从循环经济的视角看生物质能源发展中的问题

作者:周未    文章来源:资源网    点击数:    更新时间:2010-3-17

    摘要:本文分析了生物质能源的特点及发展现状,从可持续发展的角度阐述了循环经济理论的重点,然后从循环经济及生态经济的角度讨论了生物质能源开发过程中存在的问题,提出了应用循环经济理论和生态经济理论解决相关问题的一些措施。最后,以养猪业生物质能源的开发为例讨论了如何以循环经济理论指导生物质能源的开发。

    关键字:生物质能源;循环经济;生态经济;可持续发展 

    一、生物质能源概述

    生物质是指通过光合作用而形成的包括所有动植物和微生物在内的各种有机体。而生物质能源是以生物质为载体的能量,是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式。它来源于绿色植物的光合作用,从理论上来说它是取之不尽、用之不竭的,是一种可再生能源。

    目前,用来制造生物质能源的原料主要有林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水。城市固体废物和畜禽粪便五大类。其中,农业生物质资源包括农作物(包括能源植物)、农业生产过程中的废弃物(如玉米秸、高粱秸、麦秸、稻草、豆秸和棉秆等)、农业加工业的废弃物(如农业生产过程中剩余的稻壳等)。能源植物是指各种用以提供能源的植物,包括草本能源作物、油料作物和水生植物等。

    当前世界上开发生物质能源的国家主要为欧美发达国家、巴西、印度和中国,产量最大的生物质能源主要有两种:(1)燃料乙醇。美国和巴西是生产生物质燃料乙醇的大国。其中,美国是以粮食作物玉米作为生产燃料乙醇的原料,而巴西则以甘蔗作为原料。(2)生物柴油。在大规模生产生物柴油的国家中,美国和巴西以大豆为原料,包括法国、德国、英国、波兰在内的欧盟国家以油菜籽为原料。随着技术的进步,有些国家开始用纤维素制造乙醇,经过发酵处理使秸秆、树叶、木屑中的纤维素分解产生乙醇。另外一种制造生物质乙醇的原料是水藻。水藻仅依靠水、阳光和二氧化碳进行繁殖,而且繁殖能力非常强。水藻不仅能吸收温室气体,吞食其他污染物质,而且可以很高的投入产出比例生产出乙醇。此外,生物质能源可以生产沼气、固体燃料、燃气等,还可以气化发电。

    生物质能源具有数量大、分布广泛、可再生性、低污染和无二氧化碳净排放的特点。生物质能源是仅次于煤、石油、天然气三大化石能源的第四大能源。地球上每年经光合作用产生的生物质约1700亿吨, 其中所含能量相当于全球能量年消耗总量的10倍,但是这些生物质作为能源的利用量还不及总量的1%,具有很大的开发潜力。生物质能源还具有分布广泛的特点,并且研究资料表明,生物质能源的蕴藏分布与常规一次能源的蕴藏分布呈互补状态,故在常规一次能源蕴藏量较低的地理区域开发生物质能源具有很大的潜力与实际意义。生物质能源与风能、太阳能等同属于可再生资源,是可以永续利用的。由于生物质中的硫、氮等元素含量较低,故在燃烧过程中产生相关的有害物质也较少;生物质在生长过程中所吸收的二氧化碳量与它成为能源燃烧时所产生的二氧化碳量是相等的,不会产生二氧化碳的净排放,减少了温室气体的排放量。

    从上述生物质能源的特点可以看出,生物质能源的生产可以改善能源的消费结构,降低对石油进口的依赖程度;可以减少温室气体的排放量,使生态环境更加友好;可以通过增加生物质作物的需求量,使农民增收。但是,在生物质能源的发展中也产生了许多相关的问题。首先,一些生物质能源以粮食作物和油料作物为原料进行生产,从而导致粮食供给的减少,粮价和其他食品价格的上涨,导致了一些净进口国家的粮食安全问题。其次,由于农业生产资源向价格涨幅较高的产品调整,导致了其他作物减产,价格上升,在一定程度上影响了社会安定。第三,生物质能源的效率问题也是其生产过程中需要考虑到的。通过生产生物质能源所消耗的能量与能源最终能释放能量的比例关系来衡量生产该生物质能源是否有效率。最后,生物质能源的开发对生态环境会产生影响。生物质能源的开发导致能源作物的大规模种植,致使化肥和农药的施用量增加并且对土地和水资源造成极大的压力;同时,大面积单一作物的种植会破坏生物多样性,使土地养分流失;转基因技术在生物质能源开发中有所应用,但转基因技术对生态环境存在一些潜在的危害,这也是需要加以考虑的。因此,生物质能源的开发利用,必须全面考虑其生态环境影响。 

    二、循环经济、生态经济与可持续发展

    当今社会所强调的“可持续发展”主要有三方面的内容:要坚持生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展道路;建设资源节约型、环境友好型社会;实现速度和结构、质量、效益相统一,经济发展与人口资源环境相协调,使人民在良好生态环境中生产生活,实现经济社会的永续发展。

