原文為〈Study reaffirms lack of link between biofuels, land use changes〉於2011年5月24日發佈於《Biodiesel Magazine》網站，摘要如下：
1. 美國密西根州立大學(Michigan State University, MSU)近來的一篇研究論文指出：美國過去幾年來在生質燃料的生產很可能並未造成土地用途的改變。
2. 反對生質能源者長久以來的論點之一是生質燃料的原物料(biofuel feedstocks)，如：玉米、大豆等，會改變目前的土地用途，進而增加全球溫室氣體排放。
3. 但MSU的研究論文指出，由2002年至2007的統計資料來看，生質燃料的生產與土地用途變更並無顯著的相關性。
4. 此外，美國能源部(US Department of Energy)在去年的一項研究也指出過去十年生質酒精的增產對於土地用途變更的影響趨近於零。
評論與補充：
1. 在解釋土地用途變更的概念之前，先跟各位讀者談談生質燃料的「排擠效應」。假設可耕地的總面積是固定的，則其生產能力基本上也會是固定的，也就是說多生產一分生質燃料原物料，就必須少生產一分糧食(人或牲口的糧食)，這樣會造成糧食市場的供給低於需求，促使供需平衡發生變化，使得糧食價格上漲，這就是排擠效應。要避免排擠效應、又要生產生質能源，有許多可能的解決方案，其中一個是增加可耕地，例如：砍伐樹林、前進山坡地…等等。這個方案事實上是人類歷史中為了解決糧食問題常見的方法，缺點是不可避免地破壞自然生態。MSU的這篇論文便是企圖了解究竟美國的生質燃料生產活動造成了多少土地用途變更，結果是沒有任何顯著關係。
2. 但請別高興的太早，或許新聞原文來自生質能源刊物的關係，多少有些隱惡揚善的傾向，它並沒有提到MSU的這篇論文明白提到他們的研究結果可以有不同的詮釋方式，一個可能的解讀是這篇研究其實不足以反應長期以來的變化。因此論文作者們認為應該要有更多的研究投入才能夠釐清生質燃料與土地利用的關係。
3. 之所以挑選這篇新聞與各位讀者分享，並不是因為我擁護或反對這個「沒有任何顯著關係」的研究結果，而是希望各位讀者們了解到，許多關於生質燃料的相關批評往往是「直覺的」、「想當然爾的」，有時候看似合理的推論，其實往往是忽略了許多重要因素的結果。2008年糧食價格暴漲，輿論直指生質燃料是罪魁禍首，認為石油價格暴漲使得生質燃料增產，造成應該被當作糧食的穀物被移作生質燃料，形成原物料供不應求、價格飆升的處境。進入2011年後，許多機關的報告漸漸指出，國際掮客操弄價格可能才是這個事件真正的元凶。生質能源的利與弊需要更多採用科學方法的研究來釐清，而不是被輿論與不專業的分析模糊。
相關文章：
MSU研究的原始論文出處如下，可在ScienceDirect上搜尋到：
Kim, S., and Bruce E. Dale. 2011. Indirect land use change for biofuels: testing predictions and improving analytical methodologies. Biomass and Bioenergy 35(7):3235-3540.
