避免生物能源对粮食作物和土地的竞争
创造可持续粮食的未来，第九部分
剧情简介
一期9的创造可持续的粮食未来这表明，任何专门用于种植生物能源的土地，本质上都是以不利用土地种植粮食或动物饲料或储存碳为代价的。
报告建议进行几项政策改革，以逐步淘汰使用作物或专门使用土地的生物能源形式。
重要发现
将作物和/或土地用于生产生物能源会使可持续地养活地球变得更加困难。
世界需要缩小2006年作物可获得热量和2050年所需热量之间70%的“粮食缺口”。如果到2050年以作物为基础的生物燃料被逐步淘汰，粮食缺口将缩小到60%。但更雄心勃勃的生物燃料目标——目前正被大型经济体所追求——可能会将这一差距扩大到90%左右。
更广泛的生物能源目标——比如到2050年实现生物能源满足世界总能源需求的20%的目标——将要求人类将世界各种形式植物的年收成至少翻一番。这些增长必须在满足日益增长的粮食和木材需求所需的已经大幅增长的基础上进行。因此，在有意义的规模上寻求生物能源既不现实，也不可持续。
生物能源是一种低效利用土地来生产能源的方法。
生长在热带肥沃土地上的快速生长的甘蔗只能将约0.5%的太阳辐射转化为糖，最终转化为乙醇的只有约0.2%。在爱荷华州种植的玉米乙醇中，大约0.3%转化为生物质，0.15%转化为乙醇。如此低的转化效率解释了为什么生产少量生物能源需要大量的生产性土地，以及为什么生物能源可以如此巨大地增加全球土地竞争。
太阳能光伏(PV)系统的转换效率——因此它们的土地利用效率——要高得多。在世界四分之三的土地上，光伏系统每公顷产生的可用能量是未来生物能源可能产生的100多倍，即使是用乐观的假设。
对生物能源减少温室气体排放的大量估计是基于一种错误的信念，即生物质能本质上是一种无碳能源。其他类型的可再生能源在减少排放和不与粮食安全目标竞争方面更有希望。
大多数声称生物能源能减少温室气体排放的计算并不包括生物质(如玉米)燃烧时释放的二氧化碳。他们排除它是基于这样一个理论，即这种二氧化碳的释放与生长生物质原料的植物吸收的二氧化碳相匹配并隐含地“抵消”了。然而，如果这些植物无论如何都要生长(例如，作为食物)，简单地将它们转化为生物能源并不能从大气中去除更多的碳，因此也不能抵消燃烧生物质所产生的排放。实际上，这些分析“重复计算”了植物的生长，从而“重复计算”了碳，导致对减排的估计过于乐观。
有一些“额外的”生物质来源符合可持续的粮食未来，因此将减少温室气体排放(相对于化石燃料的使用)，因为它们不与粮食生产竞争，也不专门利用土地。例子包括种植用于能源的冬季覆盖作物、木材加工废料、城市废木材、垃圾填埋场甲烷、来自提高生产力的农林复合系统的木材以及不作其他用途的作物残留物。然而，它们满足相当一部分人类能源需求的潜力是有限的。
执行概要
生物能源在可持续粮食未来中的作用是什么?答案必须认识到全球对土地的激烈竞争，任何专门用于生物能源的土地使用，其内在代价是不能将土地用于粮食、饲料或持续的碳储存。
世界需要缩小2006年可获得的作物热量和2050年预计需要的热量之间70%的差距。在同一时期，肉类和奶制品的需求预计将增长80%以上，商业木材和纸浆的需求可能也将增长大致相同的百分比。然而，世界上能够支持植被的土地面积的四分之三已经得到管理或收割，以满足人类的食物和纤维需求。其余大部分包括世界上仅存的自然生态系统，这些生态系统需要得到保护和恢复，以储存碳和应对气候变化，保护淡水资源，并保持地球的生物多样性。必威官网是真的吗
对生物能源日益增长的需求加剧了对土地的竞争。在过去的十年里，各国政府一直在推动增加生物能源的使用——利用最近存活的植物作为能源——通过利用农作物来运输生物燃料，以及越来越多地通过采伐树木来发电。尽管不断增加的能源供应提供了一个动力，但相信生物能源的使用将有助于应对气候变化是另一个动力。必威官网是真的吗然而，生物能源需要专门使用土地来种植能源原料，这将削弱应对气候变化和实现可持续粮食未来的努力。必威官网是真的吗
以作物为基础的生物燃料对粮食供应的影响是什么?
