在2006年全球生物燃料呈现出蓬勃发展的势头之际，当年10月英国皇家学会组织了专门工作组就液体生物燃料的潜在科学发展能力进行评价。2008年2月，适逢英国皇家学会成立350周年之际，最终研究报告《可持续生物燃料：希望与挑战》（Sustainable biofuels, prospects and challenges）正式公布，本文概述报告的主要内容。
全球气候正在发生变化，从科学、社会和政治上已经形成一种认识，认为这是人类活动产生的温室气体（GHG）排放量不断增加的后果。交通运输的排放量占到全世界人类活动二氧化碳排放量的20%，在英国占到25%，而且这一数据与其他部门相比还在快速增加。如果英国想在2050年前达到减少排放量60%的目标，那么在交通部门必须采取行动减少二氧化碳排放。
然而，获得能源的权利支撑着现在的生活方式以及全世界人民改善生活的愿望。机动性就是这些欲望的核心部分。运输已经成为不断增加的全球原油需求的主要动力。据预测，这种需求以每年1.3%的速度增加，到2030年将达到每天1.16亿桶。特别是运输部门几乎完全依赖于石油，而据预测石油将在未来几十年内变得越来越短缺和昂贵，并且供应很容易被中断。
以植物为来源的生物燃料有潜力解决这两个问题。首先它们是碳平衡的、可再生的，并能在各种环境中种植。另外，它们是新型的“生物经济”的核心部分，“生物经济”里植物被用于生产特殊的化合物和大量的工业化学制品。未来，这些化学制品将逐步取代石油来源的化学制品。然而，由于不同的生物燃料有着广泛和不同的环境、社会、经济影响，其包含的内容将非常复杂。
生物燃料具有改善能源安全和减缓气候变化的潜力，这种潜力正推动着生物燃料进入市场。但要根据以下几个需要引起注意的因素进行调整：
首先，“生物燃料”包括广泛的具有不同特点的产品，以及广泛的阻止温室气体扩散的能力。每种生物燃料必须评估其自身的价值。
第二，每项评估必须讨论完整周期的环境和经济影响。这将有助于确定在何种程度上不同的生物燃料是碳平衡的。
第三，广泛使用生物燃料意味着土地使用相关的环境、社会和经济影响必须依次评估。特别是意料之外的结果可能降低或是推翻所期望的益处。
第四，评估必须考虑全球的和地区性的影响，而不仅仅是当地的。
如果生物燃料要对减缓气候变化和改善能源安全做出持续的贡献，必须有一套一致性的生物燃料政策来讨论并平衡这些因素。
报告分析显示改善生物燃料的性能是非常有潜力的。因此应对低碳生物燃料实施激励政策，这将加速生物燃料供应链中一系列技术的开发，以保证更有效的技术可以进入市场。
原料和转化过程
当前的生物燃料都是由传统的粮食作物生产出来的，如来自包括小麦、玉米、甘蔗、棕榈油和油菜等作物的淀粉、糖和油料等原料。对于来自这些作物的生物燃料的任何重大改变，将与它们作为食品和动物饲料进行直接的竞争，而且在世界的一些地方，我们已经看到了这种竞争的经济后果。
未来的生物燃料有可能来自更广范围的原料，比如牧草和来自森林的专有能源作物的木质纤维素、食品生产的副产品和废弃物。转化过程的改进无疑可以改善以现有的粮食作物或以木质纤维素生产生物燃料的生产效率，并能降低环境方面的影响。开发和使用专有作物用于生产生物燃料的一个显著优点，就是可以根据目的进行种植。这包括开发更高的碳氮比和生物质或高产油料，以及开发细胞壁木质纤维素特性，使得原料更易于加工和减少环境影响，开发植物种类的特点，使得它们可以种植在低农业价值和低生物多样性特征的边缘土地上，或是不再适合优质粮食种植的废弃土地上。有几项技术可用于改良这些特征，包括传统的植物育种、筛选自然突变株的基因组学方法和利用基因改造来生产转基因植物。研究可能开发出新的原料资源，例如从新的非粮食油料作物，或使用水环境中的生物，或直接从植物或微生物系统中生产碳氢化合物。