在上一篇文章《生物精煉概述（一）—生物精煉與石油精煉》的最後，我們談及James Clark與Fabien Deswarte在他們著作《Introduction to Chemicals from Biomass》中提到，生物精煉可以依使用原料的種類多寡以及製程的複雜程度分成三種型態：Phase I、Phase II以及Phase III。那麼這三者是如何作詳細區分的呢？
三種生物精煉型態的定義
A. Phase I Biorefinery：其定義是使用單一原料，經過單一固定製程產生單一主產物。
B. Phase II Biorefinery：使用單一原料，經過多種的製程後得到多種主產物。
C. Phase III Biorefinery：最為複雜的生物精煉應用：其定義是使用多種原料，經過多種製程後得到多種主產物。
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生物精煉的定義
讀者在閱讀生質能源相關的資訊時，或許會注意到「生物精煉」(Biorefinery)這個名詞常常出現在這些文章當中。那麼，「生物精煉」具體的定義是什麼呢？所謂「生物精煉」是將生物質(biomass)轉化為其他各種產品或加工原料的轉換過程。根據美國NREL (National Renewable Energy Lab.) 的定義，生物精煉是以生物質(biomass)為原料，利用不同的製程技術生產燃料、電力及化工原料的過程。
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新聞來源：http://www.nature.com/news/2011/110330/full/news.2011.195.html
根據Naturenews的報導，看似平凡的綠藻除了可製成生質燃油、營養食品和化妝品之外，近期又發現了新功用，美國西北大學 Krejci 研究團隊發現新月藻Closterium moniliferum 可將鍶從水中分離出來，並將之轉化為無毒性的硫酸鍶結晶，因此具有潛力協助降低核能污染的危害以及減少核廢料處理難度。
根據wiki上對鍶-90的生物危害如此解釋：
在車諾比核電廠事故後，鍶-90與銫-134、銫-137和碘-131同為對健康影響最大的放射性同位素。鍶-90的化學性質近似於鈣（兩者同為鹼土金屬元素， 剩下的鍶-90都儲存在骨骼和骨髓，另外還有極少量存在血液或軟組織。 鍶-90進入骨骼會導致骨癌及鄰近組織癌變或白血病。 由於鈣可對抗鍶-90在骨骼中沉積，食用高鈣食物可防止鍶-90對身體的危害，有助讓鍶-90排出體外。另外茶葉中的單寧也可將 鍶-90從骨骼中置換出來。
因鈣與鍶化學性質將近，在傳統核廢料處理方法中，常常難以將鈣與鍶分離，而在核廢料中前者的濃度常是後者的數億倍，因此更加造成處理上的困難與花費。這項發現提供機會將高輻射的鍶-90從核廢料中單獨分離出來，如此一來便可大幅減少特別處置的核廢料體積。研究團隊目前正致力於研究新月藻的選擇與轉化機制，目前仍不明白硫酸鍶對新月藻的功用為何，但是University of Central Missouri的Gija Geme教授則建議Krejci 研究團隊應儘快進行實地測試新月藻處理核廢料的能力，這比瞭解轉化機制更為重要。
評論
自從今年三月日本大地震以來，核能議題再次受到注目，台灣擁核與反核派各執一詞，擁核派意見以台電說法為主，其主張為若缺少核能發電，到了101年時台灣電力備用容積僅剩2%，到時候恐陷入缺電危機。而反核派反對的主要理由為核電廠風險過高，且政府缺乏事故發生時的應變疏散措施，一旦發生事故對地小人稠的台灣會是致命性的影響。筆者站在推廣生質能源的角度來說，當然是反對長期依賴核能發電，然而就台灣現階段的發電結構（79%火力、18%核能）來說，並沒有任何一項再生能源能夠提供足夠的電力以取代核能發電。