    1962年美国经济学家鲍尔丁提出的“宇宙飞船理论”是循环经济思想的萌芽 。这一理论将地球比做宇宙飞船,要靠不断消耗自身有限的资源而生存,如果不合理开发利用资源,地球就会像宇宙飞船那样最终走向毁灭。因此人类只有循环利用资源才能获得持续发展。宇宙飞船理论要求有一种新的发展观:第一、改变过去那种“粗放增长型”经济为“集约储备型”经济;第二、改传统的“消耗型经济”为休养生息的经济;第三,建立既不会使资源枯竭,又不会造成环境污染和生态破坏、能循环使用各种物资的循环经济,以代替过去的线性经济。

    从古至今,人与自然的关系随着时间的推移不断发展变化。受到人与环境关系的制约,人类社会的经济发展模式可分为三个层次:传统经济模式,“生产过程末端治理”模式和循环经济模式。在早期阶段,由于人类对自然的开发能力有限,环境对污染的承载能力相对较强,传统经济模式与人类社会的发展在一定程度上是相协调的。传统经济模式是一种“资源-产品-污染排放”的线性经济,它是一个单向的、开放式的过程。随着工业的发展以及人口的增长,环境对污染的承载能力相对越来越弱,传统经济模式所导致的环境问题越来越严重,人们在“污染”之余开始考虑“治理”的问题。于是出现了“生产过程末端治理”模式,这是一种“先污染,后治理”的做法。这种做法存在的问题是:治理的技术难度大,治理成本高,生态恶化难以遏制。在这种情况下,循环经济的发展模式(如图1)出现了。

    循环经济模式要求遵循生态经济学规律,合理利用自然资源和环境容量,在物质不断循环利用的基础上发展经济,使经济系统和谐地纳入到自然生态系统的物质循环过程中,实现经济活动的生态化。循环经济的本质是一种生态经济,它要求遵循生态经济学规律。在生态经济学中常常采用价值评估和能值分析等方式对生态系统中的人类活动进行评估和监督。生态经济学与循环经济学的指导思想均是可持续发展,核心是资源的高效利用和循环利用。循环经济遵循“减量化、再利用、资源化”三原则,其基本特征是:低消耗、高利用、低排放。其中,减量化是三原则中的首要原则,减少资源的消耗量和废物的产生量是循环经济发展的首要目标;而资源化是循环经济的输出端方法,只有在减量化和回收利用都不能实现时,才会将废物进行资源化处理。


    与循环经济相关的理论主要有可持续发展理论、清洁生产理论、生态工业理论。(1)可持续发展理论。循环经济可以作为可持续发展战略的主要载体和具体实现方式。只有变传统经济模式为可持续发展的闭环反馈系统,才能促进产业结构优化升级,根本性地转变粗放式的经济增长方式,才能真正实现可持续发展的社会。(2)清洁生产理论。清洁生产的思想将整体预防的环境战略持续应用于生产过程、产品和服务中,目的在于增加生态效率和减少人类及环境的风险,清洁生产审计、环境管理体系、生态设计、生命周期评价等都是实行清洁生产的有效工具。(3)生态工业理论。生态工业理论仿照自然界物质循环的方式来规划工业生态系统。它以构建工业企业间的生态链为切入点,实现减少废物产生、充分利用资源、消除环境破坏、提高发展质量的目标。

    生态经济是指在生态系统承载能力范围内,运用生态经济学原理和系统工程方法改变生产和消费方式,挖掘一切可以利用的资源潜力,发展一些经济发达、生态高效的产业,建设体制合理、社会和谐的文化以及生态健康、景观适宜的环境。生态经济是实现经济腾飞与环境保护、物质文明与精神文明、自然生态与人类生态的高度统一和可持续发展的经济。我们常常使用价值评估和能值分析等生态经济学方法对某个生态系统进行评估。 

    三、从循环经济和生态经济的角度看生物质能源开发的问题

    生物质能源具有可再生性,这使得生物质能源的开发和使用符合循环经济提出的“资源-产品-再生资源”的闭环反馈式循环模式。其低污染和无二氧化碳净排放的特点吻合了循环经济“低消耗、高利用、低排放”的基本特点。生物质能源作为可再生能源替代化石能源等不可再生能源,可以解决人类对化石能源的依赖,使得能源资源得以补偿,优化了能源产业的结构,实现人类和自然的可持续发展。由于生物质燃烧过程中产生的有害物质较少且不会产生二氧化碳的净排放,生物质能源在使用过程中减少了所产生的废弃物,实现“减量化”的同时,有利于清洁生产的实现。从循环经济的角度来看,开发生物质能源的本质是对自然界中的有机废物进行资源化的过程,实现“利用废物”、“变废为宝”。生物质能源以生物质作为原料,从生态环境中来,燃烧后的产物又会到生态环境中去,形成一个物质和能量的循环,符合生态经济学的基本规律。

    从以上分析可以看出,开发生物质能源可成为发展循环经济的必要手段。而在开发过程中产生的问题,我们可以以循环经济为指导,运用循环经济理论循环加以解决。下面运用循环经济理论针对生物质能源开发过程中产生的问题进行简要分析。

