支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮訂閱我們屢獲殊榮的新聞報道，以支援我們。 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保未來關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的持續產出。
一項新的研究結果表明，多年生草和草本植物的混合可能是美國生產可持續生物燃料的最佳選擇。但是，要使這個夢想成為現實，可能會損害當地環境，並且需要開發新技術來收割、加工並將這些植物材料轉化為生物燃料，例如乙醇。
生物燃料因其對糧食生產的影響而備受爭議。美國使用的乙醇目前是用玉米中的澱粉釀造的，這使得乙醇生產商（以及政府的乙醇強制令）與玉米的其他用途（例如食品或動物飼料）產生衝突。據國會預算辦公室稱，美國的玉米乙醇已經導致食品成本上漲了 15%，聯合國糧食及農業組織將玉米轉向生物燃料歸咎於全球食品價格上漲的原因。
為了瞭解非食物植物是否可以像玉米一樣成為生物燃料的來源，研究人員在 20 年間追蹤了所謂的邊際土地上的六種替代作物和耕作系統，包括楊樹和苜蓿。此類邊際土地面臨著諸如土壤肥力和易受侵蝕等挑戰。
新的分析發現，儘管傳統作物（如玉米）在邊際土地上可以轉化為生物燃料的生物質產量最高，但由於耕作、施肥和其他將它們轉化為燃料所必需的產生二氧化碳的活動，它們減少二氧化碳的能力受到損害。（這些因素導致了關於玉米乙醇是否能真正減少溫室氣體排放的重大科學分歧，儘管研究人員發現，只要將石油生產和燃燒納入比較範圍，即使是玉米也能提供一些氣候效益。）
相比之下，當這些土地休耕時，自然生長的草和其他花卉和植物（例如一枝黃花、紫菀和匍匐冰草等物種）如果施肥，每公頃每年可以提供大致相同的生物燃料能量，同時減少的二氧化碳量是玉米的兩倍以上。密歇根州立大學的首席研究員伊利亞·蓋爾凡德說：“當用這種植被生產生物燃料時，整體氣候影響非常積極。”這項研究於 1 月 17 日發表在《自然》雜誌上。（《大眾科學》是自然出版集團的一部分。）
透過將這些田野結果輸入計算機模型，計算出在“潛在生物煉油廠” 80 公里範圍內有多少此類邊際土地可用，蓋爾凡德及其同事發現，在 10 箇中西部州，每年可以使用大約 1100 萬公頃的目前休耕的土地以這種方式生產 210 億升的纖維素乙醇。
如果能夠實現如此大量的纖維素生物燃料，與原本會被燃燒的石油相比，每年將減少 44 太克（440 億公斤）的溫室氣體排放。德國卡爾斯魯厄理工學院的氣候研究員克勞斯·巴特巴赫-巴爾和拉爾夫·基斯在《自然》雜誌上發表的一篇關於該研究的評論中寫道，這“相當於 1000 萬輛中型汽車的二氧化碳排放量，每輛車的年行駛里程為 20,000 公里”。它還將滿足美國政府在 2007 年設定的 2022 年纖維素乙醇產量 800 億升目標的 25%。
普林斯頓大學的農業專家蒂莫西·塞爾辛格說：“作者試圖關注尚未用於糧食生產的土地是好事。”他沒有參與這項研究。但是，該研究表明，即使研究人員最大限度地利用所有邊際土地種植生物燃料的能力，“到 2020 年，它能夠產生的纖維素乙醇量僅足以提供美國 1.5% 的運輸燃料。”而且，預期產量比美國能源部在 2011 年對生物燃料潛力分析預測的低約 20%。
來自本地植物的這種纖維素乙醇也需要技術突破才能有效地將植物的葉子、莖和其他不可食用的部分轉化為燃料。雖然一些這樣的纖維素生物煉油廠正在建設中或以原型規模存在，但沒有一家能夠處理如此多的多年生草和草本植物的混合物。事實上，要使這種可持續生物燃料取得進展，關鍵需求之一仍然是“有利可圖的生物精煉過程”，蓋爾凡德指出，此外還需要更好地瞭解生態影響。目前，這種纖維素生物煉油廠的原料要麼來自傳統作物的殘留物（如玉米秸稈），要麼來自砍伐樹木。
將邊際土地變成生物燃料農場也可能對當地環境產生負面影響。邊際地區目前通常被指定用於保護，既是為野生動物提供棲息地的一種手段，也是保護其免受農業徑流進入水道的一種方式。
而且，即使這種纖維素乙醇成為現實，它仍然可能與糧食生產發生衝突。蓋爾凡德說：“如果燃料變得足夠有價值，它很可能會取代糧食作物，就像現在玉米乙醇的情況一樣。”但是，“將燃料生產擴大到不適合糧食生產的邊際土地是一種緩解生產性耕地生產燃料的壓力的方法。”