。

利用酶降解纤维物质——例如柳枝稷和速生杂交白杨——生产乙醇是很有希望的。科学家还在着手培育能量产量更高的转基因作物和植物。

世界能源的重大挑战

如今人们普遍认识到了能源在社会经济发展和环境保护中的至关重要性。但是目前能源使用的方式是不可持续的。国际社会面临的挑战在于如何最好地转向可持续开发和利用能源。

可再生能源和技术可能做出很大贡献,特别是在发展中国家。一些因素阻碍了它们的发展——这包括不充分的政策,以及对现有技术和投资的获取受到限制。现在必须加快发展的速度,帮助解决许多地区一次性能源不足的关键问题。

我们必须鼓励在能源开发和使用领域的大规模投资,建立机制,从而建设能源部门的能力。

S. Arungu-Olende是非洲科学院的秘书长。

 

本文改写自2007年6月在肯尼亚内罗毕举行的肯尼亚科学院的研讨会上宣读的一篇论文。