目前，隨著全球石油等化石燃料的日益枯竭以及不斷上升的平均氣溫，人們被迫抓緊尋找替代能源，由纖維素、木薯、藻類等植物轉(zhuǎn)化而來的生物能源似乎為人類昭示著美好前景未來人類將不依賴于石油、煤炭和天然氣，而是有源源不斷的可再生的生物能源作依靠。

然而，美妙的理想和現(xiàn)實之間的距離究竟有多遠？為何迄今為止生物能源依然僅僅是看起來很美？請跟隨記者一起去探尋。

生物能源：化石能源最好的替代品

中國科學(xué)院廣州能源研究所可再生能源與天然氣水合物重點實驗室研究員王鐵軍表示，生物能源是所有可再生能源中，唯一可以作為化學(xué)品或石油替代品的能源。其他可再生能源，如太陽能、風(fēng)能、海洋能、核能，都是非碳能源，主要以熱、電的方式來利用。工業(yè)革命至今，人們一直倚重于使用石油、天然氣、煤炭等含有碳元素的化石能源作為交通運輸以及制造橡膠、塑料等化學(xué)品的能源來源。拋開不可再生的化石能源，在所有可再生能源中追溯碳源，由二氧化碳、水合成的生物質(zhì)能是特有的可作為化石能源替代品的可再生能源。

此外，從生態(tài)環(huán)境角度而言，石油等化石能源的燃燒會產(chǎn)生大量二氧化碳，危害環(huán)境，使全球氣溫升高，導(dǎo)致溫室效應(yīng)，危及人類安全。而如果生物燃料來自植物，植物生長過程中會從大氣中吸收二氧化碳，因此從理論上講，與燃燒化石燃料相比，生物燃料可以減少大氣中溫室氣體的累積。

王鐵軍說，目前生物能源的研究重點在于解決兩個問題，一個是資源量問題。從農(nóng)業(yè)、林業(yè)的當量（折合成多少噸標準煤的量）來看，世界生物質(zhì)的量在能源儲量中排四位，僅次于石油、煤炭和天然氣。然而，開發(fā)的困難在于這些資源非常分散，很難收集，收集成本占據(jù)生物能源成本的最大比重。我國“十二五”期間部署培育作為生物能源原料的能源植物，例如在我國西部地區(qū)非糧耕地培育能源植物，解決資源問題。

另一個研究重點則在于新技術(shù)研究，實現(xiàn)多途徑的轉(zhuǎn)化技術(shù)。目前生物能源的轉(zhuǎn)化技術(shù)主要有生物方法和熱化學(xué)方法。生物方法是將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為糖，通過微生物進行發(fā)酵，從而產(chǎn)生沼氣、乙醇等化學(xué)品和液體燃料?；瘜W(xué)方法則是將生物質(zhì)氣化變成氫氣、一氧化碳等生物燃氣，再經(jīng)過特定催化劑，將其催化合成液體燃料。

變廢為寶：“垃圾是放錯地方的資源”

生物能源原料之豐富令我們難以想象。中科院廣州能源研究所的謝舜源告訴記者，老所長曾說過，世上其實沒有垃圾，“垃圾只是放錯了地方的資源而已”。

就原料而言，王鐵軍介紹，不同的生物轉(zhuǎn)化技術(shù)有適用的不同原料。就生物方法來說，包括廚余垃圾在內(nèi)的生活垃圾、禽畜糞便、含糖工業(yè)污水等含水量高的碳水化合物都可以轉(zhuǎn)化成沼氣等生物燃氣。以前這些燃料用于供熱等生活用能，現(xiàn)在，則可以通過規(guī)?；a(chǎn)進行凈化、壓縮、罐裝，用作汽車燃料，這在個別地區(qū)進入應(yīng)用示范階段。此外，也可以利用秸稈等植物纖維素制造燃料乙醇，也就是常說的乙醇汽油。例如，五年前，國家利用陳化糧制造乙醇汽油?，F(xiàn)在，人們嘗試以木薯、甘薯、甜高粱、秸稈等非糧作物原料為主生產(chǎn)燃料乙醇。

熱化學(xué)方法則主要針對樹木、碎木片、秸稈以及小麥、棉花加工后的殼等林業(yè)、農(nóng)業(yè)廢棄物，將其熱解、氣化，制成交通燃料及高附加值的化學(xué)品燃料。熱化學(xué)方法要求原料必須是干物料，否則可能因為物料含濕量大，過程能耗大，影響設(shè)備。

此外，從藻類身上也能“收獲”液體燃料。微型藻類是光合作用的“巨人”，某些藻類對入射太陽光的利用率達到3%，而玉米或甘蔗卻只有約1%。這些藻類能更高效地將水、二氧化碳和陽光轉(zhuǎn)化為油脂，而油脂可以進一步轉(zhuǎn)化為烴類的碳氫化合物。

如果要描繪一幅生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化路線圖，王鐵軍說，近期生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化還是以生物燃氣應(yīng)用為主，主要用于熱利用，中遠期則是以液體燃料和化學(xué)品的應(yīng)用為主，例如生產(chǎn)生物柴油、纖維素燃料乙醇，以及制造橡膠、塑料、高分子材料等化學(xué)品。[page]

