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前言：在前幾期的文章中，我們?yōu)榇蠹以敿毥榻B了德國生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的歷程與現(xiàn)狀，得益于許多政策法律的保障，德國生物質(zhì)能在一次能源供應中的比例在過去的幾年中不斷提升。盡管作為該領(lǐng)域的先行者，但德國的生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)卻一直處在能源利用與環(huán)境保護的雙壓之間，擁有很多不確定性，這也是我國的生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)未來所必須要面臨的難題。如何在這場博弈中取得平衡，尋找新的突破口和解決辦法，不論對于德國還是我國都十分重要。本文將從幾個角度出發(fā)，為大家介紹生物質(zhì)能發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)和可能的解決方法。
生物質(zhì)背景
生物質(zhì)能滿足了德國總能源需求的十分之一，比風能、太陽能、水電、地熱能加起來還多。生物質(zhì)能的優(yōu)點在于易于儲存，且能夠靈活地轉(zhuǎn)化成電或熱，并能為交通提供燃料。
然而，生物質(zhì)能的總量卻是有限的?？梢灶A見，隨著世界人口的增加，對糧食生產(chǎn)的需求和生物質(zhì)燃料的需求也將不斷增加，兩者互相爭奪土地。考慮到全球雨林、植物、土壤的碳儲存的相互影響，這種對土地的爭奪可能反而導致溫室氣體排放增加，并帶來生物多樣性下降，土壤和水體質(zhì)量下降等多重威脅。這些威脅仍難以準確計量，學術(shù)界對采取什么樣的假設和估算方法仍未有定論。因此，將多少農(nóng)作物和樹木作為燃料使用仍然有爭議。
一些學者根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品和林業(yè)在國際市場上的交易狀況，從經(jīng)濟學的角度估計全球可用于生物質(zhì)能的燃料總量。據(jù)估計，全球可持續(xù)的生物質(zhì)能的潛力大約在50EJ至數(shù)百EJ之間。預測值的大小很大程度上取決于農(nóng)業(yè)能夠承受多大的土地壓力，以及在使用土地時能多大程度上保護生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性。還有一大不確定因素是，未來糧食生產(chǎn)需要的土地面積和人們的食品結(jié)構(gòu)。如果希望生物質(zhì)能大規(guī)模作為燃料使用，那么全球的肉類消費就必須有明顯的下降。我們甚至可以計算得到，如果所有人都吃素，那么我們可以用相同的土地面積養(yǎng)活兩倍的人口。此外，盡可能避免糧食浪費也能降低生產(chǎn)糧食的土地需求。
總的來說，大規(guī)模將農(nóng)作物和樹木用作燃料將為生態(tài)和社會帶來巨大的風險。通過提高土地利用的可持續(xù)性和農(nóng)林產(chǎn)品生產(chǎn)的可持續(xù)性，可以降低這種風險。從遏制氣候變化的角度出發(fā)，減少森林砍伐有重要意義。只要森林砍伐仍未被遏制，就不應該繼續(xù)擴大來自農(nóng)產(chǎn)品和樹木的生物質(zhì)能的利用。
圖：生物質(zhì)能可能的活躍領(lǐng)域
優(yōu)先使用廢料和垃圾
