歐盟可再生能源市場和生物燃料的發展

Piotr Borawski，Aneta Beldycka-Borawska，Elzbieta Jadwiga Szymanska，Krzysztof Jozef Jankowski，Bogdan Dubis，James W Dunn

(1. University of Warmia and Mazury in Olsztyn,Faculty of Land Management and Agriculture,Department of Agrotechnology,Agricultural Production Management and Agribusiness,Olsztyn 10-719 ,Poland；2. Warsaw University of Life Science-SGGW,Faculty of Economic Sciences,Department of Logistics,Warsaw 02-787,Poland；3. Pennsylvania State University,Faculty of Agricultural Sciences,Department of Agricultural Economics,Sociology,and Education,University Park,PA 16802,USA)

世界經濟的動態發展導致了能源需求的增長。中國、美國和歐洲等世界經濟的快速發展必然會增加能源消耗。這就是為什么從根本上減少碳排放的技術推廣是一個挑戰。能源部門是企業和現代經濟增長、發展和競爭力的支柱之一。實現能源安全和環境保護是注重可持續發展的經濟目標。共享舉措可以對環境產生積極影響。可再生能源(RES)的發展將減少對化石燃料的需求。此外，與2005年相比，溫室氣體排放量將減少約十分之一。

為了滿足氣候保護和資源效率，需要開發基于生物資源的可持續生物能源市場。如Zielinski 等指出，需要尋找非食物生物質以重新平衡對生物燃料生產的支持。可再生能源的發展對經濟很重要，因為它們能保障能源安全。2015年，可再生能源與進口化石燃料相關的結余為15百萬歐元，到2030年應為58百萬歐元。可再生能源是能源部門脫碳的關鍵因素。歐盟的可再生能源在創新中具有至關重要的意義，其擁有30%能源相關的世界專利。但是，歐盟的許多公司都難以實現其可持續發展目標。因此，在業務模型級別進行創新升級顯得十分必要，以此調整激勵機制和收益機制，實現可持續發展解決方案。

據估計，城市地區占全球氣體排放量的70%。預計到2050年，城市將容納全球66%的人口，這對于可持續性領域的決策者來說是一個大問題。農村地區排放的全球溫室氣體占比較少，但是農民可以在農場上進行必要的投資，主要是在新技術上，這將有助于擴大生產規模。但是，由于對食品的需求不大，這些嘗試并未增加收入，因為對于食品的需求缺乏彈性，而農業原材料的價格有彈性。結果，農業產量邊際收益下降，迫使生產者投資于更有效的技術以維持盈利能力。

1 可持續發展及其對當前和未來可再生能源發展與市場的影響

可持續發展的概念是在1975年聯合國環境保護管理計劃第二屆會議上提出的。它假設“這種必然的、令人滿意的經濟發展進程會干擾人類生活環境，并且導致生物圈退化，這將破壞自然、經濟和文化規律”。

1987年的《布倫蘭德報告》提出并制定了下一步措施，其中包括可持續發展的思想。1992年和2002年，在里約熱內盧和約翰內斯堡的全球峰會推進了可持續發展進程。在里約熱內盧首腦會議上商定了最重要的國際文件，其中就包含《21世紀議程-行動綱領》。它介紹了與環境經濟相一致的開發和實施可持續發展進程的方法。“可持續發展旨在確保當今和子孫后代的所有人在地球自然力量的限制內具有足夠高的生態、經濟和社會文化水準” 。

起初，可持續發展基于經濟、社會和環境領域之間的批判性再思考和動態平衡，以實現更好的未來。 然而,Ramos主張在可持續發展的概念中應包括道德、美學和文化、自然幫助和團結等方面。政府當局必須保護環境，應利用政治為今世后代提供生態安全。生態效率的提高是導致自然保護的基本因素。歐盟已經制定了旨在可持續能源生產、競爭和能源安全的能源政策。風能、太陽能、水和生物質能等可再生能源的發展必須被視為歐盟最重要的內部能源。可持續發展的最重要問題之一是能源供應，這是社會和經濟發展的關鍵問題。

