張宇，楊松

　　內容提要：本文以巴西生物質能產業為例，從經濟、社會、環境和技術四個維度對生物質能產業的可持續發展問題進行研究。研究結果表明，巴西生物質能產業存在顯著資源稟賦優勢，并未危及巴西糧食安全，巴西生物質能產業在經濟和社會維度上的可持續性不存在顯著障礙。然而，生物質能生產及其原料處理過程中存在大量污染，且能源作物種植面積擴大引起土地利用變化會造成嚴重的環境污染，因此，環境可持續性是未來最有可能限制巴西生物質能可持續發展的因素。生物質能技術分析表明，第二代和第三代生物質能技術相對于第一代生物質能技術而言，不會引發潛在的糧食安全問題，并且對于環境的污染較少。若巴西繼續加大對第二代和第三代生物質能技術的研發投入，最終實現其商業化，則巴西生物質能產業將具有更好的可持續發展前景。本文最后結合中國國情，從資源稟賦、能源政策和技術成熟度的角度，給出了中國可持續發展生物質能產業的相關建議。

　　能源是國家戰略性資源，在一國工業化和城市化進程中扮演著重要角色，世界各國在傳統能源儲量限制和能源需求不斷增加的背景下都在加快實施能源多元化的戰略。生物質能因其被視為“綠色能源”和“清潔能源”，逐漸成為各國以“減排”為目標的新能源政策的重要選項。生物質能消費量已經占到全球能源消費總量約15%，屬世界第四大能源。傳統上普遍認為，生物質能有助于保障傳統能源進口市場的能源安全、減少溫室氣體排放以及促進農業發展。但近年有研究認為，生物質能生產的一定程度上扭曲了農產品價格，巴西的生物乙醇工業對亞馬孫流域的生態環境造成了較為嚴重的破壞，全球性生物質能發展可能會誘發天然林采伐加劇，從而導致碳排放量增加。這些對生物質能發展的反思可歸納為兩個問題：一是生物質能對糧食安全潛在的負面效應問題；二是生物質能可能誘發嚴重的環境污染問題。這提示各國在生物質能使用和推廣中，要特別關注可持續發展問題。目前，中國還未形成統一的、全面的生物質能發展戰略。已有文獻表明發展生物質能亦會面臨資源稟賦和外部環境等諸多約束。因此，研究世界主要生物質能生產大國的生物質能發展可持續性問題對于中國發展生物質能源有極大的借鑒意義。

　　作為最早開展生物質能研究的國家之一，巴西一次能源消費結構中可再生能源已經占到能源消費總量的44%，而全球平均水平僅為14%；其中，生物質能的比重已經超過40%，而全球僅為15.6%。通過發展生物質能，巴西已經取得了一系列的直接收益，包括確保能源安全、節約外匯儲備、增加當地就業、減少城市污染以及二氧化碳排放；此外，還取得了間接收益，包括規模經濟、技術進步、生產率提高和形成不需要補貼的產業競爭力。巴西生物質能發展領域的表現已經引起了眾多學者的關注。

　　然而，2008年全球糧食危機以來，巴西生物質能遭到非政府組織、社會運動團體、技術官僚以及全球農業食品公司等社會各界的批評，認為生物質能產量的不斷增加推高了巴西糧食價格，壓縮了其他作物，特別是水稻等糧食作物的種植面積，可能嚴重威脅巴西糧食安全，加上其長期遭受詬病的環境污染問題，迫使巴西政府開始反思其生物能源政策。生物質能發展的可持續性在巴西遭受挑戰。

　　既有研究一般從資源稟賦優勢、糧食安全角度出發，對影響一國生物質能發展的內部因素和外部環境進行分析，但是未能深入系統分析影響一國生物質能可持續發展的多重維度因素。本文試圖從經濟、社會、環境和技術四個維度，分析生物質能發展在巴西的可持續性，并且考慮生物質能技術發展對巴西生物質能可持續性的影響，總結生物質能在巴西可持續發展中的潛力。在此基礎上，結合中國國情，探討中國可從巴西生物質能發展可持續性問題中得到的啟示。

　　一、巴西發展生物質能的動因及條件

　　巴西是世界上最早進行生物質能研究、開發和產業化的國家之一，這是由其外部環境、自身有利條件和內部推動所決定的。

　　確保能源安全是巴西發展生物質能的最初動因。歷史上巴西探明的石油儲量很低并且自身開采技術落后，大規模的工業化使得石油需求量激增，因此石油不得不大量依賴進口。其進口石油量一度占巴西國內石油消費總量的90%，且占其進口商品總額的50%以上。兩次石油危機引發的巴西國內經濟惡性通貨膨脹、貿易收支嚴重失衡和發展資金急劇短缺，促使巴西政府深刻反思自身經濟的脆弱性，積極尋找替代能源。但隨著巴西石油探明儲量的增加（截至2014年年底，巴西石油探明儲量為16.18億加侖，比2013年增長3.7%，在南美地區位居第二位，僅次于委內瑞拉），巴西發展生物質能的動因也在發生變化。目前，發展清潔能源、減少政府部門的投資以及縮小貧富差距成為巴西發展生物質能的新動因。傳統能源被認為造成了巨大的環境問題，而發展生物質能被認為有助于減少環境污染，因此，巴西致力于將作為清潔能源的生物質能打造成其國家名片。傳統上，巴西政府在能源供給方面支出很大，形成了對醫療、教育和住房等政府投資的擠出效應。在目前致力于減少政府赤字的大背景下，巴西政府期望通過發展生物質能最終減少政府對于能源供給的支出。巴西國內區域貧富差距特別是城市與農村的貧富差距較大，巴西政府希望借助于生物質能的發展，增加對糧食作物的需求量，提高糧食價格，最終提高就業率，增加農民收入，縮小貧富差距。