未来生物燃料的关键目标应该是在温室气体净排放上产生持续的更好的结果。其他的可持续性衡量必须与引导开发供应链保持一致，包括能源效率、矿物能源的使用量、单位能源成本和诸如当地空气和水污染等的环境影响。
土地利用和环境影响
选择在什么样的土地上种植原料将是生物燃料能否解决可持续性问题的关键，有几个竞争性因素必须得到平衡。例如，包括为种植作物而砍伐热带森林或使用泥炭地之类土地利用的改变；由于释放大量的温室气体而抵消了原本期望的未来气候利益的风险，以及对生物多样性栖息地保护的主要影响；改变已经用于种植的土地来生产生物燃料原料可能使先前种植的作物出现短缺，在没有开垦的土地上种植又有可能对保护生物多样性等目标带来压力；粮食和非粮食农业部门的发展将对水的使用和资源产生重要影响；用于增加产量的农业肥料的使用必须被严格控制或降低，以避免重要温室气体N2O的释放，该气体可直接从施肥区域或从下游的排污系统中释放出来。这些机会成本和副作用必须在分配生物燃料原料种植土地的任何决定中予以充分考虑。
英国有24.25 Mha（百万公顷）土地，其中6 Mha是可用的，2.4 Mha是森林。为生产自足的生物燃料所需要的土地数量取决于其他几种考虑，如生物燃料的混合、精炼过程，用于生产专门化学制品而不是运输燃料的原料比例，当然还要考虑预计的生物燃料在整个运输燃料中的比例（欧盟设定的目标是在2020年的10%）。然而，依靠本国土地生产生物燃料，英国将不可能实现较高水平的燃料安全：因此需要从世界其他地方进口作物产品和残余物。因此对同样适用于进口原料的机会成本和副作用的评估非常重要。
可持续性
报告中强调了生物燃料问题的复杂性和可用选择的多样性。无论制定了哪些政策目标，如果在经济、社会和环境上是可持续的，一个特定的生物燃料选择将只能提供一种有用的解决方法。因此需要优先建立框架和方法学来创建一个用于支撑可持续性分析和政策发展的强有力的证据基础。因此需要在对完整的燃料供应链的生物和非生物两方面进行全面的生命周期分析。
可持续性要求必须达到国际化水平，部分原因是这最终将是全球性问题，还有部分原因是在未来几年内这些商品的国际贸易有可能扩大。有必要建立一套通用的、可接受的可持续性标准，并依据这些标准对不同生物燃料以及包括粮食和非粮食的不同原料及其生产体系进行评估。该过程可能涉及广泛的国际合作，以保证可比较的结果和较高的透明度，并保证利益相关者的参与，以使公众在最大程度上能够接受。
研究需求
为了使生物燃料可以现实地代替传统燃料并达到可持续性标准，必须对连接原料和最终使用的整个供应链的效率进行实质性改进。这需要公共和私营部门主动加大研发力度。主要的目标包括：增加每公顷原料的产出，同时降低负面的环境影响；开发新的原料，它们可以在恶劣的环境中生长，更容易被加工，并能产出多种产品；改良加工方法，特别是木质纤维素的加工方法；为生物燃料合成的新的物理化学系统；开发并论证整合的生物精炼；整合供应链以获取最大的效率；整合生物燃料的开发和发动机的研制；国际认可的可持续性评估方法。