可持續發展的概念與可再生市場的發展緊密相關，使市場成為可持續經濟體系的一部分是非常可取的。市場的經濟發展使得難以實現可持續性目標，特別是對于企業，農民和其他參與者而言。引入創新需要激勵和收益機制來利用可持續解決方案。引入生物燃料需要有關可持續發展的新思路。生物燃料的生產取決于許多因素。根據《京都議定書》，歐洲聯盟有義務減少溫室氣體的排放，全球氣候變暖是一個世界性的問題。其中許多影響與原料種植引起的土地利用變化(LUC)有關，例如森林砍伐和相關的溫室氣體排放增加，生物多樣性喪失以及與糧食生產的競爭。理想情況將包括更換傳統燃料，這會影響人類生活中的生物燃料，有助于氣候恢復。來自可持續能源的生物燃料的使用應減少溫室氣體的排放并降低石油的重要性。這些可以通過藻類生物燃料實現，因為它具有高能量含量，低排放和無污染的特性。此外，生物燃料通常是本地可得的，可獲取的，可持續的并且是可再生來源獲得的可靠燃料。生物燃料在生長時可以從空氣中吸收二氧化碳。當生物燃料燃燒時，會釋放出二氧化碳，但與植物生長時吸收的碳相同。在此基礎上，生物燃料似乎是零凈排放者。當前，考慮到工業的當前發展狀況，使用生物燃料是唯一的解決方案。2014年，生物燃料占歐盟交通運輸燃料使用量的5%。生物燃料的生產必須符合可持續發展的標準。可持續的生物燃料可以實現運輸中使用生物燃料10%的既定目標。以下條件包括：1)生物燃料不是來自生物多樣性高的地區(原始森林，保護區)；2)生物燃料不是來自煤炭豐富的地區(潮濕地區，森林地區)；3)用于生物燃料的農業產量是通過保護自然的良好農業規范來實現的；4)與化石燃料相比，可持續的生物燃料必須至少減少35%的溫室氣體排放。

參與生物燃料供應鏈的企業應通過以下方式達到可持續發展的標準：1)向國家系統提供生產、認證數據和其他信息；2)使用允許進行合規性認證的系統；3)符合歐盟的認證要求。

可持續發展涉及的另一個問題是氣體排放。Czy_zewski and Kryszak發現，在經濟發展水平不同的國家，資本和勞動的生產率以及投入的強度對溫室氣體排放的影響不同。研究發現，在最貧窮的國家中，可持續發展的重要障礙是機械化。在中度富裕國家，缺乏實施節能技術的動力。但是，在最富裕的國家中，希望減少機械化和化學化，而采用節能技術。

能源部門的可持續性可以從環境、經濟、社會和政府方面進行衡量。在環境方面，化石燃料對自然產生負面影響以產生所需的能源供應。Garcia-Alvarez等的研究指出，丹麥、荷蘭、法國、葡萄牙和英國實施了可持續政策，有助于確保能源供應的安全。其他歐盟國家也必須采取強化措施，以對子孫后代產生更好的經濟、社會和環境影響。經濟的可持續性包括企業對能源部門的看法。庫珀的研究指出根據《巴黎氣候變化協定》，電力、交通運輸和工業領域需要脫碳經濟學。社會可持續性與商業生存能力有關。可持續發展社區應集中精力發展新能源基礎設施。需要合理的用電量才能為客戶、零售商和營銷渠道的其他合作伙伴創造收益。政府的可持續性基于決策者。他們的工作應著眼于一項長期計劃，這項計劃能清潔環境、改善該國的化石狀況和可再生能源供應。

可持續發展的概念需要全民教育，這也需要學院和學者的投入。可持續發展教育應側重于個人資產、知識和技能，這些可幫助人們過上現代生活，而無需開發自然資源并將其保存給子孫后代。大學水平的可持續發展教育應該是學習所有人如何做出決定并考慮所有社區的長期經濟，生態和社會福祉的過程。教育的新視野應有助于學生更好地了解他們所生活的世界。在大學應教授以下問題：環境惡化，性別不平等，健康，貧窮，浪費性消費，城市衰敗，人口增長，沖突和侵犯人權的威脅我們的未來。這項教育應包括全面、跨學科的方法，以培養可持續發展所需的知識和技能。

