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香港曾經流行過一套日本動漫，名字叫做《鋼之鍊金術師》，裡面除了畫功細緻、故事內容精采之外，還有一個叫「等價交換」的鍊金術規條，不但是這套動漫的「代言詞」，更成為社會上的潮流用語。所謂「等價交換」，在動漫中的講法是每當進行鍊金時，鍊金術士需要對等的物質才能進行鍊金：故事的開始，就是主角兄弟為了找回失去的媽媽，嘗試用被禁止的「人體鍊成」將媽媽「鍊」回來。結果是媽媽沒有回來，哥哥卻因此失去右手，弟弟更只剩下靈魂，要寄居在一副鐵甲之內。於是，為了鍊回身體，兄弟倆便決定展開，找尋傳說中的「賢者之石」之旅。
這樣說來鍊金好像很奇幻的一回事，其實，故事的骨子裡只是老生常談的道理，就是世上沒有免費午飯的便宜，你要得到甚麼，就要付出對等的代價。從動漫談到現實，關於代價的故事其實屢見不鮮：例如，近來備受各地政府、環保人士熱烈推崇的生物燃料 (biofuel，台譯「生質燃料」)
，正正就是遇上這鍊金術的難題。試想想，能把能大量種植的農作物提煉成燃料來代替不可再生，最漸枯竭的傳統燃料，不就好像是動漫中可以「無中生有」的鍊金術嗎？但本文想和大家一起來探討，生物燃料這種鍊金術，所碰到的「等價交換」的難題。
在談及「生物燃料」之前，我想應該談談全球暖化 (global warming) 這個製造生物燃料的最重要背景。自工業革命以降，我們以燃燒煤炭、石油等「化石燃料」 (fossil fuel)作為推動發展的能源：一方面世界以前所未有的速度發展，自動化、電子化等不同層面的科技進步改善我們人類的生活質素，但另一方面我們亦以前所未有的速度消耗地球資源，破壞地球的大氣層和生態系統。以燃燒化石燃料為例，我們得到了能源推動發展，但代價是燃料的枯竭，以及釋出大量二氧化碳，做成全球暖化，對大自然造成嚴重威脅；有學者更曾經預言，我們只剩下不夠35年的時間去解決這個問題。雖然，二氧化碳造成全球暖化的說法仍然有待核實，但不少國家已決定先行一步，嘗試減少使用化石燃料來降低全球暖化的可能性。然而，過量的節制使用能源又可能造成經濟發展停滯不前 — 這個問題正是不少發展中國家的重要擔憂。於是，在這個背景下，各地政府、科學家、企業家便開始著手研究使用其他「綠色」的替代能源，例如風能、太陽能等，取代傳統以化石燃料產生能源的方法；而生物燃料也是在這個背景下，被我們視為能源的新出路。
然而，「綠色」的生物燃料已發展經年，它的好處亦人所共知，但何故化石燃料仍是我們能源的主要來源？生物燃料多年來發展裹足不前的原因又是甚麼呢？
其實，除了科學或科技本身的突破之外，社會上不同制度與科學之間的互動，也在影響著不同技術的發展與應用：當我們思考科學與社會的關係時，必須要明白，一項科技革新的出現，並不單單是科學研究的結果；研究方面的突破，也不代表這項突破會普及成為主流
— 生物燃料的發展歷史正是一個很好的例子。
生物燃料在二十一世紀初大紅大紫，儼然成為新世紀的鍊金術；但其實早於一百年前，現今生物燃料的雛型乙醇，原來已在當時被視為新時代的燃料。
時間回到十九世紀的美國，當時使用多種農作物 (玉米、小麥、甘蔗、高粱)
發酵而成的乙醇酒精已被視為長遠可取代不可再生的石油的重要燃料。以乙醇為燃料的汽車引擎亦在研發之中，當時更認為酒精引擎的性能比汽油引擎有過之而無不及：以酒精發動引擎內燃機的汽車，無論動力、燃料里程、排出廢氣，都比汽油發動汽車優勝，更重要的是酒精內燃機沒有所謂爆震
