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[中图分类号]D815 [文献标识码]A [文章编号]1004-3489(2012)05-0093-07
在应对全球能源和气候变化挑战的大背景下，生物燃料被认为具备双重功能：一方面，它能使能源供应多样化而有助于实现能源安全，进而降低石油进口国对能源进口的依赖及受全球高油价和价格波动的影响；另一方面，发展生物燃料等新的可再生能源，可能有助于减少温室气体排放，从而减轻气候变化及其影响。鉴于这些原因，进入21世纪以来，特别是最近几年，石油价格居高不下，许多国家纷纷出台相关政策，尤其是美国和欧洲推出补贴政策，推动生物燃料的生产。全球一度出现了趋于盲目的生物燃料热，其影响之广，甚至可比19世纪初期美国西部的“淘金热”。
生物燃料被视为能源安全、气候变化与粮食安全治理的多元汇合。然而，我们必须看到，利用粮食作物扩大生物燃料的生产引发了一个重要问题——它对粮食安全势必造成负面的影响。例如玉米、木薯、甘蔗和大豆等生物燃料原料，其种植需依赖土地与水等生产要素。对于世界上大部分地区来说，转移使用土地和水等稀缺资源生产生物燃料原料，无疑将加重对全球粮食安全的威胁。为理解生物燃料生产的内涵，本文将简单解释生物燃料的概念及其在能源领域的作用，然后分析生物燃料原料的生产对粮食安全的影响。
一、生物燃料生产的背景、过程及相关政策
现阶段生物燃料主要包括生物乙醇与生物柴油。生物乙醇的主要原料是甘蔗和玉米，亦用小麦、甜菜和木薯等，但比重较轻。它是通过微生物发酵将各种生物质转化为燃料酒精。它可以以一定比例(如5%、10%)与汽油混配制成乙醇汽油作为汽车燃料。生物柴油是指以油料作物(如油菜、棕榈等)、野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及动物油脂、餐饮垃圾油(地沟油)等为原料油通过酯交换工艺制成的可代替石化柴油，可用做锅炉、涡轮机、柴油机等的燃料。
(一)生物燃料生产兴起的背景
从能源治理角度看，生物燃料是被广为探索的可替代能源的一种。过去半个世纪以来，世界经济增长一直以不可再生能源为基础，全球初级能源中约80%来自化石燃料。[1]无论是发达国家还是发展中国家，日益增长的能源消耗正产生巨大的能源需求压力。国际能源机构预测，2002年和2030年之间，全球初级能源需求将增加近60%，达到16.5亿吨石油当量，其中，增量中的2/3将来自发展中国家。[2]由此看来，对能源需求的日益增长、不可再生能源的日渐耗尽以及气候变化和人口增长产生的其他严重制约因素，迫使国际社会积极探索新的高效环保能源。
从应对气候变化角度看，生物燃料被视做降低温室气体排放的途径之一。由于与能源生产和消费模式的联动关系，气候变化已成为国际能源议程的焦点议程之一。当前的主流观点认为，人类活动，特别是与日俱增的全球化石燃料消费排放了大量温室气体(GHG)，促使地表平均温度上升，进而引发气候变暖。为应对气候变化的负面影响，国际层面已制定了两大重要应对措施：减排和适应。生物燃料可在一定程度上实现对化石燃料的替代，抵消温室气体排放所导致的气候变化负面影响。因此，作为可再生能源，生物燃料的使用被视为潜在的减排措施之一。
(二)生物燃料生产链的三个阶段[3]
生物燃料生产链分为原料生产、原料转换和最终产品三个阶段(见图1)。
原料生产(上游)：包括种植和收获作物如玉米、大豆、甘蔗、高粱、油菜、棕榈、木薯等以及利用已建立的农业设施将由此产生的原料存储或运输到加工地进行转换。在该阶段，获得足够的土地和水资源是可持续性生产的关键。
原料转换(中游)：这一转化主要包括对原料进行预处理及加工，生物柴油是由植物油等通过酯交换工艺制成，生物乙醇则利用微生物如酵母菌及酶转化。
混合、分销和零售生物燃料的最终产品(下游)：生物燃料必须混合汽油(高品质的生物柴油除外)和运输，使之能在生物燃料泵出售。