我們應優(yōu)先使用廢料和垃圾作為生物質(zhì)能的原料，它們對生態(tài)系統(tǒng)和糧食安全的影響比農(nóng)產(chǎn)品和林木低得多。與農(nóng)產(chǎn)品和林木相比，廢料和垃圾的國際貿(mào)易要少得多，因此更易于估算能源潛力。在德國，肥料和垃圾占生物質(zhì)能的一半，約150TWh/年。如果算上未被利用的麥稈、動物糞便等，廢料和垃圾能夠滿足德國7%~9%的一次能耗。
不過，廢料中往往含有更多的有害物質(zhì)，因此處理起來相比木材更為昂貴和復雜，相應的設備也必須根據(jù)所選擇的原料做出調(diào)整。當然，如果基于生物質(zhì)的產(chǎn)品在設計時，就選用有害物質(zhì)少、易于回收的材料，便能減輕將其作為能源利用時的處理難度。
生物質(zhì)能+碳分離
為了實現(xiàn)《巴黎協(xié)定》中定下的氣候目標，我們最晚必須從本世紀后半葉開始，降低大氣中二氧化碳的含量。這意味著我們從大氣中分離的二氧化碳必須比我們排放的還要多。有一種技術(shù)可以實現(xiàn)這一點：生物質(zhì)能+碳分離（BECCS）。植物能夠從空氣中分離出二氧化碳，形成生物質(zhì)，生物質(zhì)燃燒，發(fā)電發(fā)熱后，收集其釋放的二氧化碳并長期封存地下，從而同時實現(xiàn)發(fā)電、發(fā)熱、固碳三大目標。
除此之外，從大氣中分離二氧化碳的方法還包括大面積的植樹造林，制造和生產(chǎn)生物煤（一種長期穩(wěn)定的碳化合物，類似木炭），和利用化學吸收劑直接從大氣中分離二氧化碳。大部分二氧化碳分離技術(shù)的潛力、環(huán)境影響，成本，固碳的時間都不明確。為了滿足二氧化碳分離量的要求，應該將多種技術(shù)組合使用。在IPCC的預測的許多未來圖景中，BECCS的應用約為300EJ每年，相當于目前生物質(zhì)能總量的5倍?？梢哉f，BECCS在生物質(zhì)能未來的發(fā)展中占有一席之地。值得一提的是，不是所有的生物質(zhì)能都適合分離二氧化碳?？紤]到二氧化碳的分離、運輸成本，只有大型設備才值得這么做，因此，必須調(diào)整生物質(zhì)能目前應用分散的情況。
生物質(zhì)能與社會、生態(tài)的協(xié)同發(fā)展
如果一項政策想大規(guī)模擴大生物質(zhì)能的應用，就必須確保它對社會和生態(tài)不會造成不良后果，并切實對氣候變化做出貢獻。對于生態(tài)問題、社會接受度、減排來說，選擇何種原料，及該原料對土地利用的影響至關(guān)重要。一項特別的挑戰(zhàn)在于非直接土地利用變化（Indirect Land Use Change, ILUC），即當生物質(zhì)能的原料價格上漲時，其他的地區(qū)的農(nóng)田被用作種植生物質(zhì)原料。目前，非直接土地利用變化很難通過統(tǒng)計方法或經(jīng)驗推測量化，這也是生物質(zhì)能政策制定中無法回避的問題。
大部分情況下，生物質(zhì)能利用在能源法律的框架下進行，這就導致人們對其能源系統(tǒng)之外的影響考慮不足。為了在刺激生物質(zhì)能利用的同時滿足生態(tài)和社會的要求，必須將能源和土地利用協(xié)同規(guī)劃。隨著廢料和垃圾的利用不斷增加，能源經(jīng)濟和廢品經(jīng)濟的接口也越來越重要。在能源、農(nóng)業(yè)、雨林、環(huán)境領(lǐng)域，不同的資助和領(lǐng)導機制間協(xié)同變得不可忽視。
一個降低生物質(zhì)能全生命周期的碳排放的有效方法是，擁有統(tǒng)一且足夠高的二氧化碳價格。長期看來，理想情況下應該將所有經(jīng)濟活動產(chǎn)生的溫室氣體排放都納入價格體系中。這將推動土地和能源利用更加環(huán)境友好，且會讓砍伐樹林失去經(jīng)濟吸引力。非直接土地利用變化產(chǎn)生的溫室氣體排放也能得到有效控制。雖然在可見的未來，為所有溫室氣體排放建立全球價格難以實現(xiàn)。不過，越來越多的國家和地區(qū)開始著手建立碳排放交易系統(tǒng)或征收碳稅，并已經(jīng)囊括了全球20%的溫室氣體排放。
