生物能源的前景有没有被高估？ 孙亚飞，分子美食家/专栏http://zhuanlan.zhihu.com/renchouduodushu 这几天专门找跟老师和朋友们又讨论了一下，基本的结论是这样的： 这事不能一概而论。 先来看一张图。 这位技艺娴熟的挖掘机君在撸什么呢？ 如果参观马来西亚的棕油巴，图片中的这种事情是非常常见的，冒着青烟的挖掘机正在孜孜不倦地清理着棕榈空果串——什么叫空果串（EFB，empty fruit butches）呢，其实就类似与我们吃完一串葡萄剩下来的一堆梗，棕榈果脱落后就是空果串。 空果串的产量非常庞大，其干重大约与果重相当，由于棕榈油第一步打果工艺是要先泡煮的，所以新出锅的空果串都是湿漉漉的，重量就比干重大多了。这种副产品在棕油的生产地来说，已经让棕油巴的园主们头疼不已……怎么的呢？一是这东西湿乎乎地没法当柴烧，马来西亚和印尼这些产油大国空气潮湿的日子多，这东西根本干不了，只能堆着；二是一旦下雨，雨水就跟过了一遍 EFB 的色谱柱一样，萃取出来各种含氮硫磷的水溶物，流的满地都是，然后散发出来一阵浓郁的气味，周围的居民就开始向环保部门举报了。 不少当地的应用研究机构都在设计综合处理 EFB 的方案，比如 MPOB，马来西亚棕油总署就有一些 EFB 还田施肥的技术。到目前为止，如果去马来西亚参观那些样板厂，专家们一定会给游客们描述一个非常光明的前景，但如果真的实际去棕榈园，就可以发现这根本不实际。棕榈种植园的面积覆盖范围极广，个人见过最大的连片棕榈园有三万公顷（300 平方公里），所以棕榈园里那些菲律宾尼泊尔柬埔寨等地的工人们都是开着车去摘果子的，EFB 是粗纤维，肥力又不高，堆得哪儿哪儿都是，最后工人们别说摘果子了，开车都费劲，而且施肥工人通常是女工，使用 EFB 有机肥意味着更大的施肥量，对体力也是很大的挑战。 所以，没办法了，很多棕油巴就是这么看着 EFB 慢慢地长了起来，开始跟坟头一样，后来就跟秦始皇陵似的了；还有的棕油巴贴钱给送原料的司机，卸完一车果子拉走一车 EFB，找个没人的地方一倒，环保部门也抓不到。 要是现在弄个成熟的技术跟这些棕油大亨们吹个牛，把他们的 EFB 全部转化成生物质能源，您猜他们会怎么想？反正我是觉得，把我们手上的技术搞好，我可以不靠身体就能找到干爹。 那么生物质新能源有没有被高估呢？ 首先取决于观察者的角度。 正如 @龙文章 所说的，化石能源其实还有很多，自打我记事的时候就听说因为石油快用完了，伊拉克去打科威特了，但是这一晃又是二十多年了，石油非但没用完，探明量增加没增加先不纠结，老美的页岩油技术又把整个能源局面彻底搅乱了。只是在地球最表面一层几千米钻孔的人类到目前为止根本弄不清楚地底下到底还埋了多少化石能源，也弄不清楚将来还会有什么技术出现，所以如果说，因为化石能源面临枯竭，生物质能源可以接力，这样的说法显然是高估了。 但是，如果从废物利用的角度来说，生物质新能源的前景还远没有被发掘。就说 EFB 的问题吧，相关的转化技术层出不穷，比如最简单的技术方案是针对其含水量高的问题，采用高压压制的方式脱水成型，压制好的 EFB 饼就可以用来燃烧了。但这一产品不像棕油渣（将棕油果榨完油之后得到的副产品，其中还有残余的油脂）热值那么高，工业用途很有限。采用传统方法制沼气的方法也有被尝试，不过效果也不理想。所以直到现在，大多数棕油巴仍然只能用传送带把 EFB 一个个地送到废物山上，还得雇个某翔的毕业生把挖掘机开上去，像上面图上那样去平整。那么，从这个角度来说，生物质新能源技术的潜力实在还大得很。 其次取决于不同的技术。 看到@王小卫的答案中很详细地描述了生物质乙醇的产业实况，也表达了对这一技术的担忧。实际上这也是大多数业内人士都在关注的问题，那就是用粮食（主要是玉米和木薯）来解决能源问题真的很靠谱吗？ 