　　大量的農業用地和可耕地為巴西發展生物質能提供了穩定的原料來源。作為拉美面積最大和人口最多的國家，巴西農業用地和可耕地資源豐富。世界銀行數據顯示，2015年拉美農業用地為748.7萬平方公里，其中巴西為282.6萬平方公里，占比37.7%，位列拉美第一；同期拉美可耕地為1.75億公頃，其中巴西為0.8億公頃，占比45.7%，同樣位列拉美第一位。并且，巴西還有很多退化的牧場和未開墾的土地，可以用來種植生產生物質能所必需的各種作物，比如甘蔗、玉米、甜菜和油棕等。

　　研究利用甘蔗等農作物來制造生物質能在巴西有很長的歷史。早在20世紀初，巴西就已經開始研究將甘蔗乙醇作為燃料，該項研究由國家技術研究所（INT）主導，對巴西生物能源發展產生了深遠的影響。1933年，巴西成立了糖和乙醇研究所（IAA）；1938年，巴西通過了第737號法律，強制要求所有石油中都要添加甘蔗乙醇。這些早期的措施為巴西后來大規模發展生物質能奠定了技術基礎，為巴西在生物質能研究領域處于領先地位打下了基礎。

　　二、巴西生物質能發展的可持續性分析

　　可持續發展是當今世界各國發展普遍追求的目標，也是評估產業發展潛力的核心指標。可持續發展要求各國在多個發展目標之間平衡取舍，其核心思想是人口、資源、環境和發展之間的相互協調。基于此，本部分從經濟、社會、環境和技術四個維度分析巴西生物質能發展的可持續性。

　　（一）巴西生物質能發展可持續性的經濟維度分析

　　經濟性是影響生物質能可持續發展的一個重要指標。學者從不同角度對生物質能的經濟性做了分析，以此來判斷其發展可持續性。有學者通過綜合考慮糧食價格、投入資金和勞動成本三個因素來預測生物質能的經濟潛力，認為生物質能的成本是隨著時間推移而逐漸降低的；有學者認為決定生物質能整體成本高低的因素主要是原料，試圖通過分析原料利用成本來判斷生物質能發展的可持續性。本文通過市場可持續性、資源稟賦、價格競爭優勢三個經濟指標來分析巴西生物質能發展的經濟可持續性。

　　市場可持續性是衡量一個產業發展可持續性的最終目標和檢驗標準。只有市場供給和需求穩定發展，規模不斷擴大，一個產業的可持續發展才能得到保證。從市場供給側看，巴西是全球乙醇燃料第二大生產國和第一大出口國。2016年巴西共生產生物質能1855.2萬噸油當量，占全球生物質能產量的比重為22.5%，僅次于美國（43.5%）。實際上，就生物質能而言，目前已經形成美國、巴西和歐盟三足鼎立的態勢。巴西生物質能產量已經穩居全球第二（見圖1）。美國和巴西是主要的燃料乙醇生產地區，而歐盟則是主要的生物柴油生產和消費地區。2018年巴西生物質發電裝機容量有望從2013年的1151萬千瓦上升到1710萬千瓦，從而超越美國成為全球最大的生物能源市場。

　　巴西生物質能產業已有相當規模，推動了政府和企業對產業技術研發的持續投資。生產技術的持續進步使得生物質能生產成本持續降低，巴西乙醇生產價格也在持續下降。20世紀80年代巴西獨立研發出用甘蔗渣生產乙醇的Dedini快速水解法技術，可從每噸甘蔗渣中提取109升~180升乙醇，使每公頃甘蔗的乙醇產量由7740升提高到13800升，并使乙醇能源成本降幅達40%以上。隨著乙醇生產技術進一步提升，1996年巴西的乙醇生產成本僅為1980年的2/3。進入21世紀，在國際市場原油價格持續上升的背景下，巴西乙醇燃料生產成本隨著轉換技術的提高從原來的每升0.6美元降至0.2美元。研究表明，2005年巴西乙醇的平均生產成本為0.23美元/升，在這一成本水平下，只要國際油價不低于36美元/桶，乙醇燃油就具有相對市場競爭優勢。而當年國際原油價格為50.64美元/桶，并且此后持續走高，從未低于36美元。

