本文將從幾個(gè)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(guó)總能源需求的十分之一，比風(fēng)能、太陽能、水電、地?zé)崮芗悠饋磉€多。生物質(zhì)能的優(yōu)點(diǎn)在于易于儲(chǔ)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(yù)見，隨著世界人口的增加，對(duì)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(zhēng)奪土地?？紤]到全球雨林、植物、土壤的碳儲(chǔ)存的相互影響，這種對(duì)土地的爭(zhēng)奪可能反而導(dǎo)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(zhǔn)確計(jì)量，學(xué)術(shù)界對(duì)采取什么樣的假設(shè)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(zhēng)議。
一些學(xué)者根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品和林業(yè)在國(guó)際市場(chǎng)上的交易狀況，從經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度估計(jì)全球可用于生物質(zhì)能的燃料總量。據(jù)估計(jì)，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(yù)測(cè)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(shí)能多大程度上保護(hù)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(fèi)就必須有明顯的下降。我們甚至可以計(jì)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(fèi)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(huì)帶來巨大的風(fēng)險(xiǎn)。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(fēng)險(xiǎn)。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(yīng)該繼續(xù)擴(kuò)大來自農(nóng)產(chǎn)品和樹木的生物質(zhì)能的利用。
優(yōu)先使用廢料和垃圾
我們應(yīng)優(yōu)先使用廢料和垃圾作為生物質(zhì)能的原料，它們對(duì)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(guó)際貿(mào)易要少得多，因此更易于估算能源潛力。在德國(guó)，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(dòng)物糞便等，廢料和垃圾能夠滿足德國(guó)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(fù)雜，相應(yīng)的設(shè)備也必須根據(jù)所選擇的原料做出調(diào)整。當(dāng)然，如果基于生物質(zhì)的產(chǎn)品在設(shè)計(jì)時(shí)，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(shí)的處理難度。
生物質(zhì)能+碳分離
為了實(shí)現(xiàn)《巴黎協(xié)定》中定下的氣候目標(biāo)，我們最晚必須從本世紀(jì)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(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)：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(zhǎng)期封存地下，從而同時(shí)實(shí)現(xiàn)發(fā)電、發(fā)熱、固碳三大目標(biāo)。
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(zhǎng)期穩(wěn)定的碳化合物，類似木炭），和利用化學(xué)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(shí)間都不明確。為了滿足二氧化碳分離量的要求，應(yīng)該將多種技術(shù)組合使用。在IPCC的預(yù)測(cè)的許多未來圖景中，BECCS的應(yīng)用約為300EJ每年，相當(dāng)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(yùn)輸成本，只有大型設(shè)備才值得這么做，因此，必須調(diào)整生物質(zhì)能目前應(yīng)用分散的情況。
生物質(zhì)能與社會(huì)、生態(tài)的協(xié)同發(fā)展
如果一項(xiàng)政策想大規(guī)模擴(kuò)大生物質(zhì)能的應(yīng)用，就必須確保它對(duì)社會(huì)和生態(tài)不會(huì)造成不良后果，并切實(shí)對(duì)氣候變化做出貢獻(xiàn)。對(duì)于生態(tài)問題、社會(huì)接受度、減排來說，選擇何種原料，及該原料對(duì)土地利用的影響至關(guān)重要。一項(xiàng)特別的挑戰(zhàn)在于非直接土地利用變化（Indirect Land Use Change, ILUC），即當(dāng)生物質(zhì)能的原料價(jià)格上漲時(shí)，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(jì)方法或經(jīng)驗(yàn)推測(cè)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(jìn)行，這就導(dǎo)致人們對(duì)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(shí)滿足生態(tài)和社會(huì)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(jì)和廢品經(jīng)濟(jì)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(dǎo)機(jī)制間協(xié)同變得不可忽視。
一個(gè)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(jià)格。長(zhǎng)期看來，理想情況下應(yīng)該將所有經(jīng)濟(jì)活動(dòng)產(chǎn)生的溫室氣體排放都納入價(jià)格體系中。這將推動(dòng)土地和能源利用更加環(huán)境友好，且會(huì)讓砍伐樹林失去經(jīng)濟(jì)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(jià)格難以實(shí)現(xiàn)。不過，越來越多的國(guó)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(jià)體系形成之前的過渡時(shí)間里，我們可以仍然采取許多措施。對(duì)于國(guó)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(yīng)并最小化碳排放。對(duì)于進(jìn)口生物質(zhì)能，為其提供認(rèn)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(rèn)證，獲得認(rèn)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(gè)值。由于德國(guó)實(shí)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(dān)。只有在使用通過認(rèn)證的生物質(zhì)能時(shí)，才能算作使用了可再生能源。除了溫室氣體排放之外，社會(huì)影響、生態(tài)影響之類的其他標(biāo)準(zhǔn)也可以納入生物質(zhì)能的可持續(xù)性認(rèn)證中。
為了使德國(guó)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的生物質(zhì)和進(jìn)口生物質(zhì)能平等交易，同時(shí)為了考慮國(guó)外生產(chǎn)的生物質(zhì)的溫室氣體排放，進(jìn)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(jiǎn)單來說，如果進(jìn)口的燃料不需要為碳排放付費(fèi)，相對(duì)于需要為碳排放付費(fèi)的燃料便具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，因此德國(guó)對(duì)這部分燃料會(huì)額外收稅以使其與國(guó)內(nèi)燃料公平競(jìng)爭(zhēng)。
為能源系統(tǒng)服務(wù)的生物質(zhì)能
未來，生物質(zhì)能應(yīng)該服務(wù)于整個(gè)能源轉(zhuǎn)型的進(jìn)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(yīng)首先承擔(dān)其他能源無法承擔(dān)或承擔(dān)起來成本過高的責(zé)任。一些重要的應(yīng)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(fēng)力發(fā)電帶來的波動(dòng)性，并支撐能源系統(tǒng)度過太陽能、風(fēng)能貧乏的時(shí)間段。對(duì)于難以實(shí)現(xiàn)良好保溫的建筑，生物質(zhì)能供熱也是個(gè)不錯(cuò)的方案。
未來哪個(gè)領(lǐng)域?qū)⑹紫葢?yīng)用生物質(zhì)能，將主要決定于以下三個(gè)方面的發(fā)展：
·碳捕捉與儲(chǔ)存（CCS）是否會(huì)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(xiàng)技術(shù)，就必須驗(yàn)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(dá)成氣候目標(biāo)。如果支持CCS的應(yīng)用，就必須從現(xiàn)在開始建設(shè)二氧化碳運(yùn)輸和儲(chǔ)存的基礎(chǔ)設(shè)施，并發(fā)展BECCS設(shè)備。如果我們希望在本世紀(jì)后半葉通過BECCS達(dá)成氣候目標(biāo)，大型的BECCS設(shè)備就必須在接下來的十到二十年間投入運(yùn)營(yíng)。
·由木質(zhì)纖維素制成的液態(tài)生物質(zhì)燃料是否、何時(shí)被市場(chǎng)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(jī)、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(chǎng)接受，還需要進(jìn)一步的技術(shù)發(fā)展。
·熱電聯(lián)供系統(tǒng)的建設(shè)。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(yīng)工業(yè)或城區(qū)的大型設(shè)備也可以在與CCS結(jié)合的情況下長(zhǎng)期運(yùn)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(duì)熱網(wǎng)的投入。
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