一般认为，整个生物燃料生产链是一种劳动密集型的产业，就这个意义说，由于生产链长，其发展可能为农民尤其是小农提供一定的就业机会，增加收入，帮助扶贫。这也是一些发展中国家鼓励发展生物能源的原因之一。但是，生物燃料的生产势必占用土地资源和水资源，因此它带来的好处——就业与扶贫与它导致的劣势——对农业资源的侵占孰轻孰重还有待进一步的实践检验，笔者将在下文继续探讨。
图1 生物燃料生产链的三个阶段
(三)当前主要生物燃料政策
目前，全球主要高收入国家(人均收入水平在12 196美元以上)相继出台了生物燃料促进政策。以美国为例，鉴于含氧汽油比传统汽油的有害气体排放相对较少，美国政府于1990年出台《美国清洁空气法案修正案》，要求空气污染水平不达标地区使用含氧汽油。生物乙醇是含氧汽油的主要成分。2005年，《美国能源政策法案》(EPACT)制定了可再生燃料计划。它首次设置了一个可再生燃料标准(截止到2012年，在美销售的燃料中，用于汽油混合的可再生燃料必须达到约28亿升的目标)。《美国2007能源独立和安全法案》(EISA)随后建立了“可再生燃料标准计划”(RFS)，要求到2022年用于美国交通运输的可再生燃料必须达到36亿加仑(约136亿升)，这意味着美国生产的生物乙醇量需在2005年基础上增加9倍。尽管包括欧盟在内的其他国家立法也设置了生物燃料使用在总交通燃料使用中的最低比例，但美国立法则建立了生物燃料的绝对使用标准。欧洲委员会(EC)则于2009年通过《可再生能源指令》(RED)，[4]要求到2020年，生物燃料占交通运输汽油和柴油的比例最低达到10%。2009年出台的燃料质量指令还要求到2020年成员国交通运输燃料的温室气体排放量生命周期减少6%，这是一项间接影响生物燃料市场的举措。英国出台的《可再生交通燃料义务(修订本)指令》(RTFO)规定，到2013年，总交通运输燃料中的5%须来自可再生能源，并与《可再生能源指令》相一致。
不少国家对生物燃料生产制定鼓励政策，尤其针对用于交通运输的生物燃料制定了特殊优惠政策。这些政策的共同之处包括：对生物燃料提供补贴、减免税赋、制定强制的混合要求(blending mandates)、给予研发资金支持等激励措施。目前有31个国家确定了混合目标，至少有19个国家和地区包括10个欧盟国家和4个发展中国家采纳了燃料免税和生产补贴政策。然而，在一些国家，由于生物燃料的产能过剩或政策支持减少，已经导致了一些生物燃料生产厂家的倒闭。
总的来说，上一段时期，各国政策的主要目标是：通过降低对进口石油的依赖提高能源安全水平；通过促进可再生能源的发展、生产与使用，力图减少温室气体排放从而减缓气候变化；通过扩大相关生物能源作物种植，增进部分农民特别是小农的收入并促进农村经济发展。
二、生物燃料对实现能源安全与应对气候变化的影响
作为可再生能源类别之一的生物质能源(bioenergy)可分为三个子类：传统生物质能源(traditional biomass)，如使用薪柴、秸秆、动物粪便直接烧火取暖做饭；现代生物质能源(modern bioenergy)，如使用农、林废弃物或者专门种植的生物能源作物发电；生物燃料(biofuel)，包括生物乙醇(bioethanol)和生物柴油(biodiesel)等。
(一)生物燃料在全球能源消费中的比重
根据国际能源署(International Energy Agency，IEA)的预测，全球84%的能源消费仍将来自化石燃料(石油、煤和天然气)，这种格局将保持到2030年，[5]而可再生能源在全球终端能源消费中的份额还不高。图2①显示了2009年可再生能源占全球终端能源16%，其中，生物燃料只占可再生能源的0.6%。
生物燃料在全球燃料消费中只占很小的份额。2010年，生物燃料在全球交通运输燃料消费中约占2.7%，但在某些国家所占比例较高，例如，美国占4%、欧盟占3%，而在巴西，生产乙醇占41.5%。[3]美国是世界上最大的生物燃料生产商，其次是巴西和欧盟。尽管产量持续增加，生物柴油的增速在2010年再次放缓，而生物乙醇生产增速则有较大回升。