    关于粮食安全问题。循环经济以可持续发展为指导思想。可持续发展要求人与自然永续发展、和谐发展。生物质能源的开发导致粮食供给不足,使得许多国家出现了严重的粮食安全问题,粮食问题与能源问题同样是关系到人类前途命运的大问题,在开发生物质能源时,需要就这两个问题进行平衡和兼顾。由于人类可持续发展的需要,在开发生物质能源时可以不以粮食为原料进行生产,尤其不以玉米这样的粮食作物作为原料;应该积极寻找其他的生物质作原料,尤其是如秸秆、稻壳、玉米皮等农业废弃物,水藻等高效能源植物,餐桌废油、地沟油等生活废弃物。这些物质作为原料能变废为宝的同时,更重要的是不会影响粮食安全问题。

    关于生物质能源开发的效率问题。只有在生产生物质能源所消耗的能量远低于能源最终能释放的能量的条件下,生产这种生物质能源才是有效率的,才存在开发的价值。循环经济的实现是以科技进步为先决条件的,应积极开发先进的技术,大力降低原材料和能源的消耗,实现低投入、高产出、低污染。在关于生物质能源开发效率的问题上,较为重要的一点是尽可能利用废弃物作为原料,而不是使用粮食等与人类生存直接相关的生物质。其次,要尽量使用低能耗的生物质原料,并且提高生物质能源的产出量。纤维素乙醇和水藻乙醇都是低能量投入、高能量产出的生物质能源,具有很大的发展潜力。利用基因工程技术改造木本生物质(如树、灌类植物)的纤维素构成,可以提高生物质的能源产出量。

    生态经济学中的能值分析采用一致的能值标准, 以统一的能值标准为量纲, 把系统中不同种类、不可比较的能量转化成同一标准的能值来衡量和分析, 从而评价其在系统中的作用和地位, 综合分析系统的能量流、物质流、货币流等, 得出一系列反映系统结构、功能和效率的能值分析指标, 从而定量分析系统的功能特征和生态、经济效益。能值分析可以量化生物质能源开发的效率问题,从而为生物质能源的开发提供数学依据。

    开发生物质能源的政策支持问题。目前我国经济发展政策中,已明确提出要发展循环经济以促进可持续发展。生物质能源的开发作为发展循环经济的必要手段之一,也需要政策上的支持。我国针对生物质能源发展中的问题提出了以下对策:对粮食等农产品价格实行补贴,允许某些农作物的价格在一定幅度内上涨;加大对农业科研、农业技术推广、农业基础设施建设的投资,提高农业生产率和农业产出。巴西在对生物质能源开发的政策支持中,提出对购买农民生物质能源作物的企业进行税收减免,使生物质能源的开发社会化。 

    四、基于循环经济原理的生物质能源开发——以养猪业为例

    当前,加强生态农业建设,利用生态良性循环的原理构建生态产业链和生态园是发展农业循环经济的一个趋势。对于养猪业带来的环境污染与危害,研究者主要从环境经济手段、生物工程技术手段和政策手段对其进行了研究。在循环经济的基础上,如何同时遵循生态规律和经济规律,建立促进农牧一体化生态链产业链与产业价值链循环耦合的长效机制,是促进和形成养猪业循环经济可持续发展的关键。

    针对“发展养猪业循环经济生态产业链循环耦合的长效机制研究”这一项目,我们可以做的工作有:评价我国目前养猪业资源利用、环境污染现状,对存在问题进行定性与定量的描述与分析,并从产权经济、福利经济、环境经济等视角解释养猪业污染,揭示养猪业污染防治与养猪产业发展互动的经济规律性。对农业自然资源利用情况、环境承载力、投资收益等进行实证分析,揭示养猪业生态产业链和产业价值链互动过程中相关利益者的博弈机理与外部性内部化的激励机制。

    我们可以将生物质能源的开发纳入该项目的研究中。养猪业所产生的畜禽粪便对生态环境造成了污染,这些污染物又可作为开发生物质能源的原料,从而将废弃的生物质资源化。在此过程中,我们可使用生命周期评价法、层次分析法、相关环节原料、能源总量供给分析等生态经济和循环经济的分析方法进行定量分析,以使对生物质能源的开发更加科学化;还可使用环保分析评价指标、资源存量指标、效益分析评价等对生物质能源的资源与环境效益进行评价。通过生物质能源的开发可以有效促进“长效机制”的形成。

    根据以上对养猪业生物质能源开发的分析与探索,本文认为基于循环经济理论开发生物质能源有以下一些建议:(1)以循环经济理论指导生物质能源的开发。(2)在农业生物质能源开发方面,以开发非粮原料的生物质能源为主。这一点在以上的分析中已提到。(3)以科技创新带动生物质能源的开发。循环经济的实现以技术的进步为依托,发展生物质能源需要不断开发新的技术。当前,转基因技术在开发生物质能源的过程中已得到广泛的推广和应用。科技的作用在于它能够降低成本,节约投入,或者说在技术既定的投入物中生产出更多的产品。 

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