發(fā)展瓶頸之一：原料分散、成本高

生物燃料的遠景看起來很美，但經(jīng)過多年研究，它并沒能在很大程度上替代石油，而是遇到了瓶頸。

王鐵軍介紹，目前科學(xué)界正在研究燃料丁醇，熱值比乙醇高，性能和普通汽油基本一致，可以以任意比例與汽油混合。目前還處于示范階段的燃料丁醇的應(yīng)用是未來的發(fā)展趨勢。“生物燃料性能沒問題，關(guān)鍵是成本問題。”他表示。

對生物燃料企業(yè)而言，原料受限是極大問題。因為生物能源不同于煤炭、天然氣等很集中，其原料是分散式的，沒有一個地方可儲存如此多的原料。因此，相關(guān)企業(yè)的生產(chǎn)能力多是萬噸級、十萬噸級，不會達到百萬噸的規(guī)模。在國外，一些生物能源農(nóng)場建在土地寬廣的地區(qū)，但即便有土地種植，要收集原料也非常困難。假設(shè)收集半徑是10公里，要將原料收集加工，需經(jīng)過收割、打包、運輸、倉儲等流程，每個程序都要耗費大量人力、物力，過程亦要消耗大量能源。如果將生產(chǎn)規(guī)模擴大，收集半徑達到100公里，成本更是不堪設(shè)想。為了更容易取得原料，我國很多生物能源企業(yè)都坐落在米業(yè)、林業(yè)等加工基地，但受限于高昂的制造成本，生物能源領(lǐng)域目前尚無工業(yè)巨頭。

在美國，科學(xué)家、公司CEO和政府決策者們都抱有美好的愿望，美國政府也投入了大量資金，但經(jīng)過幾十年的努力，到目前為止，生物燃料還無法在價格上與汽油相競爭。玉米乙醇如今是美國唯一一種達到商業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模的生物燃料，這還得歸功于美國政府的財政補貼。根據(jù)美國政府審計部門的數(shù)據(jù)，僅在2010年就撥給了玉米乙醇超過56.8億美元的財政補貼。在沒有財政補貼的情況下，玉米乙醇在價格上尚無法與汽油相抗衡。

王鐵軍說，未來隨著科技的發(fā)展，生物能源領(lǐng)域應(yīng)該也有創(chuàng)造財富神話的可能性。“目前在技術(shù)上瞄準兩個難點：一是廉價的生物質(zhì)原料，二是通過新技術(shù)開發(fā)降低生產(chǎn)成本。”為解決成本難題，低成本油料植物的培育也是一個研究重點。

發(fā)展瓶頸之二：與人爭糧，與糧爭地

此外，發(fā)展生物能源要避免與人爭糧、與糧爭地的問題。美國政府規(guī)定玉米乙醇必須占到全國客運車輛所用燃料的10%，這一政策推動了玉米乙醇的大量增長，產(chǎn)量從1979年的5000萬加侖增加到了2010年的130億加侖。但生產(chǎn)這130億加侖玉米乙醇消耗掉了美國約40%的玉米作物，這些作物種植在13萬平方公里的農(nóng)田上。2010年10月，美國國會研究服務(wù)部的報告指出，即使將2009年全美國的玉米都用于生產(chǎn)乙醇，其產(chǎn)量也只能代替美國汽油消費量的18%。研究人員得出的結(jié)論是：企圖通過擴大玉米乙醇的產(chǎn)量來顯著促進美國的能源安全看起來是不切實際的。而且，若利用所有玉米來生產(chǎn)，將會使人和牲畜無糧可食。

此外，即使只用玉米秸稈，通過纖維素轉(zhuǎn)化而來的糖生產(chǎn)生物燃料，這種方法也會對環(huán)境和農(nóng)業(yè)造成負擔(dān)。收割之后，玉米秸稈留在田里，分解后可改善土壤的肥力，拖走會加速土壤的退化。在巴西，因為甘蔗更易種植，他們以甘蔗取代玉米秸稈來制造乙醇。但為了獲得大量的甘蔗乙醇，人們需要夷平大片熱帶雨林以開辟更多甘蔗園，加劇對原始環(huán)境的破壞。

可以看到，如果玉米和甘蔗繼續(xù)大量用于替代石油上，將會進一步對全球農(nóng)業(yè)系統(tǒng)造成巨大壓力，而全球農(nóng)業(yè)正努力為70億人以及牲畜提供食物、衣物和飼料。王鐵軍表示，在美國主要以玉米為主生產(chǎn)乙醇燃料，但在發(fā)展中國家這種做法是遭到極力反對的。

未來：生物能源可完全代替化石能源嗎？

王鐵軍介紹，就我國來說，目前生物能源的應(yīng)用不到全國能源消耗的0.5%，到2020年，乙醇燃料、丁醇燃料等生物能源預(yù)計將替代1000萬噸交通運輸燃料。生物能源的發(fā)展及未來市場前景還將受石油等化石能源價格波動的影響。

目前，作物里含有的所有能量，包括牲畜消耗的植物，用于紙漿、造紙以及其他木材產(chǎn)品的樹木，加起來大概是1.8兆億焦耳，相當于世界能源消費量的20%左右。在短期內(nèi)大大增加這個量不切實際，還可能造成嚴重的生態(tài)后果。普林斯頓大學(xué)的研究者表示，生物能源的目標應(yīng)定位為生產(chǎn)某些專用燃料，比如飛機的燃料。

科學(xué)的發(fā)展永無止境。生物能源要完全代替化石資源，我們尚需給予更多的耐心。