(二)当前全球生物燃料的生产及消费趋势
当前，生物燃料生产增长较快，但在全球燃料消费中只占很小的份额。从生产上看，2010年，世界生物燃料生产增长13.8%，生物燃料占全球初级能源消费总量的0.5%，增长主要来自北美洲(17.7%)、南美洲和中美洲(14.2%)。南美洲和中美洲这两大地区占有全球生物燃料生产的3/4。2010年，包括美国、巴西、德国、法国和中国等在内的生物燃料产量最高的15个国家，总计生产了约1 050亿升的生物燃料，其中，美国产量为500亿升，占全球生物燃料生产总量的48%。根据资源和技术的实际情况，各国最优能源结构也不相同，有的国家某一种非化石能源形式多一些，如法国的核电、丹麦的风电、挪威的水电、巴西的生物燃料等。
根据国际能源署预测，就生物燃料本身而言，在一定的政策和投资力度下，世界范围内到2030年交通运输所使用的燃料9%将来自生物燃料。[6]当然这只是平均水平，各个国家根据自己的资源、技术、经济可行性，会有相当大的差别。按英国石油公司预测，[7]到2030年生物燃料(主要是乙醇)的产量将从2010年的每日180万桶增长到每日超过650万桶。美国、巴西将继续主导生产，到2030年两国将共占全球总产量的68%；而美国和欧洲将引领消费增长。
(三)生物燃料对应对气候变化的影响估测
基于原料和生产技术不同，生物燃料对温室气体排放量的影响差异较大。有估测认为，相对于化石燃料，美国从玉米提取的生物柴油能减少温室气体排放量10%-30%，欧盟从油菜籽提取的生物柴油能减少温室气体排放量40%-60%，巴西从甘蔗生产的生物汽油减少温室气体排放量80%-90%，利用植物纤维素等第二代生物燃料估计能减少温室气体排放量80%-90%，但目前尚不具备商业化可行性条件。有人担心，若在新开发土地上扩大生物燃料原料种植，或替代现有其他作物生产，可在一定程度上抵消温室气体排放所致的气候变化。
总之，生物质能作为替代能源有其局限性，不可能成为单一的替代能源，也不可能成为主要的替代能源。不少专家根据目前发展趋势预测，未来能源结构将呈现多元化格局，在未来相当长时间内，化石燃料与非化石燃料并存，而化石燃料本身(石油、天然气、煤炭)将继续呈现多样性，非化石能源(核能、水能、风能、生物质能、太阳能等)多样化的趋势则十分明显且发展加快。
图2 2009年可再生能源占全球终端能源的比重
三、生物燃料对粮食安全的影响
联合国粮食和农业组织(Food and Agriculture Orgization of the United Nations，FAO)对粮食安全的定义涵盖四大要素：(1)可供应性——通过国内生产或进口(包括粮食援助)，政府和市场可维持足够数量和质量适当的粮食供给；(2)可获得性——个人拥有足够的资源(权利)获取适当的有营养的食品；(3)可利用性——有适当饮食、清洁水、卫生与公共健康标准，充分利用食物，以达到所有营养需求，得到满足的福祉状态；(4)稳定性——为了实现粮食安全，国民、家庭或个人须在任何时候都能获取充足食物，而不应受到由于突如其来的风险(如经济危机，灾害)或周期性事件(如时令食品不安全)导致失去粮食可获得性的后果。
今后较长的时间内，生物燃料对实现能源安全贡献并不显著，对气候变化的影响也尚难厘清，而其对粮食安全的冲击却十分明显。依靠粮食作物为原材料的第一代生物燃料弊病明显，主要原因是大量农业用地被转化为生物燃料用地，大量本可用做食品的农产品被用于生物燃料生产，出现了生物燃料“与人争粮，与粮争地”的局面。
(一)生物燃料与粮争地
土地是生物燃料原料生产的最重要因素。保证生物燃料在全球市场的长期盈利能力的一个先决条件是农业用地的结构性转型。这意味着要进行生物燃料的原料生产就要大面积推广和大规模种植单一作物以达到经济效益最大化，[8]进而意味着大片土地要进行集约型改造。