这些有联系的目标将需要大量的努力和投资，以实现全球性的政策目标。研究和开发必须是跨学科的，由广泛的专业知识推动。例如，从生命周期分析到快速植物育种，从社会经济学到化学工程学，从生物技术到发动机设计和传统化学。尽管英国无法投资于每一个有潜力的机会，但英国的科学可以在几个领域作出突出的贡献，包括对生物燃料作物、原料、加工过程和终端产品，特别是与英国、欧盟和发展中国家相关的产品进行研究、开发和论证；了解并定量生物燃料生产中的土壤N2O的释放；计算更精确的土地使用数据和生物燃料供应潜力。这些领域将受到鼓励，以获得对可持续生物燃料更有效的论证。有必要制定对将研发成果应用于论证和部署的奖励政策。然而，很多研发工作是非常分散的，缺乏合作。另外，有几个供应链的研究组正在相关领域内进行工作，但仍没有集中在生物燃料上。因此急需将公共和私营部门的资助者和研究团体更紧密地联系在一起。
政策需求
生物燃料有潜力作为解决气候变化和能源供应问题整体方案的有用要素。然而，政策框架，如欧盟生物燃料指令（2010年生物燃料占到运输燃料的5%，2020年达到10%）和生物燃料补贴仅仅集中在供应目标上。结果是错过了可降低温室气体排放的重要机会，因为对那些可以降低温室气体排放量和增加环境、社会和经济利益体系方面的投资并没有直接的奖励机制。
尽管可以在现有的生物燃料供应上进行环境性能方面的改进，但许多技术和生产体系只是处于概念和开发的早期阶段。这些技术建立在对生物学、热力学和化学体系基础性了解不断发展的基础之上。这些新知识可以支持广泛的机会和途径，以有效地且环境友好的方式开发用于生物燃料的植物产品。
选择的多样性应避免单纯集中在狭窄范围的生产和转化途径，所以对每个选择提供的相关利益必须进行单独的评估。作为英国可再生交通燃料义务法（Renewable Fuels Transport Obligation）的一部分，碳报告和可持续性认证制度可能在一定程度上提供全面的过程和衡量，以便比较这些选择。
然而，生物燃料取代矿物燃料的能力有限。交通运输的可持续性解决方法的进展和机动性的需求，要求有一个整合的解决方案，结合生物燃料和其他方向的进展，包括汽车和引擎设计、开发混合动力和燃料电池汽车和基础设施、公共交通、更好地解决城镇和农村不断增加的交通要求的计划，以及可以减少需求和鼓励改变行为方式的特殊政策。
如果英国想成功地发展一个强大而稳定的生物燃料工业，急需进一步形成并采用一些政府政策，以推动生物燃料的商业化和激励开发高效和环境友好的新技术。特别是这个行业需要一致的、可以提供长期有利的开发框架的清晰信号。一个明显的步骤是将可再生交通燃料义务法和燃油税免税实施期限延长至2025年，将碳定价延伸至运输燃料，并先期发展一套公认和一致的衡量方法，这些方法可显示“有效”的生物燃料供应链的特征。在英国，目前各个与生物燃料直接或间接相关的政府部门之间还缺乏政策的一致性，一旦出现冲突的政策，将导致混乱和商业决策上的不确定性，并严重损害商业开发。政府内部需要更加综合的分析，以预测多种政策规划的后果。
公众的态度和利益相关者的行为在将技术进步的潜力转化为实现的过程中起着关键作用。生物燃料提出了一些问题和机遇，但需要基于科学事实和了解公众和利益相关者的观点，开展合理讨论。因此建立与公众和社会利益团体间的反复讨论的机制是很重要的，有助于在这些问题上的规划、认识和思考。
一个一致性的决策路线应当是：
避免在解决一个问题时加剧另一个意想不到的后果；
认识到生物燃料只是组合方法的一部分，其他方法还包括诸如更高的能源效率、电动汽车、氢燃料电池、价格和税收激励政策；
平衡原料供应的种植和其他已有的和可能的土地利用；
部署对涵盖从原料种植到终端使用的各个阶段的全周期可持续性评估机制；
承诺在必要的研发上有充足的公共和私营部门投资；
提供恰当的有针对性的监管和财政激励；
为公众有效参与生物燃料问题提供机制。
（作者单位：中国科学院国家科学图书馆武汉分馆）
《科学新闻》 (2008年 8月 第1期 政策管理)