　　從市場需求側看，全球對包括生物質能在內的其他可再生能源的需求量持續增加。2000年全球其他可再生能源消費量僅為0.932億噸油當量，但2016年這一數值已經增加到4.196億噸油當量（見圖2），表明全球對包括生物質能在內的其他可再生能源的接受度和需求均在穩步上升。隨著國際市場能源價格的持續走高和各國國內原油資源日漸枯竭，生物質能產業的經濟性和環保意義日漸顯現，產業發展的內在動力不斷增強。據估計，到2020年，全球乙醇燃料需求預計將翻倍至1.2億~1.3億噸左右。而2016年全球生物質能產量僅為0.823億噸，表明全球生物質能仍處于供不應求的局面。作為全球生物質能出口量占全球出口量2/3的巴西，其生物質能仍具有強勁的外部需求。美國、中國、日本和歐盟都將成為巴西乙醇燃料的主要需求者，總計需求量將達到150億升。

　　巴西國內市場對生物質能的需求也在不斷增加。根據英國BP公司發布的報告，在整體消費量呈現遞增的趨勢下，巴西能源結構也正在發生著積極的變化，以生物質能為代表的其他可再生能源消費量顯著增加（見圖3）。數據顯示，目前生物質能在全球能源消費結構中的比重為15.6%，發達國家僅為6%，但巴西卻已經超過40%，處于世界領先地位。目前巴西政府將商用汽油中乙醇含量要求從20%提高至25%。這意味著每年乙醇需求增加近20億公升，進一步刺激了巴西對生物燃料乙醇的需求。

　　資源稟賦是生物質能原料選取的關鍵因素。在生物質能的生產中，原料成本占總成本的70%以上，選擇什么樣的原料決定了產業發展的方向和潛力。借鑒張錦華和吳方衛的研究，以單產比率和面積比率作為基本變量，構建效率優勢指數和規模優勢指數（SAI），并在此基礎上構建綜合優勢指數（AAI）。其中，效率優勢指數（PAI）是指一國某種農作物單產水平與該國同類作物平均單產水平的比值跟全球相應指標值的比率。規模優勢指數則是指一國某種農作物播種面積占該國同類作物播種面積的比值與全球相應指標值的比率。

　　從定義可知，PAIij>1意味著i國第j種農作物相對于世界平均水平具有效率優勢，PAIij<1則表明i國第j種農作物處于效率劣勢。PAIij值越大，優勢越明顯，反之則劣勢越明顯。同理，SAIij>1意味著i國第j種農作物相對于世界平均水平具有規模優勢，SAIij<1則表明i國第j種農作物處于規模劣勢。AAIij>1意味著i國第j種農作物相對于世界平均水平具有綜合比較優勢，AAIij<1則表明i國第j種農作物生產無優勢可言。AAIij值越大，比較優勢越明顯。根據公式，下面將依據計算結果進行比較分析（見表1）。

　　與其他國家不同，巴西選擇甘蔗作為生產生物質能的主要原料。由于氣候適宜，甘蔗在巴西境內全年可種植。巴西是世界上甘蔗種植面積和產量最大的國家。根據聯合國糧農組織數據庫（FAOSTAT）數據統計，2016年巴西共收獲甘蔗1022.6萬公頃，年產量高達7.687億公噸，兩項數據分別占到全球的38.2%和40.7%。表1顯示，相比于玉米和小麥，巴西的甘蔗雖然效率優勢并不是很明顯（PAI值為1.03），但卻具有明顯的規模優勢（SAI值為6.07），因此綜合來看，其綜合比較優勢明顯（AAI值2.50），所以巴西生物質能的主要原料甘蔗具有明顯的比較優勢。

　　比較價格優勢是產品競爭中的主體參量。由于乙醇基本上是蔗糖生產的聯產品，并且巴西基本只發展甘蔗乙醇，因此資源稟賦上的優勢使得巴西生物質能具有顯著價格優勢。2008年巴西乙醇生產成本為0.48美元/升，比美國玉米乙醇生產成本低近58%，比歐盟小麥乙醇生產成本低30%，比歐盟甜菜乙醇生產成本低28%。巴西乙醇的低廉價格也使其在國際市場上廣受歡迎，目前巴西乙醇出口量已經占到全球出口總量的50%。低廉的價格使得美國等主要乙醇生產國不得不借助于對進口巴西乙醇征收特別關稅來保護本國的乙醇產業。美國的乙醇進口關稅為2.5%，但對從巴西進口的每加侖乙醇加征54美分。

　　以上對巴西生物質能發展可持續性的經濟維度分析表明，巴西生物質能市場可持續性較好，供需規模同步持續增長為巴西生物質能的可持續發展奠定了重要基礎；并且巴西以甘蔗作為生物質能原料具有明顯的資源稟賦優勢；此外，和其他生物質能利用大國相比，巴西生物質能具有顯著的比較價格優勢。因此，從經濟維度分析，巴西生物質能的可持續性較強。

　　（二）巴西生物質能發展可持續性的社會維度分析

　　滿足生物質能可持續發展的社會性要求是衡量生物質能發展可持續性的重要維度。生物質能原料或是直接來源于糧食，如玉米、小麥等，或是原本可種糧食的土地改種甘蔗、甜菜等。在生物質能發展過程中，出現了與其原料來源緊密相關的三個糧食安全問題：“與人爭糧”“與糧爭田”和糧食貿易安全。根據聯合國糧農組織糧食安全委員會1983年提出的定義，糧食安全是指“確保所有人在任何時候既能買到又能買得起他們所需要的基本食品”。這一定義表明糧食安全要求糧食的充足供應和糧食價格的合理性。因此，本部分通過分析巴西人均糧食占有量、巴西生物質能是否出現“與糧爭田”、巴西主要糧食與生物質能產量的關系來研究生物質能的發展是否影響了巴西的糧食安全。

