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德瑞克說碳金融》第三十八講:酒裡乾坤大 ─ 淺談生質能源裡的合作與競爭

「酒裡乾坤大,杯中日月明」,多美的句子!原本指的是喝酒之後心胸舒暢,覺得世界另有一番天地。這裡我們借用來比喻在「生質酒精」的背後,其實有著地緣關係、能源外交、糧食價格與土地利用等不同層面,這裡面有合作也有競爭。而這些互相牽動的因素,將會形塑未來生質能源的可能發展。

大家好,我是德瑞克,我對氣候變遷議題下的碳金融有高度興趣,同時也抱著高度質疑。

酒裡乾坤大,杯中日月明。(圖片來源:https://pixabay.com/)

「酒裡乾坤大,杯中日月明」,多美的句子!原本指的是喝酒之後心胸舒暢,覺得世界另有一番天地。這裡我們借用來比喻在「生質酒精」的背後,其實有著地緣關係、能源外交、糧食價格與土地利用等不同層面,這裡面有合作也有競爭。而這些互相牽動的因素,將會形塑未來生質能源的可能發展。

上一講我們談到了巴西半世紀的國家發展─「國家酒精計畫」。巴西雖然真的是很大(世界國土第五大),但是畢竟這個計畫還只是在國內發展,如果巴西真的想藉著生質酒精登上國際能源舞臺,成為「酒精的沙烏地阿拉伯」的話,它還必須對外擴充影響力,必須找到盟友合作。

合作

首先我們來看看,巴西駐印度大使在2022年四月所寫的一篇文章,標題是《Brazil’s Ethanol Journey》,講的就是巴西創建生質乙醇經濟體系的經驗,有可能支持其他國家制訂戰略與選擇最佳途徑。文中特別提到印度。

文中說,巴西和印度都是主要的發展中經濟體,而且農業都是兩國經濟的支柱。同為熱帶國家,巴西和印度是世界上最大的兩個甘蔗生產國,希望能共同帶頭將生質乙醇推廣作為一種全球商品。巴西是全球混合生質乙醇到汽油比例最高的國家,目前強制比例為27% (E27),而印度預計到2025年也將提高乙醇的混合比例到20%(E20)。

下方列出了生產甘蔗的大國,可以觀察到巴西跟印度分別是第一與第二名,以2009年的產量來說,巴西佔了全球甘蔗產能的38%,而印度佔了16%,光是他們倆就佔了全球過半的甘蔗產量,因此巴西跟印度也分別是全球「糖」生產的第一與第二名。

(資料來源:聯合國食物與農業組織)

而兩國的領導人在2020年一月簽署生物能源合作備忘錄,展開了雙邊的合作,接著在今年四月(2022年),兩國的能源主管機關首長,巴西礦業和能源部長到印度拜訪印度石油和天然氣部長,深化兩國在生質能源領域的合作,發展印巴生質能源聯盟(Indian─Brazil Alliance for Bioenergy and Biofuels)。

2022年四月,巴印能源首長會議(圖片來源:https://energynewsindia.com/)

印度跟巴西有著類似的熱帶農業優勢,有著廣大的國內消費人口作為基礎,希望爭取成為能源大國之外,也能藉著彈性化選擇生產乙醇或糖,幫自己國內的甘蔗產業找到出路,因此一拍即合。

等等,在甘蔗一哥跟二哥結盟的時候,我們可別忘了把玉米一哥「美國」,它才是真正的酒王。在2021年的生質酒精產量中,美國生產了全世界過半的數量(55%)。下圖為2021年全球乙醇生產數量排名。

(資料來源:https://ethanolrfa.org/)

而與上述巴西帶領印度合作的故事,也曾發生在美國與巴西的身上。早在2007年,美國總統小布希就用「乙醇外交」做為中南美洲之行的重點。小布希與當時巴西總統一起在中南美洲,提倡甘蔗乙醇的生產和使用。因為拉丁美洲和加勒比海地區都身處熱帶,很適合甘蔗種植。美巴兩國共同製定生物燃料的國際標準,給予中南美國家技術轉移與關稅減免,來提高各國對於乙醇的興趣。尋找夥伴營造市場,共同把餅做大,這是生質能源在國際發展的「合作」面向。