關于可持續發展的辯論包括經濟、社會和環境領域之間的平衡，以創造更美好的未來。這就需要一種新的教育方法，這需要在教學方法上進行創新，并納入可持續發展的概念。在客戶尋求信息的決策過程中，環境意識也很重要他們應該生產環保產品。可持續發展的概念在歐盟很重要，并且在共同農業政策(CAP)中得到越來越多的關注。它還提及與社會資本，社會包容性和社會凝聚力相關的社會責任補貼(綠箱補貼)。環境政治的社會意義比可持續發展的同等建設性要素更為重要。

2 歐盟的可再生能源

主要有3種能源：化石燃料，可再生資源和核資源。通常，能源是通過燃燒化石原料獲得的。但是，石油和化石燃料資源的供應有限。另外，它們的燃燒伴隨著溫室氣體的排放以及許多污染物和粉塵的排放，這需要大量的能量。不可再生自然資源的一個目標是減緩其儲備的枯竭速度，并有可能在將來用其他無限資源替代它們，例如用太陽能、風能等替代能源部分替代石油，天然氣或煤炭。在這種情況下，可再生能源(RES)的重要性增加。許多國家面臨能源安全和建立競爭性能源市場的問題。能源(如空氣和水)對于現代社會至關重要。當能源不僅可以用于當前，還可以用于子孫后代時，能源管理將變得高效，同時減少對環境的負面影響。在城市和農村地區，可再生能源的使用越來越受到關注。城市選擇了對居民的生活條件產生環境影響的不同策略。這些策略可能包括最環保的舉措。如今，主要的環境影響因素包括產品、過程和活動。

由于高產品種的引入和農作物生產的機械化，農業是能源需求增加的部門之一。大規模的高強度生產會對環境產生負面影響。但是，采用減少化學品投入的做法取決于多種因素，例如：農民的年齡，農場總收入和信息來源。而且，農民必須面對病蟲害的問題。他們應該做出明智的決定，無論是農作物還是牲畜。他們面臨風險，因為他們不知道未來的天氣狀況或經濟狀況。他們的農場資源包括植物、化肥和可能無法回收的耕地。農民對其生產有很大的不確定性。

這就是為什么目前的農業政策應包括新的和傳統的農業目標的互補，它不僅是經濟的一部分，還是人和動物生活的地方，也是農村和自然資源的來源。農村活動不僅應考慮農業生產，而且還應考慮農場、村莊和地區可能的可持續發展。環境要素發揮了非常重要的作用，這對農民和小農戶產生了積極的社會影響。

使用可再生能源將改善有機燃料經濟和能源供應的可靠性，改善生活條件，增加可持續發展和綠色經濟中的就業水平。歐盟對促進和生產可再生能源感興趣。歐洲能源政策的出發點有3點：應對氣候變化，限制歐盟對進口碳氫化合物的外部依賴，促進增長和就業，從而為消費者提供安全且負擔得起的能源。一種來源可以是生物質，它可以提供熱量和電能。歐盟法規要求能源生產商使用秸稈等能源來獲取農業生物質。此類產品應可持續生產，并應滿足特定要求。生物質是用于液體、固體和氣體燃料的原材料。來自生物質的液體燃料包括：天然植物油、生物柴油、生物乙醇和生物甲醇。由生物質生產的固體燃料包括稻草、鋸末、樹皮、刨花和精制大包、顆粒和煤餅。氣態生物燃料包括污水污泥產生的沼氣、垃圾填埋氣以及動物糞便厭氧消化產生的沼氣。

大多數生物質來自木材，然而短輪作和多年生草本植物(PHC)也可以用于生物量生產。這樣的植物不需要高質量的土壤，可以在不適合用于糧食或飼料的常規作物種植的土地上收獲。根據Pudetko等多年生能源和工業作物的可用土地面積高達160萬公頃。

3 歐盟的生物燃料

此外，歐盟依賴那些動蕩國家的石油，而其運輸基礎是柴油。這種不穩定的情況導致尋找替代能源的需求升高，其中就包括生物燃料。關于影響生物燃料生產的決定因素的研究是由Borychowski開展的，作者指出生物燃料市場取決于體制因素、農業原材料市場的狀況以及包括原油價格在內的宏觀經濟因素。根據Wicki的研究，可再生燃料的生產被認為是生物經濟發展的重要方向，因為它將降低污染排放。