　　人均糧食占有量是指在一個糧食生產年度內，一個國家糧食總供給量與該國同一時期內總人數的比例。人均糧食占有量可以在較高程度上反映一個國家的糧食安全狀況。顯然，人均糧食占有量與糧食安全水平的高低成正比。從整體趨勢上來看，巴西人均糧食占有量盡管表現出一定的波動，但整體上呈增加趨勢（見圖4）。這表明，生物質能產量的增加并沒有減少巴西人均糧食占有量，巴西國內沒有出現與人爭糧和糧食安全問題。但是生物質能產量的增加是否可能導致世界范圍內的與人爭糧和糧食安全問題（即作為主要糧食出口國之一的巴西糧食出口減少或無增長，從而使得國際市場上糧食供給趨緊，出現生物質能與人爭糧現象。這種問題無關巴西國內糧食安全狀況，而是具有外部效應），有待進一步研究。

　　從糧食的充足供應角度來看，由于政府的大力支持和推廣，巴西甘蔗種植面積呈現明顯擴張勢頭。作為世界第一大甘蔗生產國，巴西甘蔗產量的一半以上都用于生產乙醇，并且根據印度糖業協會數據，近年來巴西糖的產量并沒有顯著增長，反而是在近6年（2011—2016年）中有4年出現下降。考慮到巴西甘蔗的主要用途是制糖和生產生物質能，因此可以通過甘蔗以及主要糧食作物的收獲面積來窺探生物質能產量增加是否出現了“與糧爭田”。2001年巴西甘蔗收獲面積為480.45萬公頃，2016年擴大到1022.62萬公頃，年均增加5.17%。但同期其他糧食作物除了水稻收獲面積持續下降外，玉米和小麥的收獲面積也沒有下降，反而整體略有上升。并且從整體上看，巴西谷類產量處于增長趨勢（見圖5）。結果表明，盡管甘蔗對水稻種植形成了一定的土地替代效應，但并未形成顯著的“與糧爭田”效應。

　　從生物質能的產量與主要糧食作物（玉米和小麥）的關系看，生物質能的生產消耗了大量糧食，被認為進一步推高了國際糧價。2008年全球糧食危機使得眾多學者開始關注糧食價格與生物質能生產的關系。有學者認為生物質能生產是否影響食品價格與農產品產量密切相關。在農業高產的年份，生物燃料生產對原料需求的增加對食品價格沒有較大影響；但在農業產量低的年份，生物燃料生產使得糧食價格上漲的可能性很大。2015年的一項計量分析檢驗了生物燃料價格生產對巴西和美國食品價格的影響，其分析結果顯示生物燃料生產的增長對食品價格產生了重大影響。該研究估計，在1995年1月至2013年12月期間，生物燃料產量每增加1倍將導致食品價格上漲21.9%。我們考察發現，2006—2011年期間小麥和大米的價格和生物質能的產量都在增加；2011—2016年期間玉米和小麥價格持續下滑（除了2016年的玉米價格），但巴西生物質能產量仍在持續增加（見圖6）。直觀上看，生物質能產量對巴西糧食價格并沒有顯著影響，生物質能對糧食的需求并不是糧食價格的決定性因素。進一步的計量分析也表明，生物質能產量對玉米和小麥的價格均不存在顯著影響。2006—2011年期間糧食價格和生物質能產量同步增長的潛在原因可能是由于巴西經濟處于快速增長時期，存在一定的通貨膨脹，推高了糧食價格，因而剛好和生物質能產量增長處于同周期，但二者之間并不必然存在因果聯系。

　　以上對巴西生物質能發展可持續性的社會維度分析表明，盡管存在一定爭議，但巴西生物質能生產并未顯著影響巴西人均糧食占有量，生物質能原料甘蔗的生產亦未出現顯著的“與糧爭田”效應，并且巴西糧食價格也未受到顯著影響。因此，目前為止巴西生物質能生產沒有威脅到該國的糧食安全。從社會發展可持續性看，巴西生物質能并未遇到明顯障礙。