競爭

但是,就像是產油國的優勢一樣,乙醇產量牽涉到各國的糧食生產量。位於熱帶或者肥沃區域的國家,農業優勢自然會比其他國家更大一些,所以這些國家發展生質能源除了能源自主,當然希望多多出口能源,所以有前述「美國帶巴西,巴西帶印度」的合作。

只是對一些非農業國家來說,本國農產品拿來做生質能源成本太高,不靠政府給的補貼根本打不過汽油。但若是政府強制規範生質酒精的混合比例,那低成本的外國生質酒精(從美國、巴西等農業大國)將充斥市場,本國甚至得不到能源自主與產業發展的好處。舉例來說,中國的生質燃料研究者說:「相比於美國,我們太吃虧了。人家的玉米送到我們的口岸,都比我們本土的玉米價格低,更何況進口玉米的澱粉含量高。在黑龍江某廠中同樣的工藝,美國玉米2.9噸就能出一噸乙醇,本土玉米則需要3.3噸玉米才能產出一頓乙醇。」。進口玉米這麼有競爭力,本土的生質能源怎麼發展?

讓我們來看看2021年美國乙醇出口的國家比例,能看出甚麼端倪?

(資料來源:https://ethanolrfa.org/)

第一名是加拿大(30%)。農牧業大國。加拿大是世界第六大小麥生產國和最大的小麥出口國之一,而加拿大想要推廣小麥做生質酒精,而做完酒精後的副產品酒糟,是非常好的養牛飼料。加拿大是全球第七大牛肉產地。

第二大是印度(12%),農業大國。這前面我們談過,印度本身很積極地利用甘蔗在發展生質乙醇。

同樣第二大是南韓(12%),這個比較特別,南韓的乙醇主要用於工業用途,包括消毒劑產品和擋風玻璃清洗液,而不是當燃料。但是美國穀物委員會正在遊說韓國使用乙醇做為運輸燃料。

第四大出口是中國(9%),農業大國。2020年底,中國國務院要求擴大國內燃料乙醇加工能力。2021 年初,中國國家能源局敦促地方政府和企業支持生物燃料的發展。

接下來的幾個美國乙醇出口國家,巴西(6%),祕魯(4%),墨西哥(4%),奈及利亞(3%),共同特點就是熱帶國家,農業發達,因此也都想發展農業能源,利用甘蔗、玉米與木薯來製造生質乙醇。

看出來了嗎?會跟美國進口生質酒精的國家,都是自身想依靠農業的優勢基礎,在低碳時代紅利之下,帶動國內的農業能源產業。只是在本國的產業鏈未成熟之前,先進口美國便宜的乙醇來引導消費意願,進而逐步帶動國內的生質能源產業。

所以,儘管全球都有淨零減碳的目標,生質能源的國際貿易發展會有其瓶頸。因為如果一個國家本身沒有夠大的農業(甚至要超過自身糧食需求)去支撐自有的生質能源發展的話,這個國家幾乎不會選擇全面的生質能源計畫。而且就算這些國家有計畫,也通常會設置進口壁壘來保障本國的產業發展,而關稅壁壘是不利於產業推廣的。

這是生質酒精在國際貿易間的「競爭」面向。

講完了國際貿易上的競爭,我們要來說說另外兩方面的競爭:食物與燃料的競爭,農地與森林的競爭。

我們來看看以下這張原物料價格歷史圖,最下面紅色虛線是糖價,中間的藍色虛線是乙醇價格,而最上面的綠色線是石油價格。因為乙醇跟糖競爭相同的原料與種植面積,所以這兩個大宗商品的價格是連動的。而乙醇的價格跟石油又是市場競爭的關係,彼此也有連動性。

(資料來源:《The Relationship among Ethanol, Sugar and Oil Prices in Brazil: Cointegration Analysis with Structural Breaks》)

