作者:蔣高明(中國科學院植物研究所首席研究員、聯合國教科文組織人與生物圈中國國家委員會副秘書長)
生質能源「能源草」的開發既不能解決氣候問題,也不助緩解能源危機,應避免對「能源草」誇大其詞的宣傳,並以科學的態度對待此問題。
能源危機給人類社會的可持續發展帶來嚴重威脅,過度燃燒化石能源造成的溫室效應,更引起了世界各國科學家、政府的高度關注,於是,人們開始將目光投向生質能源,期待借助它來破解能源危機。在開發生質能源的熱潮中,一種叫做「能源草」的植物最近成了明星,屢屢見諸報端,幾乎成了解決能源危機的「救命草」,但實際上卻有著很大的炒作成份在裡頭。「能源草」既不可能像傳說中的那麼神奇,也算不上有百利而無一害。
這還要從生質能源的本質說起。生質能源是人類最早利用的能源之一,它其實是植物通過光合作用固定的太陽能,這部分能量以碳水化合物的形式最初由綠色
植物固定。廣義的生質能源應包括植物、動物、微生物體內含有的生物化學能,從這個角度來看,煤炭、石油、天然氣就是地質歷史時期的生質能源。然而,我們今天理解的生質能源,一般是指植物最近一兩年固定的碳水化合物,即可以直接燃燒的生化產物或動植物殘體,如油料、秸稈、木屑、樹皮、枝條、藻類、人和動物糞便等。如果不特殊界定,生質能源是以植物材料為主的。
只要陽光照耀大地,綠色植物就能夠進行光合作用,固定太陽能,這就是人們希冀的生質能源,地球上約50多萬種植物都具備這個基本功能。然而,從利用的角度來看,只有那些光合速率快、葉面積指數高、生物量足夠大,且容易收集運輸的植物才是理想的能源植物。「能源草」可能就是這個概念的最初來源。
植物進行光合作用的途徑有C3、C4和CAM
三種,其中以C4植物光合效率為高,包括甘蔗、玉米、高粱等。就生物量而言,在自然生物群落中,最高的是熱帶雨林,達35噸/公頃/年,即每年每畝產生2.33噸乾物質。但在人工條件下(大肥、大水、高密度),植物生產力還可提高。山東農業大學創造的最高記錄為,玉米和小麥地上部年生物量4.4噸/畝(或66噸/公頃)。可見,即使有
「能源草」這樣的植物,也必須具備這樣幾個基本條件:高光效的C4途徑,栽培過程中使用大化肥、大水分,並保持相當高的種植密度和強度。
讓我們用上面的標準來衡量一下「能源草」。有媒體報導,福建農林大學培育的「能源草」,屬用來培育菌類的禾科(應為禾本科)植物,為菌草的一種,稱作「巨菌草」。每畝「能源草」產量約7噸,發電量相當於3~4噸標準煤。
在植物分類系統中,根本不存在叫「菌草」的植物。從報導的材料看,「能源草」疑似為一種高光效的C4植物接種了某種真菌,促進了根系對養分的吸收。自然界中,生物與生物之間存在各種關係,其中以競爭和共生關係比較普遍。豆科植物的根瘤菌就是固氮菌與豆科植物共生的典型例子。禾本科植物與其他菌類在自然狀態下共生的例子較少,但可通過人工接種實現兩者的共生。接種菌根後,植物增強的是對養分的吸收,但不能改變光合作用途徑。根據目前最高的生物量(4.4噸/畝)記錄,「能源草」每畝能夠產生7噸的生物量是值得懷疑的。也許在熱帶環境下,連續種植三季,且保證大量的化肥和機械投入,勉強能夠達到。但是,要實現上述目標,投入的化學能必須足夠大,並耗費大量的人力,這就背離了以「能源草」替代煤炭的初衷。
有人介紹,相對於農作物,「能源草」的優勢是其可再生性,且生長週期短,可反覆收割,更重要的是它可以在荒地上生長,不會擠佔耕地。實際上,「能源草」面臨的問題和作物秸稈一樣,具有分散,密度小,收穫成本高的弱點。如果沒有路、電、水、肥、機械等基本條件,在「荒地」上搞「能源草」,上面宣傳的7噸產量則難以實現。其實,所謂「荒地」是那些能夠生長自然植被的地方,是生物多樣性分佈的重要場所。目前,我國自然生態系統面臨全面退化危險,我們不能為眼前的經濟利益而犧牲更多的生態環境。
相對於上面的「能源草」誇大宣傳而言,中國農業大學專家提供的「能源草」清單則相對科學一些。他們心目中的「能源草」,為一兩年生或多年生草本或半灌木,包括甜高粱、柳枝稷、芒屬植物等高大植物,具有耐旱、耐鹽鹼、耐瘠薄、適應性強的特點,可在乾旱、半乾旱地區、低窪易澇和鹽鹼地區、土壤貧瘠山區和半山區種植。在他們的「鼓動」下,北京市已著手在京郊大興、昌平等區縣廢棄沙荒地上種植,用來生產乙醇等生物質燃料。儘管如此,正如上面分析的那樣,「荒地」其實不荒,在乾旱、半乾旱區種植受環境條件限制,實際效果可能不會像專家期望的那樣理想。
儘管「能源草」可在一定程度上緩解能源危機,但其存在的缺陷也應引起高度關注。企業大規模生產能源草,仍可能擠佔耕地,開荒則破壞生物多樣性,造成自然生態系統退化。另外,相比種植經濟效益低下的農作物,如果種「能源草」有利可圖,農民就不可避免地爭相種植,從而發生能源植物與糧爭地的局面,對國家的糧食安全造成影響。
更何況,既然「能源草」能利用,為何不直接去利用國家每年約7億噸的作物秸稈呢?這些秸稈在田間地頭被農民直接焚燒,造成極大的能源浪費和環境污染。捨棄現成的秸稈不用,再去搞種草,顯然是「逐本求末」。另外,認為「荒地」就可以隨心所欲地開墾更是迷思。至於那些不切實際的宣傳更應當制止。為此,我們呼籲,在「能源草」問題上,國家有關部門一定要慎重,避免誇大其詞的宣傳,以科學的態度對待「能源草」。
※ 本文轉載自中外對話網站,原發表日期2008年9月3日
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