　　（三）巴西生物質能發展可持續性的環境維度分析

　　環境的可持續性一直是衡量產業可持續發展的重要內容。生物質能最初也正是因其被認為是“綠色能源”和“清潔能源”，而在各國政府以“減排”為目標的能源政策下快速發展起來的。有學者基于生命周期評價法（LCA），即通過對一個產品系統的生命周期中輸入、輸出及其潛在環境影響的匯編和測量來定量評價生物質能減少的溫室氣體排放量，發現生物質能確實能夠減少二氧化碳排放量。以巴西生物質能發展為例，從溫室氣體排放量看，巴西二氧化碳排放量大幅低于人均收入水平相當的中國（見圖7）。不過研究二氧化碳排放量影響因素的文獻表明，二氧化碳的排放量可能與人均GDP和地區緯度密切相關，故還需排除其潛在的影響。由于巴西大部分地區屬于熱帶雨林氣候，人均取暖能源消耗可能低于更高緯度的其他氣候類型的國家。故本文選取了與巴西維度相近且氣候類型相同的新加坡、古巴和玻利維亞。為了剔除收入差異的潛在影響，本文沒有選用人均二氧化碳排放量，而是選用碳排放強度（人均二氧化碳排放量/人均GDP）來衡量生物質能生產對巴西二氧化碳排放量的影響。研究發現2003年以后巴西和新加坡碳排放強度相差不大，但仍顯著低于古巴和玻利維亞（見圖7）。考慮到巴西與新加坡在發達程度和技術水平上的差異，我們可以認為與部分專家學者利用生命周期評價法得出的結論相同，即生物質能減少了巴西二氧化碳排放量。

　　但從溫室氣體排放源看，與中國、新加坡等國溫室氣體主要來源于能源活動不同，巴西溫室氣體排放主要來源于土地利用變化和林業。研究表明巴西土地利用變化和林業占溫室氣體排放的76.9%，相比之下能源活動只占其排放的15%。特殊的碳排放源結構也影響到巴西的氣候談判立場及其相關政策。生物質能的發展降低了巴西人均碳排放以及單位GDP碳排放水平，使得巴西氣候談判的立場與其他發展中國家，比如同為基礎四國（BASIC）的南非、印度和中國有所不同。在巴黎氣候變化大會中，四國都強調發展中國家與發達國家“共同但有區別”的責任，要求發達國家率先減排，并希望獲得發達國家的技術和資金支持等。但相對于其他發展中大國，作為首個承諾減少溫室氣體排放的發展中國家，巴西制定了高于一般國家的減排標準，其設定的目標是在2005年的基礎上，到2025年碳排放總量減少37%，減排目標甚至遠高于美國（到2025年減排26%~28%）。

　　巴西之所以在氣候變化問題上選擇了更為積極的立場和政策，有如下兩方面原因。一方面，以生物質能為代表的可再生能源在巴西的能源結構中占比很大且仍具有較大的發展潛力，使得巴西政府相信減排目標與經濟發展不存在較大沖突；另一方面，巴西政府希望通過充分參與氣候問題談判并做出積極表態，充當發達國家和發展中國家之間協調者的角色，獲得雙方對其談判“引領”角色的認可。在巴西綜合國力仍相對較弱的背景下，巴西期待通過選擇性地參與全球性事務，能夠獲得國際社會更多的關注，為其成為聯合國安理會常任理事國爭取更多的支持。此外，由于國際社會減排行動的升級以及可再生能源的環保屬性，預期全球對開發利用生物質能的需求將大幅增加。巴西積極推動全球氣候變化談判的目標之一應是擴大巴西極具競爭力的乙醇等生物質能的出口，進一步確立并鞏固巴西在生物質能發展中的地位。

　　但最近很多量化研究表明生物質能對巴西環境的正面影響可能遠不如最初估計的那么大。首先，生物質能及其原料生產過程中存在大量污染。作為生物質能的主要原料，甘蔗在生產過程中頻繁使用大量農用機器設備，加上甘蔗收割過后土地閑置，土壤裸露時間較長，會導致土壤板結，水土流失加重。裸露的土壤喪失了原有植被的固碳能力，容易激起揚塵，加重了空氣中固體顆粒物的數量，從而也會加重污染。如多伯曼的研究也認為，甘蔗的種植會降低土壤對侵蝕和結構退化的抵抗力，降低甘蔗乙醇生產的經濟和環境可持續性。此外，甘蔗收割時焚燒不需要的莖葉也會造成巨大的污染。如2006年在圣保羅州，大約250萬公頃甘蔗種植區有焚燒環節，約占甘蔗種植面積的70%。如果按同樣的焚燒比重來算的話，那么巴西種植甘蔗帶來的焚燒面積大約為490萬公頃。此外，甘蔗種植和乙醇生產過程中的水污染也不可忽視：無論是加工甘蔗過程中清洗甘蔗的環節，還是生產蒸餾過程中產生的酒糟排放環節，都會造成水污染。

　　其次，甘蔗種植面積的持續擴大帶來的土地利用變化被認為會造成更大的二氧化碳排放。2008年2月國際權威雜志《科學》（Science）載文指出，生物質能快速發展導致對農業用地需求量的增加，更多的土地被用于種植能源作物后，新的土地可能會被翻掘、耕種，擠掉現有作物，從而導致大量的二氧化碳排放。土地利用帶來的碳排放量增加主要源于三個方面：（1）原有地上和地下的生物質在燃燒或者分解腐爛的過程中釋放出來的二氧化碳；（2）在達到新的生態系統平衡之前不斷釋放的土壤碳，其要到達新的平衡可能需要20年甚至更長的時間；（3）因土地利用方式改變而喪失的原有植被下的碳封存量。可見，發展生物質能總的碳排放量除了基于生命周期評價法計算的生產生物質能過程中帶來的直接碳排放量外，還應包括能源作物帶來的土地利用變化導致的碳排放量。有關燃料乙醇和生物柴油生產帶來的土地利用變化的碳排放效應的研究表明，燃料乙醇帶來的碳排放量為34~56克/兆焦耳，生物柴油碳排放量為39~76克/兆焦耳。由于巴西主要生產燃料乙醇，因此若按燃料乙醇帶來的年平均碳排放量（45克/兆焦耳），那么僅按2010年生物質發電量280億千瓦計算，僅此一項造成的碳排放年增加量就將約為4.56億噸。

