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(jīng)濟的動態(tài)發(fā)展導致了能源需求的增長。中國、美國和歐洲等世界經(jīng)濟的快速發(fā)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(zhàn)。能源部門是企業(yè)和現(xiàn)代經(jīng)濟增長、發(fā)展和競爭力的支柱之一。實現(xiàn)能源安全和環(huán)境保護是注重可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)濟目標。共享舉措可以對環(huán)境產(chǎn)生積極影響?？稍偕茉?RES)的發(fā)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(fā)基于生物資源的可持續(xù)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(chǎn)的支持。可再生能源的發(fā)展對經(jīng)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(chuàng)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(xiàn)其可持續(xù)發(fā)展目標。因此，在業(yè)務模型級別進行創(chuàng)新升級顯得十分必要，以此調整激勵機制和收益機制，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展解決方案。

據(jù)估計，城市地區(qū)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(xù)性領域的決策者來說是一個大問題。農(nóng)村地區(qū)排放的全球溫室氣體占比較少，但是農(nóng)民可以在農(nóng)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(chǎn)規(guī)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(nóng)業(yè)原材料的價格有彈性。結果，農(nóng)業(yè)產(chǎn)量邊際收益下降，迫使生產(chǎn)者投資于更有效的技術以維持盈利能力。

1 可持續(xù)發(fā)展及其對當前和未來可再生能源發(fā)展與市場的影響

可持續(xù)發(fā)展的概念是在1975年聯(lián)合國環(huán)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(jīng)濟發(fā)展進程會干擾人類生活環(huán)境，并且導致生物圈退化，這將破壞自然、經(jīng)濟和文化規(guī)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(xù)發(fā)展的思想。1992年和2002年，在里約熱內(nèi)盧和約翰內(nèi)斯堡的全球峰會推進了可持續(xù)發(fā)展進程。在里約熱內(nèi)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(huán)境經(jīng)濟相一致的開發(fā)和實施可持續(xù)發(fā)展進程的方法?！翱沙掷m(xù)發(fā)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(nèi)具有足夠高的生態(tài)、經(jīng)濟和社會文化水準” 。

起初，可持續(xù)發(fā)展基于經(jīng)濟、社會和環(huán)境領域之間的批判性再思考和動態(tài)平衡，以實現(xiàn)更好的未來。 然而,Ramos主張在可持續(xù)發(fā)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(huán)境，應利用政治為今世后代提供生態(tài)安全。生態(tài)效率的提高是導致自然保護的基本因素。歐盟已經(jīng)制定了旨在可持續(xù)能源生產(chǎn)、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(fā)展必須被視為歐盟最重要的內(nèi)部能源。可持續(xù)發(fā)展的最重要問題之一是能源供應，這是社會和經(jīng)濟發(fā)展的關鍵問題。

可持續(xù)發(fā)展的概念與可再生市場的發(fā)展緊密相關，使市場成為可持續(xù)經(jīng)濟體系的一部分是非?？扇〉?。市場的經(jīng)濟發(fā)展使得難以實現(xiàn)可持續(xù)性目標，特別是對于企業(yè)，農(nóng)民和其他參與者而言。引入創(chuàng)新需要激勵和收益機制來利用可持續(xù)解決方案。引入生物燃料需要有關可持續(xù)發(fā)展的新思路。生物燃料的生產(chǎn)取決于許多因素。根據(jù)《京都議定書》，歐洲聯(lián)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(chǎn)的競爭。理想情況將包括更換傳統(tǒng)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(xù)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(xiàn)，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(xù)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(yè)的當前發(fā)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(chǎn)必須符合可持續(xù)發(fā)展的標準。可持續(xù)的生物燃料可以實現(xiàn)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(qū)(原始森林，保護區(qū))；2)生物燃料不是來自煤炭豐富的地區(qū)(潮濕地區(qū)，森林地區(qū))；3)用于生物燃料的農(nóng)業(yè)產(chǎn)量是通過保護自然的良好農(nóng)業(yè)規(guī)范來實現(xiàn)的；4)與化石燃料相比，可持續(xù)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(yè)應通過以下方式達到可持續(xù)發(fā)展的標準：1)向國家系統(tǒng)提供生產(chǎn)、認證數(shù)據(jù)和其他信息；2)使用允許進行合規(guī)性認證的系統(tǒng)；3)符合歐盟的認證要求。