而傳統的火力發電，除了排放大量二氧化碳之外，無論是煤炭或是天然氣皆需由國外進口，如此一來，國家能源安全便受制於人，一旦國際資源匱乏或是產生糾紛，便難保證會有足夠的能源以供使用。因此筆者認為現階段台灣應從產業轉型與節能技術下手。台灣民生用電僅佔全體用電量的20%，若是想減輕對核能的依賴，勢必得要進行產業調整，將高耗能的產業轉型為較低耗能之工業。而節能技術諸如智慧電網、省電空調、ＬＥＤ照明等，皆可減少電力的使用。總結來說，若台灣真的想達成所謂的非核家園，政府必須制定明確的產業轉型計畫與節能補助，一般民眾也須有自覺並配合政策落實，節能省電，才不會過度依賴核能，免於擔憂核災發生在台灣的恐懼。
作者：歐陽孚 / 編輯：郭致廷
煤炭是什麼？
煤炭(coal)是一種黑色或褐色的沉積岩，主要成分是碳，次成分有氫、氧、硫…等。可做為燃料，最重要的用途是火力發電。根據美國能源情報署(EIA)的資料，美國在2010年生產的電力有44.9%來自煤炭；若放眼全球，EIA的〈International Energy Outlook 2010〉告訴我們，煤炭在2007年供應了全球42.0%的電力。
煤炭的來源和石油不同。我們在〈淺談石化能源(二)─石油與天然氣(上)〉曾經提過，石油的來源是遠古時代的海藻與浮游生物之遺骸；然而煤炭的來源則是遠古時代的植物(特別是許多已絕跡的巨大品種)之莖、葉，在沼澤地區的保護下，逃過了生物分解與氧化作用而不斷沉積，最後受到壓力與溫度影響所形成。
煤炭一共可分為四種等級，品質由高至低分別為：無煙煤(anthracite)：約有95%的成分是碳；煙煤(bituminous coal)：約有85%是碳；褐煤(lignite)：約有70%的成分是碳；泥煤(peat)：僅有50%的成分是碳。等級高低也代表了燃燒熱質的高低，因此無煙煤是最好的煤炭，通常用來供應商用或是家用的暖氣；煙煤和褐煤則主要做為電廠的發電燃料；而泥煤嚴格說來是煤炭的前身，是原料還未受到溫度與壓力作用時的型態，碳含量與燃燒熱質最低，但在某些地區仍然被當作燃料使用。也有一些分類方式不列入泥煤，而是在煙煤與褐煤之間，再細分出次煙煤(sub- bituminous coal)或稱為亞煙煤，以二分法區分煤炭好壞時，常把無煙煤與煙煤歸在高品質的那一類，而把次煙煤和褐煤歸類在較差的那一邊。
煤炭蘊藏量與使用狀況
根據BP的〈Statistical Review of World Energy 2010〉所示，煤炭蘊藏量前三大國家分別為：美國(28.9%)、俄羅斯(19.0%)、中國(13.9%)，而根據目前全球的使用速率來看，煤炭的耗竭年限約為119年。與我們在〈淺談石化能源(二)〉與〈淺談石化能源(三)〉時提及的石油45.7年與天然氣62.8年相比，煤炭的耗竭問題似乎不是那麼急迫，然而一個重要的事實是：煤炭應用是最主要的二氧化碳人為排放因素，特別是火力發電，是加遽或減緩全球暖化的關鍵角色。
另外還一些有趣的數據值得我們注意：中國擁有全球第三的龐大煤炭蘊藏量，然而他們自有蘊藏量的耗竭年限卻只有38年，理由是他們的生產速率是全球最高，在2009年時佔全球生產量的45.6%，而同一時間美國僅有15.8%而已。若從消耗面看起，則中國佔2009年全球煤炭消耗量的46.9%，美國則是15.2%。然而美國的耗竭年限卻還有245年，也就是說雖然這兩個超級大國都是煤炭市場的主要玩家，但中國其實處於比較不利的地位，事實上，從2008年底，中國政府已經開始增加煤炭的輸入量；而他們目前對於煤炭的零關稅政策，也顯示出對於進口的需求與企圖。
煤炭的開採與汙染
在地底有煤碳蘊藏的區域被稱作煤層(coal seam)。當煤層的深度較淺(小於100公尺)時，開採程序較為容易，可由機具在地面開挖，將土石不斷移除直到抵達煤層，然後直接將煤礦挖出來，這種方式屬於露天開採(surface mining)。露天開採依地形不同會有相異的開採策略，有時甚至需要佐以炸藥來抵達煤層，隨著開採的進行越來越多的土石會被移除，因此會對地貌造成明顯的改變。這種開採方式除了對煤層其上的生態系統與水土保持造成直接傷害外，也同樣會影響廢土傾倒地點，因此總是爭議不斷。關於水土保持部分，當代許多礦場會在開採時分離並收集表土(topsoil)，在煤層開採結束後，會將原本移除的岩石回填，然後再將表土鋪於其上，此舉有助於植被生長，改善水土流失的情況。