当政府的政策导致粮食作物转向用于运输的乙醇或生物柴油时，生物能源最直接地挑战了可持续的粮食未来。如今，来自粮食作物的生物燃料——如玉米、植物油和甘蔗——提供了世界运输燃料的2.5%。联合国粮食及农业组织(粮农组织)预测的2050年作物需求假设这一普及率将大致保持不变。然而，即使是这一小部分交通燃料在2050年也会对农作物的热量差距产生重大影响。如果以作物为基础的生物燃料被逐步淘汰，2050年作物热量差距将从70%减少到约60%，这是迈向可持续粮食未来的重要一步。
但是粮农组织对2050年生物燃料的预测是适度的。一些最大的化石燃料消费地区，如美国和欧洲，已经制定了更高的生物燃料目标，到2020年达到至少10%的交通燃料。如果这些目标在2050年实现，那么实现这些目标所消耗的能量将相当于目前全球作物产量的30%左右。因此，作物的热量差距将从70%增加到约90%，使可持续的粮食未来更加难以实现。
总的来说，逐步停止使用以作物为基础的生物燃料，而不是达到扩大的10%的目标，可能意味着90%的作物热量差距和60%的差距。因此，这是可持续满足未来粮食需求的有效战略。
纤维素生物燃料能避免这种食物竞争吗?
纤维素生物燃料(有时被称为“第二代”)可能使用作物残留物或其他废物，但这些生物燃料的大多数计划依赖于种植和收获快速生长的树木或草。至少与食物有一些直接的竞争仍然是可能的，因为这些树和草在相对平坦、肥沃的土地上生长得最好，也最容易收获——这类土地已经专门用于种植作物。
用农田种树种草而不是生产生物燃料的粮食作物可能不会减少(更不用说消除)对农田的竞争。树木和草每公顷生产的生物燃料将很难超过今天以作物为基础的生物燃料。例如，在美国，一公顷玉米目前可以生产大约1600加仑(约6000升)的乙醇。对于纤维素乙醇的生产，仅仅是为了达到这个产量，草或树必须达到美国环境保护署估计的全国纤维素产量的近两倍，以及美国农民目前实际达到的多年生草产量的2到4倍。
或者，纤维素生物燃料可能依赖于收割现有的森林，或者在世界上的草原或树木繁茂的稀树草原上生产快速生长的树木或草。但是，砍伐现存森林会减少其碳储量，通常会降低其维持生物多样性的能力。在树木重新生长之前，燃烧树木获取能源会导致几十年的净二氧化碳排放。同样，将树木繁茂的稀树大草原转化为生物能源牺牲了生态系统丰富的碳储量和生物多样性，而将牧场转化为生物能源则牺牲了从牲畜中提供食物的能力。
把“退化”的土地用作生物能源怎么样?
一些研究人员认为，在退化的土地上种植生物能源原料将避免对土地的竞争。“退化土地”一词有许多含义，但无论如何定义，都很难找到今天对人类、气候或生物多样性几乎没有贡献的土地，而这些土地可以大量生产生物能源作物。必威官网是真的吗有一些可能的候选者，比如被alang-alang草泛滥的印度尼西亚森林。但是，虽然其中一些土地可以支持生物能源工厂，但这样做的机会成本很高，因为到2050年，世界需要至少增加70%的农作物、牲畜和商业木材。例如，印度尼西亚的alang-alang草原提供了一种低机会成本的方式来满足快速增长的对棕榈油的食品需求。利用这些草原来生产生物燃料可能会促使种植者将森林改造成棕榈油，以满足对棕榈油的食品需求。
一些研究人员还指出，废弃的农田可以作为生物能源生产的候选者，以避免对土地的竞争。但是，如果不去管被遗弃的农田，它们通常会再生为森林、林地或草原，这些土地提供的气候效益已经在气候变化评估中被假设和计算在内。必威官网是真的吗如果把那块土地用作生物能源，就会牺牲掉这些好处。
通过增加灌溉用水，一些退化或干旱的土地可以生产生物燃料，同时避免与食物和碳储存的竞争。例子可能包括循环水系统或在沙漠中生长藻类的盐水池。尽管这种生产最终可能需要为航空等应用提供生物燃料，但它可能很昂贵，只有在充分利用更具成本效益的策略后，才应该大规模使用以减少温室气体排放。
作物和牧草产量的增加能否提供生物能源，作为可持续粮食未来的一部分?