　　最后，巴西不同土地類型種植能源作物造成的二氧化碳排放量也值得特別關注。為了滿足生產乙醇等生物質燃料的需要，大量土地用途的改變可能導致大面積的森林砍伐，森林的減少使其吸收二氧化碳的能力降低，這與試圖通過使用乙醇燃料來減少二氧化碳排放的初衷背道而馳。有研究發現，砍伐森林而種植作物帶來的碳排放最高，如巴西的熱帶雨林如果被開墾用來種植甘蔗和大豆，其二氧化碳排放量分別可達248克/兆焦耳和616克/兆焦耳。有學者利用CENTURY模型模擬巴西熱帶森林變為甘蔗地后的碳排放效應，發現在最初耕種的12年中，土壤有機碳儲量下降了28%，耕作50年后下降42%。同等面積的森林所減少的碳排放量將比使用生物燃料所避免的排放量多2~9倍。考慮到這個機會成本，生物質能的排放成本超過化石燃料的排放成本。很多研究結果表明，相對于土地利用變化帶來的碳排放量，生物質能與化石燃料相比減少的碳排放量微不足道，可能需要幾十甚至上百年的時間才能實現碳平衡，這也就是常說的“碳回收期”。有研究甚至表明，到2020年，巴西由于甘蔗和大豆種植面積擴大而造成森林砍伐所增加的二氧化碳排放量需要250年才能通過生物燃料替代化石燃料來彌補，即碳回收期高達250年。

　　目前，巴西的森林面積仍在不斷減小。2000年巴西森林面積為5.25億公頃，而2015年下降到4.94億公頃（見圖8）。若按每公頃森林每天吸收二氧化碳1噸計算，森林面積減少使其二氧化碳吸收量減少101.24億噸，相當于一年內38.9億人次的二氧化碳排放量（以2016年巴西人均二氧化碳排放量2.6噸計算）。按照目前巴西生物質能的發展速度，在單產面積沒有顯著增加的情形下，未來甘蔗種植面積預期將繼續擴張，由此引起的土地利用變更和森林砍伐還有可能加劇。

　　除此之外，生物質能原料生產鏈中的氮氧化物排放、農業用地的過分使用、野生動物的消亡以及水資源的大量使用都是巴西發展生物質能不可忽視的問題②。正是由于生物質能生產會造成直接或間接的環境破壞，因此學術界對于生物燃料是否真正有利于減排仍存在廣泛爭議。

　　以上巴西生物質能發展可持續性的環境維度分析表明，生物質能不僅在生產過程中存在明顯的環境污染，更為重要的是生物質能原料———甘蔗生產造成的土地利用變化和森林面積減少所引發的碳排放效應、土壤結構退化等問題嚴重阻礙了生物質能發展的可持續性。

　　（四）巴西生物質能發展可持續性的技術維度分析

　　當前生物質能技術的發展主要經歷了三代。第一代生物質能主要是以糧食作物如玉米、小麥和大豆以及非糧食作物甘蔗、甜菜和菜籽等作為原料。這些原料在生產過程中不可避免地需要大規模地擴大種植面積、與糧爭地，可能引發糧食安全問題。第二代生物質能是以秸稈、草和木材等農林廢棄物為主要原料，通過纖維素乙醇技術、合成生物燃油技術、生物氫技術和生物二甲醚技術等合成生物質燃料，其中纖維素乙醇和合成生物燃油是最為重要的第二代生物燃料產品。但由于其技術成熟度不夠、生產成本過高，目前第二代生物質能還處于實驗室階段，真正進入商業化階段的項目極少。第三代生物質能則是以微藻為原料，故也被稱為微藻燃料。微藻作物可用在海洋或廢水中養殖，不會污染淡水資源，對環境污染很小。微藻作物可以生產生物柴油、生物乙醇、生物植物油、生物氫等生物燃料。

　　與第一代生物質能相比，第二代和第三代生物質能不僅不會造成與糧爭地、引發潛在的糧食安全問題，而且第二代和第三代生物質能對環境的污染較小，以秸稈、草等為原料甚至可以變廢為寶，有助于克服第一代生物質能生產造成的環境污染問題。因此，開發非糧燃料（第二代和第三代生物燃料）、實現原料多元化是發展生物質能的長久之路，也有助于解決生物質能的可持續發展問題。不過目前由于第二代生物質能用于分解纖維素的酶成本過高，而第三代生物質能即從海藻中提煉生物質能的研究還處于實驗室階段，油脂提煉難度極大，距離實現商業化還有很長的距離。

