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牧草是替代能源的明日之星

褚志斌　(芝加哥大學博士後研究員)

由於石化能源在未來的一百年內可能用罄，因此科學家持續尋找替代能源。生物能源(biofuel)是目前熱門的替代能源之一，而用於提供生物能源的生物原料(biomass)主要來自植物，有兩大種類：其一為在可耕地種植的單一品種植物，包含玉米、大豆(soybean)、油菜籽(oilseed rape)、風傾草(switchgrass)、柳(willow)、甘蔗和雜種白楊(hybrid poplar)；另一種是植物廢料，包含麥稈、玉米稈(corn stover)和廢木材。種植這些生物能源植物最大的問題是種植所使用的肥料和殺蟲劑會污染環境，而且種植這些單一作物會破壞生態系的生物多樣性。美國明尼蘇達大學生態、演化與行為系(Department of Ecology, Evolution, and Behavior, University of Minnesota)的David Tilman教授研究團隊最近在科學雜誌(Science)上發表，提出利用多品種的牧草類草本植物(low-input high-diversity prairie plants)，於荒廢之地種植，然後轉換為能源，其環保性遠遠高於上述兩類生物能源用植物(Tilman D. et al, Science, Vol 314, pp.1598-1600, 2006)。

先前Tilman團隊曾經發現，在固定的土地面積上，種植多品種的草本植物所產生的生物燃料用原料比種植單一品種的植物(玉米或大豆等)更多。如今他們更發現，在土壤貧瘠地帶，種植多品種牧草類比種植單一品種植物可以增加一倍的生物燃料原料收穫量。如果考量溫室效應，因為牧草類植物的根會從土壤吸取大量的二氧化碳(每年每公頃從土壤吸收4400公斤的二氧化碳)，比它們被燃燒當成燃料釋放出的二氧化碳還多(每年每公頃會產生320公斤的二氧化碳)，因此種植牧草當然料，會降低地球的二氧化碳，減緩溫室效應。如果以最後燃燒釋放出的二氧化碳，除以根部從土壤吸收的二氧化碳來比較，燃燒多品種牧草當燃料的環保程度比使用玉米酒精(corn grain ethanol)或生物柴油(biodiesel)好上6-16倍。經過十年的種植，多品種牧草獲得的能量，比單一植物(如玉米或豆類)獲得的能量多238%。多品種牧草之所以有這樣出色的表現，主要是因為種植不同種類的牧草，有的在春天長，有的在夏天長，可以讓該片土地上一直有植物在生長，加上生長快速，因此比種植單一品種植物更有效率。而且牧草類植物可以生長在其它農作植物無法生長的貧瘠的土地上，它們的根可以紮得很深，可以吸取土壤深處的二氧化碳，並把地表的養分和水氣帶進土壤深處，改善土質。

Tilman教授團隊估計，如果利用全球500,000,000公頃的荒廢貧瘠土地來種植牧草當燃料，則可以節省13%的石化燃料消耗，並能減少15%的二氧化碳排放，非常環保。不過筆者認為，Tilman教授團隊並沒有把從這些貧瘠土地將這些牧草運輸出來使用所需要消耗的能量、資源與人力列入考量。這些荒廢貧瘠的土地，大多位於交通不便之處，因此運輸這些原料將可能是成本的一大考量。不過Tilman團隊的研究指出了一個新方向，與其一味地使用農作物或經濟作物(如玉米或大豆)來充當燃料，因而減少生態體系中植物的多樣性，不如在部分交通便利但土壤貧瘠的地區種植牧草類植物，來維持生物多樣性，並收取高環保高效益的綠色能源益處。