作物和牧草产量可以增加。然而，为了避免清理自然生态系统，同时仍要满足预期的粮食作物和牲畜需求，未来40年，作物和牧草的总体产量必须比过去40年增长得更快。因此，已经需要任何增产潜力来满足日益增长的粮食需求。
更广泛的生物能源目标意味着什么?
对生物能源的推动正从运输生物燃料扩展到树木和其他用于发电和供热的生物质来源。一些组织主张生物能源的目标是到2050年满足世界总能源需求的20%，这将需要每年大约225 exj的生物质能。然而，这一数字大致相当于今天人类收获的生物量总量——所有的农作物、植物残体和树木被人类用作食物、木材和其他用途，加上全世界牲畜消耗的所有草。
世界仍然需要人类的食物、牲畜的饲料、补充农业土壤的残留物、造纸的木浆以及建筑和其他用途的木材。为了满足目前水平的这些需求，同时在2050年实现20%的生物能源目标，人类需要将世界各种形式植物材料的年收获至少翻一番。这些增长必须在满足日益增长的粮食和木材需求所需的已经大幅增长的基础上进行。即使假设效率大幅提高，在有意义的规模上寻求生物能源也是不现实和不可持续的。
为什么一小部分能源需要如此大量的生物量?
尽管光合作用是生产食物、木制品和储存在植被中的碳的一种有效手段，但它是一种低效的手段，无法将太阳光中的能量转化为人类可用的非食物能量。例如，在巴西高度肥沃的土地上生长迅速的甘蔗，只能将大约0.5%的太阳辐射转化为糖，最终只能将大约0.2%转化为乙醇。爱荷华州种植的玉米，转化为生物质的能量约为0.3%，转化为乙醇的能量约为0.15%。即使假设对未来产量和转化效率的高度乐观估计，美国高产农田上的速生草也只能稍微好一点，将约0.7%的阳光转化为生物量，约0.35%转化为乙醇。如此低的转化效率解释了为什么需要大量的生产性土地来生产少量的生物能源，以及为什么生物能源可以大大增加全球对土地的竞争。
生物能源与土地生产能源的其他用途相比如何?
和生物能源一样，太阳能光伏(PV)将阳光直接转化为人们可以使用的能源，但是PV的太阳能转换效率——因此它的土地利用效率——要高得多。在世界上的大多数土地上，今天的光伏系统每公顷产生的可用能源是未来生物能源可能产生的可用能源的100多倍，即使是用乐观的假设。此外，由于电动马达的效率是内燃机的2-3倍，每公顷太阳能电池的可用能源比生物能源多200-300倍(尽管完全实现这一潜力需要电池生产来提高能源效率)。PV也可以利用自然不支持太多(如果有的话)植被的区域，如沙漠、旱地和屋顶。总的来说，光伏发电可以为能源安全和气候目标做出贡献，而对世界生产用地的竞争则微乎其微。必威官网是真的吗
在全球范围内使用生物能源将推高食品、木材和土地的成本，而太阳能的成本可能会随着时间的推移而变得更便宜。尽管太阳能最终可能面临存储限制，但有前途的存储技术已经出现，而且在遇到严重的存储限制之前，太阳能可以成倍增长，满足全球能源需求的20%以上。
生物能源对气候有好处吗?必威官网是真的吗
燃烧生物质，无论是直接作为木材，还是以乙醇或生物柴油的形式，都会排放二氧化碳，就像燃烧化石燃料一样。事实上，燃烧生物质能产生的二氧化碳至少比化石燃料多一点。但是，大多数声称生物能源相对于燃烧化石燃料减少温室气体排放的计算并不包括生物质燃烧时释放的二氧化碳。他们排除它是基于这样一个理论，即这种二氧化碳的释放与生长生物质原料的植物吸收的二氧化碳相匹配并隐含地“抵消”了。然而，如果这些植物无论如何都要生长，简单地将它们转化为生物能源并不能从大气中去除任何额外的碳，因此也不能抵消燃烧生物质所产生的排放。
例如，在一个没有生物燃料的世界里，农民种植玉米作为食物和饲料(吸收二氧化碳)，而汽车使用汽油(排放二氧化碳)。当乙醇将已经生长的玉米转化为生物燃料来驱动汽车时，这些玉米田不会吸收任何额外的碳，而汽车仍然排放大致相同数量的二氧化碳。玉米的生长本身并不能减少温室气体的排放，因为二氧化碳的吸收无论如何都会发生。
最终，只有在生物能源直接或间接地带动更多植物生长的情况下，植物生长才能抵消温室气体排放。这种情况只会在有限的程度上发生(见下文“额外生物量”)，而且不可能在有意义的规模上发生，因为世界上的生产性土地和提高作物、牧草和木材产量的潜力已经需要满足对粮食和木材不断增长的需求。分析通常将温室气体排放的减少归因于生物能源，通过计算植物生长无论如何都会产生的效益——因此“重复计算”植物生长。
是什么导致了生物能源潜力的巨大估计?
