本文將從幾個角度出發，為大家介紹生物質能發展面臨的挑戰和可能的解決方法。
生物質背景
生物質能滿足了德國總能源需求的十分之一，比風能、太陽能、水電、地熱能加起來還多。生物質能的優點在于易于儲存，且能夠靈活地轉化成電或熱，并能為交通提供燃料。
然而，生物質能的總量卻是有限的。可以預見，隨著世界人口的增加，對糧食生產的需求和生物質燃料的需求也將不斷增加，兩者互相爭奪土地。考慮到全球雨林、植物、土壤的碳儲存的相互影響，這種對土地的爭奪可能反而導致溫室氣體排放增加，并帶來生物多樣性下降，土壤和水體質量下降等多重威脅。這些威脅仍難以準確計量，學術界對采取什么樣的假設和估算方法仍未有定論。因此，將多少農作物和樹木作為燃料使用仍然有爭議。
一些學者根據農產品和林業在國際市場上的交易狀況，從經濟學的角度估計全球可用于生物質能的燃料總量。據估計，全球可持續的生物質能的潛力大約在50EJ至數百EJ之間。預測值的大小很大程度上取決于農業能夠承受多大的土地壓力，以及在使用土地時能多大程度上保護生態系統和生物多樣性。還有一大不確定因素是，未來糧食生產需要的土地面積和人們的食品結構。如果希望生物質能大規模作為燃料使用，那么全球的肉類消費就必須有明顯的下降。我們甚至可以計算得到，如果所有人都吃素，那么我們可以用相同的土地面積養活兩倍的人口。此外，盡可能避免糧食浪費也能降低生產糧食的土地需求。
總的來說，大規模將農作物和樹木用作燃料將為生態和社會帶來巨大的風險。通過提高土地利用的可持續性和農林產品生產的可持續性，可以降低這種風險。從遏制氣候變化的角度出發，減少森林砍伐有重要意義。只要森林砍伐仍未被遏制，就不應該繼續擴大來自農產品和樹木的生物質能的利用。
優先使用廢料和垃圾
我們應優先使用廢料和垃圾作為生物質能的原料，它們對生態系統和糧食安全的影響比農產品和林木低得多。與農產品和林木相比，廢料和垃圾的國際貿易要少得多，因此更易于估算能源潛力。在德國，肥料和垃圾占生物質能的一半，約150TWh/年。如果算上未被利用的麥稈、動物糞便等，廢料和垃圾能夠滿足德國7%~9%的一次能耗。
不過，廢料中往往含有更多的有害物質，因此處理起來相比木材更為昂貴和復雜，相應的設備也必須根據所選擇的原料做出調整。當然，如果基于生物質的產品在設計時，就選用有害物質少、易于回收的材料，便能減輕將其作為能源利用時的處理難度。
生物質能+碳分離
為了實現《巴黎協定》中定下的氣候目標，我們最晚必須從本世紀后半葉開始，降低大氣中二氧化碳的含量。這意味著我們從大氣中分離的二氧化碳必須比我們排放的還要多。有一種技術可以實現這一點：生物質能+碳分離（BECCS）。植物能夠從空氣中分離出二氧化碳，形成生物質，生物質燃燒，發電發熱后，收集其釋放的二氧化碳并長期封存地下，從而同時實現發電、發熱、固碳三大目標。
除此之外，從大氣中分離二氧化碳的方法還包括大面積的植樹造林，制造和生產生物煤（一種長期穩定的碳化合物，類似木炭），和利用化學吸收劑直接從大氣中分離二氧化碳。大部分二氧化碳分離技術的潛力、環境影響，成本，固碳的時間都不明確。為了滿足二氧化碳分離量的要求，應該將多種技術組合使用。在IPCC的預測的許多未來圖景中，BECCS的應用約為300EJ每年，相當于目前生物質能總量的5倍。可以說，BECCS在生物質能未來的發展中占有一席之地。值得一提的是，不是所有的生物質能都適合分離二氧化碳。考慮到二氧化碳的分離、運輸成本，只有大型設備才值得這么做，因此，必須調整生物質能目前應用分散的情況。
生物質能與社會、生態的協同發展
如果一項政策想大規模擴大生物質能的應用，就必須確保它對社會和生態不會造成不良后果，并切實對氣候變化做出貢獻。對于生態問題、社會接受度、減排來說，選擇何種原料，及該原料對土地利用的影響至關重要。一項特別的挑戰在于非直接土地利用變化（Indirect Land Use Change, ILUC），即當生物質能的原料價格上漲時，其他的地區的農田被用作種植生物質原料。目前，非直接土地利用變化很難通過統計方法或經驗推測量化，這也是生物質能政策制定中無法回避的問題。