　　以上分析主要從經濟、社會、環境和技術四個維度討論了巴西生物質能發展的可持續性。從經濟維度看，無論市場需求還是市場供給都表明巴西生物質能發展可持續性較好，而在資源稟賦上巴西亦有顯著競爭優勢。從社會維度看，巴西生物質能的發展并未威脅到巴西的糧食安全，表明社會維度并不是巴西生物質能發展的障礙。從環境維度看，生物質能在生產過程中有明顯污染，而且生物質能主要原料甘蔗生產造成的土地利用變化和森林面積減少所引發的碳排放效應、土壤結構退化等會造成巨大的環境污染，對生物質能的可持續發展造成重大威脅。可持續發展要求在多種目標之間做出取舍，致力于將生物質能打造成“清潔能源”和“綠色能源”的巴西不應也無法忽視生物質能的環境污染問題。可以說，巴西生物質能未來的可持續發展取決于巴西能否解決好生物質能的環境污染問題。對于生物質能技術的分析表明，相對于第一代生物質能技術，第二代和第三代生物質能技術不僅可以變廢為寶，而且對于環境的污染較少。但由于技術成熟度和成本等問題，短期內第二代和第三代生物質能技術還不能完全取代第一代生物質能技術。若未來巴西政府能持續加大對第二代和第三代生物質能的研發投入，最終實現第二代和第三代生物質能的商業化，則生物質能可持續發展的最大障礙———環境污染問題就能夠得到很好解決，最終實現生物質能的可持續發展。

　　三、對中國的啟示和建議

　　面對能源日益短缺的現狀，大力發展以生物質能為代表的可再生能源成為中國調整能源戰略的重要方向。借鑒巴西等國的生物質能開發經驗對于中國制定正確的能源多元化與生物質能發展戰略意義重大。但是，中國與巴西在生物質能發展領域國情差異巨大，因此本部分先簡要比較兩國在生物質能發展領域的主要差異，然后結合中國國情，給出巴西生物質能對中國的啟示和建議。

　　（一）中巴兩國生物質能發展差異

　　目前中國和巴西都將大力發展生物質能作為調整能源戰略的重要選項，但兩國在生物質能開發領域的差異較大，主要體現在資源稟賦、能源政策、技術成熟度三方面。

　　1.資源稟賦差異。正如上文分析，由于地域遼闊、雨水充足，巴西甘蔗全年可種植并且種植面積持續擴大，使得巴西生產生物質能具有顯著的資源稟賦優勢。而中國發展生物質能的資源稟賦優勢不容樂觀。表1表明，目前中國在主要的生物質能原料如玉米、小麥和甘蔗的生產上均不具有顯著的資源稟賦優勢，使得中國在發展生物質能的原料選擇上相當有限，生產出來的產品也不具有競爭優勢。考慮到中國的糧食安全問題，發展以農作物剩余（主要是農作物秸稈）作為主要原料的生物質能具有較大的可行性。數據表明，中國是世界上秸稈資源最為豐富的國家之一，每年可生產數十億噸農作物秸稈。而據估測，秸稈熱值約為15000千焦/千克，相當于標煤的50%，即每2噸秸稈的熱量值相當于1噸標準煤熱量。秸稈發電是將秸稈原料送入蒸汽鍋爐中，用產生的蒸汽驅動蒸汽輪機，帶動發電機發電，這被認為是生物質能利用中最具開發潛力和利用規模的形式。并且，秸稈具有含硫量低等優點，其含硫量僅為0.38%，遠低于煤的平均含硫量1.0%。秸稈處理是當前中國農業與環境面臨的重大挑戰。若能大力發展秸稈發電技術，無論是對于解決中國秸稈處理引發的環境問題還是對生物質能產業的發展都有重大的益處。盡管目前秸稈發電技術還處于起步階段，但卻是具有廣闊前景的朝陽產業。

　　2.能源政策差異。在法律法規上，巴西是國際上首個立法推行生物能源的國家，并強制實施生物能源計。巴西明確規定了生物質能在汽油和柴油中的摻混比例，早在1931年巴西政府就頒布法令，規定在汽油中必須添加5%的無水乙醇。而中國盡管也頒布了《中華人民共和國節約能源法》《中華人民共和國可再生能源法》等法律法規，但在立法時間上遠落后于巴西，并且這些法律法規一般是針對所有可再生能源的共性，真正針對生物質能的較少；法規內容太過籠統，缺乏具體實施細則，并且多為鼓勵性質，缺乏法律強制性。在發展規劃上，巴西政府制定了詳盡的政策目標，先后制定了《生物能源計劃》《國家乙醇計劃》《國家生物柴油生產和使用計劃》等來規范和推廣生物質能的使用。這些政策不僅以法律形式確定了可再生能源在國家能源消費中的份額，還提出發展生物質能用于取暖、發電、交通等商業化領域，以實現規模化利用生物質能。而中國僅通過了強制性較弱的發展規劃，內容比較空泛且缺乏具體細則，并且同一時間內規劃的目標低于巴西。在經濟政策刺激方面，兩國都將政府補貼和稅收減免作為發展新能源的主要經濟刺激政策，但相對而言，中國的財稅政策缺乏強制性保障，減退稅額度設置缺乏系統性和明確性，并且目前還缺乏像巴西那樣完善的針對生物質能的信貸優惠政策。