根据联合国粮农组织分析，短短几年全球用于生物燃料作物生产的土地从1%上升到3%-4%，5%的谷物产出、9%的植物油产出被用于生物燃料生产。其中，巴西相关农业用地从5%上升到10%，甘蔗产量从50%上升到65%；美国相关农业用地从2%上升到5%-10%，玉米产量从30%上升到40%；欧盟相关农业用地从1%上升到12%-16%，油菜籽产量将从60%继续上升。在巴西、美国和欧盟，大量农作物产品被用于生产生物汽油，分别有50%的甘蔗、30%的玉米和60%的芝麻籽被用于生产生物燃料。在全世界范围内，大约5%的谷物(以玉米为主)和9%的植物油被用于生产生物汽油；2005-2007年间，超过一半以上的农作物商品总需求来自生物燃料生产。[9]
(二)生物燃料与粮争水
水资源是生物燃料原料生产的另一个重要因素。水在生物燃料原料的种植阶段和生产加工两个阶段都起着重要作用。由于生物燃料的生产对环境造成一定的影响，往往要求对这些生物燃料项目进行水的质量和数量方面的更多的监测和保护。作物的种类、栽培方法和灌溉方式以及某种特定的生态区域，不管是半干旱地区还是丰水的地区，都决定了其对水资源的利用竞争。此外，生物燃料来源于农业，而农业是一个高度耗水的行业，每年农业消耗掉的水资源高达70%，在生物燃料的生产过程与运输过程中消费掉的水资源也是巨量的，生物能源的开发与利用难免导致与粮争水的后果。
当然，资金、信贷和市场的准入等亦是生产生物燃料的主要资源要素和制约因素。对于发展中国家的为数众多的小农来说，这些因素尤其重要，但却往往在决策过程中被忽略。
(三)生物燃料导致“车-地之争”，间接导致粮价上涨，损害穷人福祉
由于能源市场的产业规模及其先决条件和大规模投资实力，发展中国家的小农很少能参与生物能源市场的竞争。而发达国家政府鼓励和贴补生物燃料生产的政策，必将导致发展中国家小农在能源市场中的权益失衡局面进一步加剧。
联合国粮农组织专家认为，现行的全球生物燃料政策可能导致世界进入“车-地之争”，[10]对于粮食价格冲击巨大。任何原本用于粮食或饲料生产的农业用地转为生物燃料作物生产，都将因原料竞争而从源头影响粮食价格。“与车争地”之战使发达国家汽车主轻而易举地给其油箱灌满用200公斤玉米转换的50升生物燃料，而这200公斤玉米足以养活一个普通人一整年。无疑，汽车主的购买力大大高于发展中国家受粮食不安全影响的贫困者，从而使后者在这个缺乏规则约束的世界格局下节节落败，成为直接的受害者。
专家认为，生物燃料对粮食安全有较大影响。2002年6月至2008年6月，粮价在此期间激增约70%-75%，同时，由于能源价格上涨(和由此引发的化肥和运输成本增加)和美元疲软，导致粮价上涨约25%-30%。世界银行发展前景部首席经济学家戴维·米彻尔(David Mitschell)曾指出，从2002年1月至2008年2月，世界银行的粮食价格指数上升140%，其中，3/4的上涨原因来自生物燃料导致的粮食库存减少、土地大量转移、投机活动及出口禁令。他认为粮价上涨是多种因素汇合所致，但最重要的因素是美国生物燃料的生产大幅增加，其中玉米产量的25%用于生物乙醇生产。而在欧盟，47%的植物油被用于生物燃料的生产。由于其他因素变化不大，若无生物燃料大幅增加，全球小麦和玉米库存将不会明显下降，价格不会大幅上涨。[11]英国政府的独立评估(the Gallagher Review)发现，由于生物燃料的需求日益增加，目前生物燃料生产增长，间接导致粮价上涨，损害穷人福祉。[12]
四、政策建议
生物能源是一把双刃剑，发展生物能源的机会与风险并存。它的生产可能为农民特别是小农提供一些就业机会，增加他们的收入；相对于化石燃料而言，它的推广使用，可以减少二氧化碳的排放。不过，若政策失当，管理不善，其风险明显存在：一是对能源安全贡献有限，二是对减排和气候变化影响不确定，三是对农业及粮食安全冲击严重。因此，国际社会需调整公共政策，减少由发展生物燃料带来的粮食安全风险——粮价居高和波动、贫困和饥饿加剧、环境破坏恶化。生物能源生产国需要在国际和国家层面协同努力，制定出一个明确战略，磋商并确定一套优先政策。笔者的政策建议主要包括以下三方面：
(一)推动制定全球生物能源战略