生物燃料在可再生能源生產中占有很大份額，并且對環境友好。使用生物燃料不會產生對環境有害的物質，并且不會對發動機產生負面影響。將生物柴油與常規燃料混合達到7%無需對發動機進行改裝。生物燃料可分為4類：

(1)第1代生物燃料可以由油菜籽、谷物、甜菜根和土豆生產。這些生物燃料由油基植物、淀粉作物和糖構成。燃料行業不得不與營養行業和飼料行業開展競爭。

(2)第2代生物燃料是由非營養產品生產的，主要來自稻草、桔梗、莎草和高能人工林，主要來自農業和林業殘留物，

(3)第3代生物燃料是由藻類生產的，藻類可能是未來的生物燃料。他們不與耕地上的糧食作物競爭。藻類可以在廢水和其他殘留水中培。

(4)第4代生物燃料包含藻類的基因工程。第4代生物燃料中的生物質來自微藻類、大型藻類和藍細菌。

能源部門的發展機會是生產第2代生物燃料。木質纖維素植物是第2代生物燃料的來源，可以在質量較低的土壤和退化地區生長。

目前，歐盟唯一使用的生物燃料是生物柴油(76%)和生物乙醇(20%)。Demirbas的研究表明，生物燃料和石油原料之間的最大區別是氧氣含量。生物燃料的氧氣含量從10%到45%，而石油基本上不含氧氣，因此生物燃料的化學性質與石油大不相同。大多數傳統的生物燃料都來自農業糧食作物，例如玉米、小麥或甜菜中的乙醇，以及油料中的生物柴油。生物柴油由植物油生產，可通過酯交換過程轉化為(間)乙酯。就硫含量、燃點、芳烴含量和生物降解性而言，生物柴油優于柴油燃料。生物乙醇是衍生自可再生原料的燃料。通常是植物，例如小麥、甜菜、玉米、稻草、木材。甚至家庭垃圾也可能在經濟上轉化為生物乙醇。根據歐盟質量標準EN 228，可以將生物乙醇與汽油的5%混合物用作混合燃料。這種混合物無需修改發動機，并且受到車輛保修的保護。通過對發動機進行改造，可以以更高水平地使用生物乙醇，例如E85(85%生物乙醇)。

生物燃料的生命周期意味著從農民到生物燃料生產商以及企業的整個供應鏈都與營業額相關。2012年，歐盟指定用于生物燃料生產的總面積接近440萬公頃，占歐盟耕地總面積的3%。

對生物燃料生產的最重要威脅是：1)將越來越多的農作物用做能源，有利于農作物單一栽培的發展；2)與傳統燃料相比，溫室氣體排放量減少的幅度很小，這是由于生物燃料的熱值較低且相對于汽油和柴油的消耗量較高(分別降低30%～40%和10%)；3)對農業原材料和糧食價格的不利影響(價格上漲，包括對農產品市場的投機活動)；4)分配更多的土地用于能源作物的種植；5)一方面是食品和飼料行業之間的農業原料競爭，另一方面是生物燃料行業之間的競爭及其后果——對糧食安全的潛在威脅，以及在農業原料生產中消耗大量水，這在波蘭這個水資源有限的國家尤其嚴重。

通常，與第二代生物燃料相比，第一代生物燃料的使用帶來的利益要小，這可能會在將來確定生物燃料市場的發展方向。

能源市場的另一部分由沼氣構成，可以從幾種不同類型的農業基質中生產。沼氣是滿足全球經濟需求的有前景的方式。根據Zielinski，et al提出沼氣具有多種環境效益，但是有效的沼氣生產將需要一些改進，例如：對沼氣廠的投資，支持方案的立法，這些都取決于能源經濟的政策。

波蘭、德國和其他歐盟國家的沼氣主要來自玉米。這在食品、飼料和能源部門之間造成了競爭。它將提高玉米和玉米產品的價格，這對客戶不利。另一方面，沼氣廠的發展增加了可再生能源(RES)的產量。此外，沼氣廠產生的消化物可能是有機肥料，并增加了土壤中的氮含量，能源作物可以替代化石資源。尋找非糧食植物來滿足生物能源和生物燃料生產的需求正在增加，這樣的植物應能實現高產出且營養需求低。(農業農村部沼氣科學研究所 王 健 譯自：Development of renewable energy sources market and biofuels in The European Union [J].Journal of Cleaner Production ,2019,228:467-484.)