可持續(xù)發(fā)展涉及的另一個問題是氣體排放。Czy_zewski and Kryszak發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)濟發(fā)展水平不同的國家，資本和勞動的生產(chǎn)率以及投入的強度對溫室氣體排放的影響不同。研究發(fā)現(xiàn)，在最貧窮的國家中，可持續(xù)發(fā)展的重要障礙是機械化。在中度富裕國家，缺乏實施節(jié)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(jié)能技術。

能源部門的可持續(xù)性可以從環(huán)境、經(jīng)濟、社會和政府方面進行衡量。在環(huán)境方面，化石燃料對自然產(chǎn)生負面影響以產(chǎn)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(xù)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(chǎn)生更好的經(jīng)濟、社會和環(huán)境影響。經(jīng)濟的可持續(xù)性包括企業(yè)對能源部門的看法。庫珀的研究指出根據(jù)《巴黎氣候變化協(xié)定》，電力、交通運輸和工業(yè)領域需要脫碳經(jīng)濟學。社會可持續(xù)性與商業(yè)生存能力有關。可持續(xù)發(fā)展社區(qū)應集中精力發(fā)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(chuàng)造收益。政府的可持續(xù)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(huán)境、改善該國的化石狀況和可再生能源供應。

可持續(xù)發(fā)展的概念需要全民教育，這也需要學院和學者的投入?？沙掷m(xù)發(fā)展教育應側重于個人資產(chǎn)、知識和技能，這些可幫助人們過上現(xiàn)代生活，而無需開發(fā)自然資源并將其保存給子孫后代。大學水平的可持續(xù)發(fā)展教育應該是學習所有人如何做出決定并考慮所有社區(qū)的長期經(jīng)濟，生態(tài)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(huán)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(yǎng)可持續(xù)發(fā)展所需的知識和技能。

關于可持續(xù)發(fā)展的辯論包括經(jīng)濟、社會和環(huán)境領域之間的平衡，以創(chuàng)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(chuàng)新，并納入可持續(xù)發(fā)展的概念。在客戶尋求信息的決策過程中，環(huán)境意識也很重要他們應該生產(chǎn)環(huán)保產(chǎn)品。可持續(xù)發(fā)展的概念在歐盟很重要，并且在共同農(nóng)業(yè)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(huán)境政治的社會意義比可持續(xù)發(fā)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(xiàn)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(huán)境的負面影響。在城市和農(nóng)村地區(qū)，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(chǎn)生環(huán)境影響的不同策略。這些策略可能包括最環(huán)保的舉措。如今，主要的環(huán)境影響因素包括產(chǎn)品、過程和活動。

由于高產(chǎn)品種的引入和農(nóng)作物生產(chǎn)的機械化，農(nóng)業(yè)是能源需求增加的部門之一。大規(guī)模的高強度生產(chǎn)會對環(huán)境產(chǎn)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(nóng)民的年齡，農(nóng)場總收入和信息來源。而且，農(nóng)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(nóng)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(jīng)濟狀況。他們的農(nóng)場資源包括植物、化肥和可能無法回收的耕地。農(nóng)民對其生產(chǎn)有很大的不確定性。