　　3.技術成熟度差異。作為世界上唯一一個大量利用可再生能源來滿足能源需求的發展中國家，巴西利用淀粉和糖類生產乙醇的技術在世界上已經到達頂尖水平。除此之外，巴西還利用蔗渣、草類等纖維素生物質來生產乙醇（即第二代生物乙醇）。經過多年的創新研究和技術積累，巴西生物乙醇的加工和提純技術在世界上已經名列前茅。而由于起步較晚，目前中國以糧食為原料的燃料乙醇還處于推廣使用階段，以動植物廢油為原料的生物柴油處于試點示范階段，而以纖維素生物質燃料乙醇和以油料植物為原料的生物柴油還處于技術研發階段。可見，整體而言中國在生物質能技術水平上與巴西有明顯差距。

　　（二）巴西生物質能發展對中國的啟示

　　巴西生物質能發展對中國的啟示主要有如下三方面。

　　1.生物質能發展的推進速度要考慮到可持續性。目前很多國家在調整本國能源發展戰略時，都將大力發展生物質能放在優先的位置。中國可以有效借鑒巴西及歐美等國家的經驗，在發展生物質能過程中應基于可持續性目標對該產業的約束條件進行戰略高度的考量，據以制定有利于長遠發展的產業政策。這些約束條件主要包括糧食安全、能源安全、環境污染、生態平衡、技術水平等。與歐美等能源消費大國和巴西等農產品生產大國相比，中國在發展生物能源時，既沒有足夠充裕的原料儲備，在技術成熟度方面又存在一定差距，并且生態平衡僅能艱難維系。因此，在發展生物質能過程中，我們必須充分考慮到這些約束條件，在此基礎上推進生物質能的有序、可持續發展。比起巴西，中國的可耕地資源更為緊張，在發展生物質能的過程中更要避免出現“與糧爭田”“與民爭糧”的問題。

　　2.積極尋找自身具有資源稟賦優勢的原料，加大對生物質能技術的研發投入。在發展生物質能過程中，經濟性始終是各國政府考慮的主要因素之一。目前生物質能生產主要是利用植物作為原料。各國自身的地理條件和氣候等自然稟賦各不相同，植物種植的成本也不相同。如巴西利用甘蔗來發展生物質能的成本遠低于美國利用玉米和歐洲利用小麥的成本。因此，中國也應該結合本國及各區域的實際情況，種植更具有比較優勢的作物作為生產生物質能的主要原料。中國作為農業大國，各類糧食作物較為豐富，但均不具有顯著的資源稟賦優勢。并且由于人口眾多，中國若大力發展以糧食作物為原料的第一代生物質能，不僅可能造成與巴西類似的環境污染問題，而且還可能威脅到糧食安全。目前，政府部門應當加大對第二代和第三代生物質能的研發投入，發展以非糧食作物為原料的生物質能。原因在于中國第二代生物質能的原料如秸稈、草類等資源豐富，能為生物質能生產提供更為經濟的原料，而且不會引發與糧爭地、抬高糧食價格等糧食安全問題。并且，相對于第一代生物質能，第二代和第三代生物質能造成的環境污染較少，對于生物質能的可持續發展意義重大。

　　3.加強和完善中國有關生物質能政策的制定。為了推動生物質能的發展，中國已經陸續在法律法規、發展規劃、財稅政策和補貼政策層面推出了一系列政策措施，但相對于巴西和其他發達國家，這些政策舉措大多在內容上過于龐統，缺乏具體實施細則和可行性，法律法規缺乏強制性，發展規劃缺乏前瞻性。中國應該借鑒其他國家的生物質能發展經驗，充分考慮中國在發展生物質能上的優勢和劣勢，揚長避短，制定更加明確、系統的政策措施，充分結合各類政策工具的優勢，提高政策的可行性和有效性，從而最終推動生物質能在中國持續穩定的發展，減少傳統化石能源造成的環境污染，實現中國能源結構的多元化。

　　四、結論

　　伴隨著生物質能在國際能源中的地位提高，生物質能可能引發的糧食安全問題和污染問題引發了全球范圍內對生物質能產業可持續性問題的激烈討論。本文從經濟、社會、環境和技術四個維度對巴西生物質能的可持續性問題進行了考察，發現巴西在生物質能發展領域存在顯著的資源稟賦優勢，而且并未危及巴西糧食安全，因此巴西生物質能在經濟和社會發展可持續性問題上不存在顯著障礙。但巴西生物質能及其原料甘蔗在生產過程中存在大量污染，并且能源作物種植面積擴大引起的土地利用變化、碳排放增加會造成嚴重的環境污染。因此，環境可持續性是未來最有可能限制巴西生物質能可持續發展的因素。生物質能技術分析表明，第二代和第三代生物質能技術相對于第一代生物質能技術而言，不會引發潛在的糧食安全問題，并且對于環境的污染較少，甚至能夠實現變廢為寶。若巴西能夠加大對于第二代和第三代生物質能的研發投入，最終實現其商業化，則巴西生物質能的可持續發展前景看好。