对生物能源潜力的大量估计重复计算生物量，导致碳的重复计算。世界上大部分的土地每年都种植植物。其中一些植物被用作食物、纤维和木材，而另一些植物则补充或增加土壤和植被中的碳。后者保持土地生产力，并对抗气候变化。必威官网是真的吗就像每月的工资，一旦我们使用它，植物就会再次生长。但是，由于人们使用每年的生长，就像他们使用每月的工资一样，人们不能将植物的生长转移到其他地方，除非牺牲他们已经在做的事情。除了以食物、木材或碳储存为代价之外，为了提供生物能源，人们必须生产额外的生物量，这意味着尚未生长或正在使用的生物量。
但是，不是只计算额外的生物量，而是通过错误地假设生物能源可以自由地转移已在使用的生物量或土地，估计表明世界上有很大的潜力生产生物能源双重计算生物量和土地。例如，一些森林中已经发生的木材和碳的积累有助于减缓气候变化的速度。必威官网是真的吗如果这种不断增加的生物量被用于获取能源，这些气候效益就会丧失。必威官网是真的吗其他重复计算的例子包括，如果将树木繁茂的稀树草原转化为生物能源，将失去大量丰富的碳储量;以及计算使用生物能源将牺牲牲畜产量的草原。
什么类型的生物量是额外的?有一些额外的生物量来源符合可持续的粮食未来，因此将减少温室气体排放，因为它们不与粮食生产竞争，也不专门利用土地。这一类别包括收获后留下的一定程度的森林和农业残留物(一些需要留在地面以保持土壤肥力);包括锯末和“黑液”在内的木材加工废物，以及任何未使用的粪便、城市木材废物、城市有机废物和垃圾填埋场甲烷。另一类是生物质能的种植超过了对生物能源的需求，例如种植冬季覆盖作物作为能源，用农用林业系统和当地种植园种植的木材取代一些贫穷国家传统但效率低下的燃料木材。利用第二代技术将作物秸秆转化为生物能源具有潜力，并避免了对土地的竞争。但要大规模实现这一目标将是一个挑战，因为大多数这些残留物已经被用作动物饲料或土壤肥力所需，而其他残留物的收割成本很高。
虽然其中一种或多种能源在某些地方可能很重要，但研究表明，它们满足相当一部分能源需求的潜力是有限的。因此，这些原料应该优先用于可能无法通过其他任何方式满足的能源用途，例如飞机的低碳燃料。
政策制定者应该怎么做?
根据这些发现，逐步淘汰利用作物或其他专门利用土地的生物能源是朝着可持续粮食未来迈出的坚实一步。要做到这一点，需要做出五项政策调整:
各国政府应该在气候条约和许多国家和州级法律中弥补生物能源对二氧化碳排放后果的核算缺陷。必威官网是真的吗
各国政府应该逐步取消对运输生物燃料的各种补贴和监管要求，这些生物燃料来自农作物或专门利用土地的来源。
各国政府应将从农作物或土地专用中提取的生物燃料排除在低碳燃料标准之外。
各国政府应在鼓励或要求使用可再生能源的法律中排除依赖土地专用的生物能源原料。
政府应该维持目前对混合汽油中乙醇含量的限制。
通过同时推行鼓励太阳能发展的政策，政策制定者可以以完全符合可持续粮食未来的方式促进更多的能源增长。
建议
各国政府应逐步淘汰利用农作物或专门利用土地的生物能源。要做到这一点，需要做出五项政策调整:
各国政府应该在气候条约和许多国家和州级法律中弥补生物能源对二氧化碳排放后果的核算缺陷。必威官网是真的吗
各国政府应该逐步取消对运输生物燃料的各种补贴和监管要求，这些生物燃料来自农作物或专门利用土地的来源。
各国政府应将从农作物或土地专用中提取的生物燃料排除在低碳燃料标准之外。
各国政府应在鼓励或要求使用可再生能源的法律中排除依赖土地专用的生物能源原料。
政府应该维持目前对混合汽油中乙醇含量的限制。