玉米制酒精的技术如果持续发展，那么必然会产生新的粮食问题。美国适合种植玉米的面积大，人口又少，机械化程度还高，所以这个问题对他们而言不算太严重，只需要在生产过程中进行适当的补贴，就可以把玉米酒精的工业培育起来。这些年中国也是有样学样，用补贴的方式发展了这一技术，乙醇的产量在不到十年的时间里翻了好几倍。但就在我们总量尚不及美国的十分之一时，粮食问题就开始爆发出来了，国内找不到地方种粮食了，玉米也开始净进口了。这个过程每每会让我想起《文明 4》里的玩法，人口小于 5 的时候，随便放弃个农场换成山头或者干脆养个工程师什么的都不叫事儿，但要是人口都 20 了，放弃个农场试试？所以，采用玉米生产乙醇的工业技术解决能源问题，对于现阶段的中国来说是有高估风险的。 但是生物质新能源的技术并不只是这一项，其他的技术也很多。诺维信目前在重点推的纤维素制乙醇技术，就可以绕开粮食的问题，采用秸秆来获取乙醇，当然也可以顺手把 EFB 的问题解决了。但是，这个技术的问题在于，酶实在太贵，这种方法生产乙醇的成本比用玉米作原料还高，所以很难工业化。到目前为止，中国这一技术的产能有数万吨，多数都是地方政府主导并支持的产业，实际开动的基本没有，因为赔本的生意谁也不会做，安装生产线的目的就是为了拿补贴。但是，我们认为这一技术目前还是被低估了，成本高的问题是暂时的，诺维信通过垄断技术可以保持高收益，但技术是有期限的，专利保护 20 年后模仿者便可以跟进，促使成本的下降。从目前的重视程度来讲，这一技术被关注得还比较有限，但遍地都是的秸秆还有各种农业废弃物，甚至生活垃圾等等，都有可能采用这一技术来化腐朽为神奇，显然没有被高估。 再次，高估与否也取决于不同人群。 如果您是投资人，很可能认为生物质新能源被高估。 如果您是从业者，那么很可能认为这一技术被低估。 这其实就是买卖双方的关系，买的人总觉得自己买贵了，卖的人却觉得是在清仓甩卖。 造成这个结果的根本因素是需求与市场的不匹配。有需求便会有市场不假，但并不是说有多大的需求就有多大的市场。八十年代的中国汽车市场不大，不是说人们就不需要，而是需要也买不起；那么多明星吸大麻，由此带来的示范性作用也不会让大麻市场变得很大，因为违法；在北京，京 A 牌照可以在四环里面行驶，我们这种骑着京 B 牌的做梦都想弄个京 A 的，但这也只是造成一张京 A 黄牌的转手价蹿到七八万，市场还是有限，因为总数就那么几千个。总之，很多原因都会限制需求转化为市场，大多数投资商都认为，对能源的需求会促进太阳能、氢能、风能的发展，而未必会转化为生物能的市场，从我们已经接触过的投资商来说，这种倾向是十分明显的。前几年的光伏过山车也显示了资本在这方面的选择性，即使光伏遭遇了这么大危机，不少投资商也仍然持乐观态度。但实际上，不少投资人在这个过程中存在着一个思维局限——光伏的前景好不代表生物质新能源的前景就黯淡，未来的能源格局多元化的可能性更大。早些年，煤炭时代的工业能源几乎全部依赖煤，如今的石油虽然势力很大，也没见水电、核电就不能发展。 反过来说，从业者往往会希望将来能源问题都用自己的技术解决，心态放得高了，自然觉得社会上对于这一技术是低估了。 最后要说的一个问题就是，没有突发事件，此刻这一技术被高估还是低估的问题根本无从谈起。 生物质新能源有没有被高估的话题，看似技术问题，但本质上还是经济问题。经济学不同于自然科学，其趋势是要考虑人为因素才能判断的，就算是自然科学范畴，有些事情也少不了人的因素，比如对地球变暖的研究。所以，这个问题就如同问黄金在 300 块钱一克是贵了还是贱了一样，没法给出准确的回答，很多突发事件都会带来一些连带的影响，我个人甚至觉得，如果不是前两年的光伏双反危机，政府和资本恐怕都不会感觉疯狂扩张光伏技术有什么不妥，各地光伏站并网或许也能够在这一潮流下实现，大概现在都没什么人会专门来关心一下生物质新能源是不是被高估的问题。