(knocking)，即早期汽油內燃機在發動時的震勁問題，為此甚至連石油公司也生產酒精和汽油混合的燃料以解決爆震問題。事實上，亨利福特在1908年開發著名的T型
(Model T) 汽車之時，也是準備同時以酒精、汽油或兩者混合的燃料為動力來源，可見當時乙醇在能源方面冉冉升起的地位。
除了技術優勝之外，當時生物燃料的大盛，與兩次大戰之間美國興起所謂的農業化工運動
(Chemurgic Movement) 有密切關係。運動鼓勵和推動研發由農產品生產的工業產品，生物燃料自然是是重要一環，為此1930年代羅斯福總統更支持一項對混合燃料提供稅務優惠的法案。然而，不久美國出現經濟大衰退，農業大受打擊，美國政府開始以所謂「新政」(New
Deal) 來支持農產品的價格及產銷秩序，以防止農產品價格暴跌，損害農家利益，結果，這場新政就為生物燃料的「沒落」敲起警號。
當時的農業化工學家發覺玉米之外的其他農產品，如菊芋
(Jerusalem Artichoke)、甘蔗，以至紅薯更適合生產生物燃料之用。單純從科學觀點來說，這觀點無可厚非，因為這些農產品都比玉米有更高含量之碳水化合物，而碳水化合物就是生物燃料轉換成能量的主要原素。但這一合理的科學觀點，卻和當時之政治經濟大氣候背道而馳：因為美國政府的新政，其中一個重要目標就是要支持當時主流之玉米生產；偏偏這時農產化工運動受惠為技術突破，專注以玉米之外的農產品開發生物燃料的技術，結果和政策抵觸，亦使酒精汽油失去美國農業界的支持。
後來，通用汽車公司發現把鉛加入汽油便可以解決爆震問題
— 因為含鉛汽油是專利產品，酒精燃料則人人可造，於是通用汽車就決定以含鉛汽油全面取代酒精，更和另一家標準石油公司合作推廣含鉛汽油，威嚇燃料供應商不得繼續售賣酒精，否則便會終止供應含鉛汽油。於是，生物燃料既得不到以玉米生產者為主的農業集團的支持，另一方面又被有影響力的石油企業所擠壓。在雙重打擊之下，技術上明顯較優勝的酒精燃料的生產及銷路就每下愈況，漸漸在能源的舞台消失，取而代之的，就是既會產生有毒廢氣，又不可再生的含鉛汽油。
明顯地，科學觀點在能源發展的歷史中並非唯一，更非最重要之觀點。以生物燃料的發展史為例，科學的理據在其發展過程中並未發揮主導作用，反而更多是受到能源與社會及公共衛生的意義及關係所影響：今天環保意識抬頭，加上石油價格高企，因此汽油的廢氣排放及石油的不可再生性便被重新審視，生物燃料就被再次推至能源舞台的前端，引進市場作為石油的代替品。
然而，當代的生物燃料否就能擺脫「等價交換」的法則？它是否就能成為擺脫依賴化石燃料命運的「鍊金術」? 這個問題在過去十年的科學界引起了無盡爭議，早期就出現政商學三結合對生物燃料的吹捧，而最近幾年就開始出現反對聲音。著名科普雜誌《Scientific American》的線上版助理編輯比艾羅 (David Biello) ，就在2012年十一月號的《科學人》雜誌（《Scientific American》的台灣版）寫了一篇名為《生質燃料可以解決能源問題嗎？》的專欄文章，嘗試為我們回顧這個問題。