如果低碳世界是要加速去石油化,那生質燃料的需求將會上升,根據經濟學原理,需求上升將帶動價格上漲。如同之前糖價與乙醇的連動關係,生質燃料價格上漲也會同時帶動糧食價格上漲。

根據英國《衛報》取得世界銀行的資料,生質燃料已經迫使全球食品價格上漲75%。不管是利用糧食來源做的生質乙醇,或是用榨油來源做的生質柴油,都是在擠壓人類的糧食來餵養機器。

「用糧食生產燃料的口子不能開,否則對窮人會是災難。」在自由經濟之下,產業會追逐利益最大化,所以當開車的比挨餓的有更強購買力的時候,生質燃料跟糧食競爭之下,有可能推高了食品價格,而製造了更多飢餓的災民。「朱門酒肉臭,路有凍死骨」是大家對於生質能源最擔心的事情。

(圖片來源:https://pixabay.com/)

而且,關於生質燃料的影響,還有一個新名詞,叫做ILUC(Indirect Land Use Change,間接土地利用變化)。這是指當在現有農業土地上生產生質燃料時,會對糧食生產造成排擠。但是因為糧食和飼料作物的需求仍然存在,就導致有人往森林中開墾新農地,以滿足糧食與飼料的需求。舉例來說,在巴西因為種大豆比養牲畜更有利潤,所以原本的牧場改種大豆,而牧場則往亞馬遜雨林邊境遷移,導致森林被砍伐。

而一旦森林變農地,原本具備的森林碳匯功能(吸收二氧化碳)將喪失,這樣發展出來的生質燃料對於整體減排,成果將適得其反。因此先進國家像是歐盟與美國,除了關注生質燃料對食品和飼料價格,也非常在乎是否會造成直接和間接的土地利用變化,這些關注與擔憂導致了生質燃料增長率從 2010 年開始放緩,並開始發展不與人/牲畜爭糧食的第二代與第三代生質能源。

所謂的傳統(第一代)生物燃料,就是我們這幾講提到的,使用糧食作物生產的燃料,例如糖、澱粉跟植物油。這些生質能源將會跟食物與飼料競爭資源。

而先進(第二代和第三代)生物燃料,則是用不與食物/飼料競爭的原料生產燃料,會利用農業廢物(像是桔梗),非糧食作物(像是芒草),還有藻類做原料。目的就是為了避免生質能源與人爭糧的擔憂。

讓我們用世界最大的環保組織─WWF世界自然基金會,一篇研究巴西2030年的可能生質燃料文章作為總結。這篇文章是《Potential Sustainable Biofuel Production in Brazil─2030》。

文中提出一個關鍵問題,巴西在不造成進一步森林砍伐與損害糧食安全之下,生質燃料還能提升多少? 能滿足多少能量的需求?

文章中分析了兩種情境,情境一是專注於目前單一大宗農產品的生產,情境二是提高一些目前未充分利用的作物來提高產量。結論是,在不造成進一步森林砍伐與損害糧食安全的前提下,生質乙醇跟生質柴油都無法完全取代汽油與柴油,最多只能做到78%與58%的取代率。

(資料來源:《Potential Sustainable Biofuel Production in Brazil─2030》)

有鑑於最難電力化的是航空業,因為其大重量與長程飛行,讓電池作為運輸能量成為不可能的任務。因此,應該優先生產生質煤油作為航空用,而讓適合電力化的公路車輛以電或者混合動力來運行。在這個情境下,巴西就有機會能在合理的前提下,達成生質煤油在航空類別的百分百替代石油。

總結來說,生質能源目前正在往第二代與第三代研發中,雖然目前成本仍高,但這是讓燃料不與人搶糧食的作法。另一個可能的走向,把生質燃料優先供給給難以電力化的運輸類別,而讓公路車輛運輸以電力化與混合動力的方向前進。

面對由俄烏戰爭引發的全球能源危機,國際能源署(IEA)提出了減少使用石油的十點計畫,用減少需求的方式來產生立即的影響。下一講,我們將來看看這十點計畫,並觀察在新能源崛起的時代,舊能源有怎樣的因應。

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