在粮食安全与能源安全之间，粮食安全占第一位。生物燃料的前景不仅与本身的经济性有关，还直接影响粮食安全。如果政策失当，就会导致“车与人争粮”的局面，因为生物燃料原料作物主要靠扩大种植面积增加供给。因此，国际社会应考虑推动制定一项协调粮食安全、能源安全和应对气候变化的全球生物能源战略。
1.在国际层面承诺停止进一步扩大利用粮食生产生物燃料，直到相关国际准则缔结并通过为止。第一，暂停所有配额、混合要求、税收优惠和其他人为保持生物燃料市场的政策，直到指南被采纳为止。第二，承诺促进“不与粮争地”的行为规范，逐步淘汰参加生物燃料原料生产的农户补贴。第三，明确政策的核心要以人为本，特别强调有利于保护小农的利益以及有利于推动在复杂生态环境中从事农业耕作的农民的利益，防止在推广生物能源中由于单一作物种植而破坏生物多样化。
2.在国家层面需回顾并反思当前的国家生物燃料政策，如减少补贴、降低关税将避免生物燃料过猛增长，放缓生物燃料产量增长将更好地理解和防范风险。第一，以确保粮食安全为优先。未来对未开垦土地的集约化农业生产或扩大利用应着眼于发展粮食生产，而非生物燃料作物生产，尤其不应用于液体生物燃料生产。第二，土地使用政策。改变土地用途的政策应旨在防止破坏高碳储量，从而消除或减少有害的直接或间接改变土地用途的情况。第三，奖励适当。首选方案：取消目标，强制混合，停止人为推动的市场配额和税收减免政策。中国政府明确提出“不与人争粮、不与粮争地”的政策具有前瞻与现实的意义，关键在于如何在国际、国内推广，把政策变成可操作与可监控的举措。
(二)新技术助推生物燃料生产
日趋严峻的世界粮食形势让以玉米、小麦等粮食作物为生产原料的第一代生物能源渐失优势，而以非粮作物乙醇、纤维素乙醇和生物柴油等为代表第二代生物燃料相继出现，第二代生物燃料遵循不“与粮争地”，不“与人争食”的路线，逐渐主导未来生物能源产业的发展方向。我们应该借力推动绿色经济进程的机遇，努力扩大对第二代生物燃料的研发投资，推动以非粮作物和农林产业废弃作物纤维为原材料的技术的实用化。目前全球至少有12个国家已投入研究纤维生物酒精提炼技术，仅仅美国就有十来家商业公司。意大利的Mossi & Ghisolfi集团公司于2011年4月建立年产1 300万加仑(49 000立方米)的纤维酒精提炼厂。该项目目前为全球规模最大，是现有最大型示范项目能力的10倍。[13]从生产周期看，第二代生物质能源具有温室气体排放低，可持续性潜力大的优势。
(三)要强调能源的多样化
生物燃料只是多种可再生能源的一种选项，它作为替代能源有其局限性，不可能成为主要的替代能源，更不可指望其成为单一的替代能源。要因地制宜，把生物能源作为能源多样化的一环。各国应弄清家底，测算出未来几十年甚至更长时期内本国最优能源结构，然后实施相应的政策措施来实现。发展可再生能源就是发展民生、维护能源安全，减少温室气体排放的有效手段。可再生能源本身的经济性与化石能源(以石油为代表)的价格密切相关。短期内，可能产生显著经济效益，但如果超出了资源本身限制，盲目推动生物燃料生产，设立过高的生物燃料指标，即使不与本国粮食争地，也会通过进口生物燃料转嫁短缺，从而对地区和全球粮食安全造成负面影响。
作者感谢联合国粮农组织李轩等同事对文献收集与整理的大力协助，感谢中国社会科学院世界经济与政治研究所冯维江副研究员对文章图表所做的技术处理。
注释：
①图2是基于2009年的以下数据：(a)全球终端能源消费8 340万吨油当量，包括传统的生物质能，这是从2008年的8 428万吨油当量统计派生的(国际能源署，2010年世界主要能源统计：国际能源署/经合组织，2010)，然后调整(向下)2009年在英国石油公司(伦敦2010年世界能源统计回顾，2009年全球初级能源的使用-1.1%的速度增长：2010年6月)；(b)传统生物质能800万吨油当量。REN21。
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