诚如是，目前生物质能源的发展速度并没有像几年前各地上光伏项目那么脑热，完全背离了发展规律，暂时谈不上高估；但说不定什么事件就可以完全改变这一路线。 Yuan Xue 首先必须明确的是，生物质能的转化方式有两种：一种是生物化学转化（bio-chemical)，包括上述提到的由玉米发酵产生酒精（fermentation），由细菌分解生物质产生沼气（沼气的主要成分是甲烷），还有之前提到的生物柴油（bio-diesel）的制造；另一种是热化学转化（thermal-chemical），传统的包括三种：高温气化（Gasification），热裂解（pyrolysis），还有水解（solvolysis）。 先说生物化学转化，传统的酿酒工业已经在这方面的技术已经非常成熟了。美国的玉米发酵制酒精，还是巴西的甘蔗制糖，再由糖制作酒精。虽然中国也能大量生产玉米和甘蔗，但从具体的国情看，还是有很大的不同。首先，绝大部分在美国种植的玉米均不是以为人提供食物为目标的，70%以上的玉米是用作牲畜的饲料加工，仅有27%的玉米作为原料最终被加工成酒精。之前，说美国大量将玉米转化成酒精会影响世界的食品安全其实与事实还是相差甚远。其实关于玉米制酒精，在中国最为根本的问题，还是耕地问题，因为一旦商业化玉米酒精，就会有大量的耕地被占用，导致粮食安全受到威胁。当然，在初始阶段，美国玉米酒精的使用还是收到政府的补贴的，E85的油要比一般的油（regular）要便宜很多。但现在，一般的玉米酒精生产企业已经能自给自足或者有盈利。因为除了酒精以外，还能有很多附加值很高的产品从制取酒精的工业过程中被分离。玉米酒精工厂大概在2000年左右在国内有示范厂建立，但最终因为粮食问题而不可能长期推广。而巴西的甘蔗酒精的制造，也有其特色。首先，巴西的气候非常适宜甘蔗的生长，其次巴西从20世纪初就开始用政策的方式推广甘蔗酒精作为汽车燃料，Ford的第一款酒精燃料车就是在巴西生产的。虽然经历20世纪几次油价的波折，但巴西整个甘蔗制酒精的行业已经非常成熟。这使得巴西甘蔗制酒精的成本非常低，甚至比美国的玉米酒精低。非常有趣，美国为了保护本地的玉米酒精产业，对巴西的甘蔗酒精收有较高的关税。之前有人说，生物质能被政府补贴，所以高估了，这个逻辑是反的。之前，题主也不是很理解这个问题，玉米酒精的成本现在与石油齐平或者略高于石油，为什么还需要推广。其实答案就在巴西的甘蔗制酒精：一个新兴的能源产业，刚开始建立时需要较高的成本，这就需要政府的宣传政策及相关税收、补贴的介入，一旦产业链成型，这种新式的能源具有良好的民众接受度以及产业能够实现自我盈利，政府的政策就可以逐步退出。这也就解释了，为什么美国政府对玉米酒精产业的补贴和政策扶持力度逐步降低。现在政策逐步从传统的由谷物或者糖类制造酒精转向由纤维素制造酒精转变（cellulosic ethanol），简单地说，就是将木头转化成酒精。现在美国和中国政府都对这方面有政策支持和税收补贴。与传统的酒精工业相比，cellulosic ethanol的生产不存在粮食安全方面的担忧，尽管相关的技术已经非常成熟，但生产成本非常高。不说国内，在美国，已经有好几家cellulosic ethanol的厂破产，仅有不多的几家在政府的补助下能勉强维持生产。 然后说热化学转化，顾名思义，thermal chemical conversion就是通过用加热的方法将biomass转化对应的目标产物。Gasification是在700℃以上，在少氧或者缺氧的环境下，将生物质转化成可燃烧的气体（syngas），主要的成分包括一氧化碳，二氧化碳，氢气，甲烷等短链烃类物质。产物可以直接燃烧，也可以通过石油化工工艺将其转化成石油或者其他目标产物。