乙醇等生物燃料以及其他形式的生物能源，常被视为低碳未来的重要组成部分。然而，大规模生产这类燃料——它们通常以玉米、甘蔗等粮食作物，或木本植物和草类为原料——将使全球能源生产方式和土地利用发生重大转变，并影响全球粮价以及森林等自然资源。
在一份 报告 于周四发布的报告中，研究人员探讨了全球碳价可能促成的生物能源产量大幅增长会是什么样子。报告得出结论，碳价带来的变化（包括生物能源生产）有望将温室气体排放量削减一半以上，但有一个前提：碳价必须涵盖土地利用变化所产生的排放，才能实现这一减排幅度。若没有这一保障，砍伐森林以腾出农田就会成为重大隐患。
如果将森林砍伐产生的排放纳入碳价，那么到2050年，生物能源与其他清洁技术进步相结合，可使排放量减少57%，相较于没有碳价的情形。相比之下，若碳价不计入土地利用变化产生的排放，减排幅度仅为16%。
这项研究是迄今为止对生物能源如何融入低碳未来所做的最深入评估之一。研究团队开发了一种先进的建模工具，涵盖了全面的生物能源发展路径。随后，研究人员利用这一新工具，考察在到2050年生物能源满足全球约四分之一能源需求的情景下，生物能源、其他低碳技术与经济之间的相互作用。
“生物燃料只是生物能源的一种途径，”麻省理工学院全球变化科学与政策联合项目的环境能源经济学家尼文·温彻斯特（Niven Winchester）说。“如果要研究如何利用土地满足我们的能源需求，就必须考虑利用土地上生长的作物的各种方式，包括用于食物、饲料和燃料。”
目前，玉米和甘蔗制成的乙醇占生物燃料的大多数。但借助新技术，乙醇也可以由其他材料制成；此外，生物质还有其他能源利用方式。例如，伐木和木材加工产生的木质残余物可以转化为生物燃料，也可以燃烧以发电，或为工业流程供热。
研究人员发现，如果生物能源的生产和利用技术得到改进，到2050年，木质纤维素乙醇将成为生物能源的主导类型。木质纤维素乙醇是一种所谓的第二代生物燃料，可由柳枝稷和芒草等坚韧草类制成。在一些模拟中，研究人员假设，正如部分分析人士所预测的那样，未来十年木质纤维素燃料的生产成本将下降约一半。他们还假设，技术进步将消除使用乙醇比例较高的汽油混合燃料的障碍；这一障碍被称为“混配上限”。
在这些条件下，到本世纪中叶，木质纤维素乙醇将占全部生物能源的一半以上。第一代燃料基本会退出市场，但巴西甘蔗在2050年前仍将发挥作用。如果木质纤维素燃料确实成为常态，非洲和巴西将成为最大的生物能源生产地。
“如果能将农业专长转移到非洲，这一地区就能成为全球能源供应的重要参与者，”温彻斯特说。“这里气候适宜，土地资源丰富，但如果没有相应的政策保障，也存在森林砍伐的风险。”
温彻斯特提醒说，尽管生物燃料可能为气候条件适宜的地区带来益处，但森林砍伐确实令人担忧。研究人员发现，无论生物燃料实际在哪里种植，森林砍伐都可能发生在清林活动受到政治约束最弱的地区。如果将土地利用变化排放纳入碳价，森林砍伐就会减少，在某些情况下甚至会逆转。
全球碳价之类的政策会推高化石燃料价格，使生物能源更具成本竞争力，从而促使土地利用方式发生变化。例如，农民可能不再种植大豆，而改种生物燃料原料作物；也可能砍伐林地，将其改造成农田。砍伐森林会增加排放，因为树木是天然的碳储库。
由于需要占用土地，生物能源可能给经济的其他领域带来压力，尤其会影响食品价格。研究人员发现，到2050年，大规模生产生物能源将使食品价格上涨1.3%至2.6%。
“尽管关于生物质能源潜力的研究已经很多，但这些研究常遭批评，因为它们未能呈现环境系统与经济系统之间的关联，从而限制了它们为稳健决策提供依据的价值，”支持这项研究的BP公司首席生物科学家约翰·皮尔斯（John Pierce）说。
皮尔斯在谈及这份报告时说：“麻省理工学院的研究正在推动生物能源建模达到新的先进水平。它运用严谨的技术方法评估生物能源的商业潜力，并采用一种将经济学与土地、气候和生态系统模型相联系的框架。这为围绕生物能源在未来能源体系中的应用所进行的整体讨论，提供了重要且不可或缺的视角。”
本文由《麻省理工学院新闻》（MIT News）合作发布。本文发表并不意味着世界经济论坛认可其中观点。
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作者：奥黛丽·雷苏泰克（Audrey Resutek）是麻省理工学院传播协调员。
图片：2014年4月18日，一名女子走过希腊东北部色雷斯地区克桑西镇附近的一片生物柴油作物田。路透社/亚尼斯·贝赫拉基斯（Yannis Behrakis）。