圖片來源：維基百科
至於深層的煤碳則需要使用「豎井開採(shaft mining)」，由地面往下建造一個通往煤層的豎井後，工作人員可以由地面搭電梯抵達，操作一種能將煤碳粉碎並不斷開路的機器，在地底開通出迷宮一般的地道，有些地下礦坑甚至深達300公尺。這種開採方式雖然對地貌影響較小，卻高度危險，因為由沉積岩構成的坑道並不堅固而且有崩塌可能，同時在其中工作的人員若沒有良好的空氣過濾設備，長期吸入礦坑內的煤塵會使他們得到肺塵病。此外，煤炭礦坑中常有以甲烷為主的天然氣累積其中，當到達一定濃度時，微小的火花就能引起致命的礦坑爆炸，因此豎井開採是高度危險的工作，在煤礦開採的歷史中就有難以計數的工安事故。煤層的火災是一個非常難以處理的問題，常常只能任其延燒終至所有可燃物燒盡為止，而目前全球至少還有數千處煤層火災正在持續延燒。這種火災可能是人為的、也可能是天然的，前者例如中國的煤炭礦坑，估計每年約有與總生產量20%相當的煤炭被操作不慎所引起的火災燒掉，除了資源浪費以外，所帶來的空氣汙染更是嚴重的問題。美國賓州(Pennsylvania)的Centralia小鎮就曾因為1962年的礦坑火災造成地盤下陷以及有毒煙霧排放，最後被迫全鎮撤離。而自然形成的火災，最有名的例子是澳洲的Burning Mountain，估計已經悶燒了6000年以上。
圖片來源：EIA
煤碳從地下被開採出來後，通常還要送入煤碳處理廠內，去除掉石塊、灰塵、硫以及其他不需要的物質，藉以增加燃燒熱質並降低使用後造成的空氣汙染。經處理後的煤碳在進入最終使用者手中前還需經過運輸，可以經由輸送帶(近距離)、火車、船隻，甚至是管線，視運輸地點的遠近不同，有時運輸成本還比開採成本來得高。因此美國雖然是產煤大國，但某些沿岸地區仍然由其他國家進口，原因即是利用海運由國外輸入可能比國內的鐵路運輸更為划算。
燃燒煤炭除了會產生造成溫室效用的二氧化碳，還會排放形成酸雨的二氧化硫與氮氧化物、影響人們呼吸的微塵，甚至是足以造成人類與其他動物神經傷害的水銀。對付這些問題，可以藉由改善開採後清理煤炭的處理程序，或是改進燃燒廢氣排放前的淨化手續以獲得成果。另外，「碳捕捉與封存技術(carbon capture and sequestration, CSS)」可在煙囪排放廢氣前，先將二氧化碳分離出來，收集之後再藉由管線輸入地底或深海儲存，以降低進入大氣中的二氧化碳數量。
本系列文章洋洋灑灑寫了近一萬字，介紹了許多石化能源的背景知識給各位讀者，然而大部分的內容其實都是在提醒兩個重點：一是形成石化能源是相當珍貴且耗時的過程，人類如果依照目前的速率繼續開採，在你我有生之年很可能就會見到它們耗竭；二是取代石化能源並不是一蹴可幾的工作，無法用現有的技術輕易達成，因此發展替代能源是必須的也是急迫的任務。
在石化能源減量的這條道路上，有兩件事情需要同時進行：一是改善使用石化能源的相關技術，以提高能源使用效率並降低汙染；二是發展與部署替代能源，逐步扛下石化能源的重擔。說穿了，也不過就是「節流」與「開源」雙管齊下，筆者認為這兩件工作都值得有志之士投入與研究，而我們BioEnergy Today部落格的作者群相信生質能源是所有技術中最有潛力快速做出顯著貢獻的一種，因此我們才持續關注這個產業，並在此分享我們整理的資訊與心得。下一個系列的專欄我們將帶領各位讀者更深入地了解生質精鍊(bio-refinery)相關技術，希望各位讀者持續捧場。
相關文章：
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淺談石化能源(二) ─ 石油與天然氣(上)
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