在全球碳定價體系形成之前的過渡時間里，我們可以仍然采取許多措施。對于國內(nèi)生產(chǎn)的生物質(zhì)，可以制定法律確保生物質(zhì)能的可持續(xù)供應并最小化碳排放。對于進口生物質(zhì)能，為其提供認證是一種可能的管控途徑。如今歐盟內(nèi)使用的生物質(zhì)燃料均需要通過認證，獲得認證的生物質(zhì)能需要證明其與化石燃料相比，減少的溫室氣體排放不低于某個值。由于德國實行可再生能源配額制，企業(yè)的能耗必須由一定比例的可再生能源承擔。只有在使用通過認證的生物質(zhì)能時，才能算作使用了可再生能源。除了溫室氣體排放之外，社會影響、生態(tài)影響之類的其他標準也可以納入生物質(zhì)能的可持續(xù)性認證中。
為了使德國國內(nèi)生產(chǎn)的生物質(zhì)和進口生物質(zhì)能平等交易，同時為了考慮國外生產(chǎn)的生物質(zhì)的溫室氣體排放，進口生物質(zhì)的溫室氣體排放可以通過邊際稅率平衡來調(diào)控。簡單來說，如果進口的燃料不需要為碳排放付費，相對于需要為碳排放付費的燃料便具有價格優(yōu)勢，因此德國對這部分燃料會額外收稅以使其與國內(nèi)燃料公平競爭。
為能源系統(tǒng)服務的生物質(zhì)能
未來，生物質(zhì)能應該服務于整個能源轉(zhuǎn)型的進程，與其他可再生能源協(xié)同發(fā)展。為此，生物質(zhì)能在能源系統(tǒng)中應首先承擔其他能源無法承擔或承擔起來成本過高的責任。一些重要的應用包括替代現(xiàn)有的工業(yè)熱源和作為交通領(lǐng)域的替代燃料。此外，通過靈活的使用生物質(zhì)能熱電聯(lián)產(chǎn)，可以平衡光伏、風力發(fā)電帶來的波動性，并支撐能源系統(tǒng)度過太陽能、風能貧乏的時間段。對于難以實現(xiàn)良好保溫的建筑，生物質(zhì)能供熱也是個不錯的方案。
未來哪個領(lǐng)域?qū)⑹紫葢蒙镔|(zhì)能，將主要決定于以下三個方面的發(fā)展：
碳捕捉與儲存（CCS）是否會作為氣候政策的一部分被廣泛接受。CCS是生物質(zhì)能+碳分離技術(shù)的核心基石。如果人們拒絕這項技術(shù)，就必須驗證和探討現(xiàn)有的氣候政策是否以及如何在沒有CCS的情況下達成氣候目標。如果支持CCS的應用，就必須從現(xiàn)在開始建設二氧化碳運輸和儲存的基礎設施，并發(fā)展BECCS設備。如果我們希望在本世紀后半葉通過BECCS達成氣候目標，大型的BECCS設備就必須在接下來的十到二十年間投入運營。
由木質(zhì)纖維素制成的液態(tài)生物質(zhì)燃料是否、何時被市場接受。液態(tài)生物質(zhì)燃料能夠在能源系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用，尤其是作為飛機、輪船的替代燃料。不過目前液態(tài)生物質(zhì)燃料仍十分昂貴，如果希望它被市場接受，還需要進一步的技術(shù)發(fā)展。
熱電聯(lián)供系統(tǒng)的建設。這決定了生物質(zhì)能在未來能多大程度上支撐供電和供暖。靈活的生物質(zhì)能熱電聯(lián)供已經(jīng)掃清了技術(shù)障礙，供應工業(yè)或城區(qū)的大型設備也可以在與CCS結(jié)合的情況下長期運行。如果希望這樣的系統(tǒng)在能源中占有一席之地，必須加大對熱網(wǎng)的投入。