Pyrolysis的目标产物就是生物油，其中快速热裂的生物油产率能够达到原料的60%~70%。与传统原油相比，生物油的含氧量非常高，导致其热值较低，有酸性，且粘度较大。需要通过一系列的去氧反应才能得到汽油或者柴油。而水解，则是在水或者的是某种溶剂的帮助下，将生物质分解成小分子，目前比较热门的研究是如何水解纤维素，将水解的单糖产物进一步通过发酵转化成酒精等。这三种途径，现在已经工业化已经成功运行是高温气化，与直接燃烧生物质相比，燃烧生物气，更加清洁卫生。而pyrolysis能够产生大量的液体生物油。从能源的运输角度，液体运输能够有更大的能源密度并且更易通过现有的石化管道运输，因而现在研究的热点在pyrolysis以及如何将pyrolysis产生的生物油改性加工成汽油或者柴油。在这方面，美国又具有很大的优势，因为页岩气技术（Fracking）的成熟，使得低成本的氢气成为可能，生物油的含氧量很高，所以加氢除氧成为现在相对主流的途径。而水解技术最大的瓶颈在于：水解反应一般都是高压下的反应，如何在高压的情况下，连续送入固体物料。与生物化学转化相比，热化学转化的生产速率更快，前期的设备成本低，但后期产物的升级改造技术仍处于研究或者成本较高。 从原料的角度来看，生物质能在国内很难被推行下去的很大部分原因来源于原料问题。中国的小农经济下的农业导致很多在集中科学管理农业下的很容易解决的问题非常困难，比如秸秆的收集。秸秆的燃烧在中国是一个很严重的空气污染问题，而在美国，每年大量玉米秸秆的种植直接由秸秆打滚机收割完成，打滚之后，直接由卡车拖入工厂造纸或者进行生物燃料的转化。而在中国，收割收集秸秆就是个问题。吐个糟，在中国，秸秆对于农民而言并没有很大的经济利益，但是一旦你告诉他，这个秸秆我希望收集，他就立刻觉得秸秆是宝，要不就坐地起价，要不就藏着不愿意卖。所以这就决定了在中国，仅依靠单一的生物质为原料是不可取的，正如之前回答提到的，很多农业固体废弃物，城市固体废弃物都应当被纳入生物质能的范畴。 从碳排放的角度看，生命周期分析（life cycle analysis or assessment)是最主要的分析工具,当然，生命周期分析本身，由于统计口径的不同，会得出截然不同的观点。主流的学术观点基本对于生物质能的使用能够减少二氧化碳的排放持有肯定的观点。随着技术研究的不断深入，转化效率不断提升，carbon neutral use of bio-energy use is possible。 当今世界的主要能源是以石油为基础的，单一化的能源使得全球的能源使用始终处于非常危险的状态。有一个悲观的论调，有生之年，石油肯定是会被用光的。所以今后能源使用的模式必然是从单一化转为多元化，从不可再生转为可再生。不能把鸡蛋放在一个篮子里，风能、光伏、生物质能、核能同步发展，这无论对于一个国家还是全球，都是有好处的。但是不能忽略的一点是，生物质能不仅能够给我们提供能源，还能部分或者全部替代（possible）石油化工给我们提供各种化工材料，这是必须引起注意的。 最后回答高估不高估的问题，从物质流的角度看，除却石油化工，仅有生物质原料能够提供人类如此庞大的物质需求，所以高估这个问题是没有意义的。从能源的角度讲，生物质能本身就是个技术储备，为什么cellulosic ethanol举步维艰，美国政府还在扶持？其实关于生物质能高估与否的问题，早就问过我的professor，他给了一个很无赖但实际很值得一品的答案：“We just wait to the point: the price of crude oil is so high that people can never afford it。 PS 添加两张图片，一张是玉米打滚，一张是快速热解的bio-oil。 查看知乎原文