這就是為什么目前的農(nóng)業(yè)政策應包括新的和傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)目標的互補，它不僅是經(jīng)濟的一部分，還是人和動物生活的地方，也是農(nóng)村和自然資源的來源。農(nóng)村活動不僅應考慮農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，而且還應考慮農(nóng)場、村莊和地區(qū)可能的可持續(xù)發(fā)展。環(huán)境要素發(fā)揮了非常重要的作用，這對農(nóng)民和小農(nóng)戶產(chǎn)生了積極的社會影響。

使用可再生能源將改善有機燃料經(jīng)濟和能源供應的可靠性，改善生活條件，增加可持續(xù)發(fā)展和綠色經(jīng)濟中的就業(yè)水平。歐盟對促進和生產(chǎn)可再生能源感興趣。歐洲能源政策的出發(fā)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(yè)，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(guī)要求能源生產(chǎn)商使用秸稈等能源來獲取農(nóng)業(yè)生物質。此類產(chǎn)品應可持續(xù)生產(chǎn)，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(chǎn)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(tài)生物燃料包括污水污泥產(chǎn)生的沼氣、垃圾填埋氣以及動物糞便厭氧消化產(chǎn)生的沼氣。

大多數(shù)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(chǎn)。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(guī)作物種植的土地上收獲。根據(jù)Pudetko等多年生能源和工業(yè)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(wěn)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(chǎn)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(nóng)業(yè)原材料市場的狀況以及包括原油價格在內(nèi)的宏觀經(jīng)濟因素。根據(jù)Wicki的研究，可再生燃料的生產(chǎn)被認為是生物經(jīng)濟發(fā)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(chǎn)中占有很大份額，并且對環(huán)境友好。使用生物燃料不會產(chǎn)生對環(huán)境有害的物質，并且不會對發(fā)動機產(chǎn)生負面影響。將生物柴油與常規(guī)燃料混合達到7%無需對發(fā)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(chǎn)。這些生物燃料由油基植物、淀粉作物和糖構成。燃料行業(yè)不得不與營養(yǎng)行業(yè)和飼料行業(yè)開展競爭。

(2)第2代生物燃料是由非營養(yǎng)產(chǎn)品生產(chǎn)的，主要來自稻草、桔梗、莎草和高能人工林，主要來自農(nóng)業(yè)和林業(yè)殘留物，

(3)第3代生物燃料是由藻類生產(chǎn)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(fā)展機會是生產(chǎn)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(qū)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(qū)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(shù)傳統(tǒng)的生物燃料都來自農(nóng)業(yè)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(chǎn)，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(yōu)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(jīng)濟上轉化為生物乙醇。根據(jù)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(fā)動機，并且受到車輛保修的保護。通過對發(fā)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(nóng)民到生物燃料生產(chǎn)商以及企業(yè)的整個供應鏈都與營業(yè)額相關。2012年，歐盟指定用于生物燃料生產(chǎn)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(chǎn)的最重要威脅是：1)將越來越多的農(nóng)作物用做能源，有利于農(nóng)作物單一栽培的發(fā)展；2)與傳統(tǒng)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(nóng)業(yè)原材料和糧食價格的不利影響(價格上漲，包括對農(nóng)產(chǎn)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(yè)之間的農(nóng)業(yè)原料競爭，另一方面是生物燃料行業(yè)之間的競爭及其后果——對糧食安全的潛在威脅，以及在農(nóng)業(yè)原料生產(chǎn)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(fā)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(nóng)業(yè)基質中生產(chǎn)。沼氣是滿足全球經(jīng)濟需求的有前景的方式。根據(jù)Zielinski，et al提出沼氣具有多種環(huán)境效益，但是有效的沼氣生產(chǎn)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(jīng)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(chǎn)品的價格，這對客戶不利。另一方面，沼氣廠的發(fā)展增加了可再生能源(RES)的產(chǎn)量。此外，沼氣廠產(chǎn)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(chǎn)的需求正在增加，這樣的植物應能實現(xiàn)高產(chǎn)出且營養(yǎng)需求低。(農(nóng)業(yè)農(nóng)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.)