大部分情況下，生物質能利用在能源法律的框架下進行，這就導致人們對其能源系統之外的影響考慮不足。為了在刺激生物質能利用的同時滿足生態和社會的要求，必須將能源和土地利用協同規劃。隨著廢料和垃圾的利用不斷增加，能源經濟和廢品經濟的接口也越來越重要。在能源、農業、雨林、環境領域，不同的資助和領導機制間協同變得不可忽視。
一個降低生物質能全生命周期的碳排放的有效方法是，擁有統一且足夠高的二氧化碳價格。長期看來，理想情況下應該將所有經濟活動產生的溫室氣體排放都納入價格體系中。這將推動土地和能源利用更加環境友好，且會讓砍伐樹林失去經濟吸引力。非直接土地利用變化產生的溫室氣體排放也能得到有效控制。雖然在可見的未來，為所有溫室氣體排放建立全球價格難以實現。不過，越來越多的國家和地區開始著手建立碳排放交易系統或征收碳稅，并已經囊括了全球20%的溫室氣體排放。
在全球碳定價體系形成之前的過渡時間里，我們可以仍然采取許多措施。對于國內生產的生物質，可以制定法律確保生物質能的可持續供應并最小化碳排放。對于進口生物質能，為其提供認證是一種可能的管控途徑。如今歐盟內使用的生物質燃料均需要通過認證，獲得認證的生物質能需要證明其與化石燃料相比，減少的溫室氣體排放不低于某個值。由于德國實行可再生能源配額制，企業的能耗必須由一定比例的可再生能源承擔。只有在使用通過認證的生物質能時，才能算作使用了可再生能源。除了溫室氣體排放之外，社會影響、生態影響之類的其他標準也可以納入生物質能的可持續性認證中。
為了使德國國內生產的生物質和進口生物質能平等交易，同時為了考慮國外生產的生物質的溫室氣體排放，進口生物質的溫室氣體排放可以通過邊際稅率平衡來調控。簡單來說，如果進口的燃料不需要為碳排放付費，相對于需要為碳排放付費的燃料便具有價格優勢，因此德國對這部分燃料會額外收稅以使其與國內燃料公平競爭。
為能源系統服務的生物質能
未來，生物質能應該服務于整個能源轉型的進程，與其他可再生能源協同發展。為此，生物質能在能源系統中應首先承擔其他能源無法承擔或承擔起來成本過高的責任。一些重要的應用包括替代現有的工業熱源和作為交通領域的替代燃料。此外，通過靈活的使用生物質能熱電聯產，可以平衡光伏、風力發電帶來的波動性，并支撐能源系統度過太陽能、風能貧乏的時間段。對于難以實現良好保溫的建筑，生物質能供熱也是個不錯的方案。
未來哪個領域將首先應用生物質能，將主要決定于以下三個方面的發展：
·碳捕捉與儲存（CCS）是否會作為氣候政策的一部分被廣泛接受。CCS是生物質能+碳分離技術的核心基石。如果人們拒絕這項技術，就必須驗證和探討現有的氣候政策是否以及如何在沒有CCS的情況下達成氣候目標。如果支持CCS的應用，就必須從現在開始建設二氧化碳運輸和儲存的基礎設施，并發展BECCS設備。如果我們希望在本世紀后半葉通過BECCS達成氣候目標，大型的BECCS設備就必須在接下來的十到二十年間投入運營。
·由木質纖維素制成的液態生物質燃料是否、何時被市場接受。液態生物質燃料能夠在能源系統中發揮重要作用，尤其是作為飛機、輪船的替代燃料。不過目前液態生物質燃料仍十分昂貴，如果希望它被市場接受，還需要進一步的技術發展。
·熱電聯供系統的建設。這決定了生物質能在未來能多大程度上支撐供電和供暖。靈活的生物質能熱電聯供已經掃清了技術障礙，供應工業或城區的大型設備也可以在與CCS結合的情況下長期運行。如果希望這樣的系統在能源中占有一席之地，必須加大對熱網的投入。
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