作者認為，生物燃料一直未能普及，重點還是在於其成本太高。這個論點固然不是甚麼新鮮事，但內文中他提到，一個近來逐漸為人所知的觀點，就是我們談論生物燃料的成本，往往只集中在它的生產過程或者製作成本，卻忽略製作生物燃料時，對生態環境、糧食問題等其他層面的影響。這些影響，正正就是生物燃料「等價交換」的成本。若果將這些「交換成本」計算在內，結果諷刺地，化石燃料還是「最划算」的能源來源。
《生》文中主要討論的生物燃料為乙醇 (ethanol)，並以現時幾個主要提煉乙醇的來源及過程，例如玉米、纖維等為分析對象。作者首先談論現時最普遍乙醇提煉來源：玉米。現時在美國，美國玉米乙醇的產量約為四百九十二億公升。然而，龐大的生產數字背後有著揮不去的隱憂
— 現時乙醇生產主要是為了滿足美國政府的行政要求及美國農業部門的利益，本身長期依賴政府補貼，可見玉米乙醇的生產並非由市場主導。更重要的是，這近五百億公升的玉米乙醇消耗了全美四成的玉米產量，更做成糧食價格高企；若要進一步將現時全美運輸燃料都轉為玉米乙醇，就需要足足三部美國國土面積的農地才可。
除了糧食問題外，種植玉米需要大量的除草劑和氮肥，不但會對土地造成嚴重的侵蝕，過量的農藥更對周圍環境造成傷害
— 文章裡面就指出，這些多餘流出的化肥隨著河道流出，已使墨西哥灣成為片生物禁區的「死亡海灣」。更加諷刺的是，提煉生物燃料時所需要消耗不少能量，而這些能量的來源，恰恰正是依賴化石燃料；此外，製作過程亦會釋出溫室氣體。這些都是提煉和使用玉米乙醇的重要成本，但往往可能在一片「綠色」的希望中，被我們所忽視了。
甘蔗的糖含量較高，其實較適合提煉為生物燃料。但美國農業利益集團不可能支持以需要輸入的甘蔗代替土產的玉米。因此甘蔗提煉成的生物燃料，只有在甘蔗產量豐富的巴西才被大量採用。但就算是甘蔗也難逃「等價交換」的限制，最近著名的「Science」雜誌就有數篇文章分析在巴西把亞馬遜盆地的森林地改成甘蔗田對生態的影響。因此在計算生物燃料的「成本」時，就有科學家提出要把整個生產過程的「碳足跡」 (Carbon Footprint)
來量度生物燃料的環境代價，例如不應只看生物燃料燃燒時的低排放，而也要考慮提煉過程對能源的要求和把森林或農田改成種植甘蔗或其他原料對碳排放的影響。而以碳足跡來估算生物燃料的成本，在學界就有頗大的分歧。
在若改以莖桿、外皮等玉米其他部份或者其他植物素的纖維素提煉乙醇的所謂第二代生物燃料，雖然沒有影響糧食的不良效果，但能量轉化率較低，而且暫時發酵與「消化」纖維的技術較低，短期內絕對追不上能源的需求。此外，如同玉米乙醇的問題一樣，提煉過程也要消耗大量能源，轉化能量的成效成疑。至於應用理論上對社會最不影響的藻類產油，雖然培養的成本比纖維更低，但其問題亦和纖維一樣，面對著產油率不足的問題，而且不易收集。
文章提及，為了突破技術瓶頸，現時各大生物燃料及能源公司都積極投資在基因工程，希望可以透過基因改造酵素或細菌來提高產油率，甚至合成一種全新的「萬能生物」；然而，現時基因工程技術上仍然有大量未知的領域，研究需時，而生物工程對環境的影響，又是另外一個未知數。
總結而言，將以上有關生物燃料的討論拉回我們通識科第六單元「能源、科技與環境」中，有關能源科技的框架內去討論，我們會發現，儘管我們需要化石能源以外的能源選擇，更希望長遠能夠解決能源短缺的問題，但我們也要留意，發展各種新能源（包括生物燃料）時的社會代價。這些代價可能影響到我們的生活質素，甚至乎可能是糧食等與我們生存直接相關的議題。文章特別以現時被視為使用生物燃料最成功的國家巴西為例子，說明使用生物燃料並非全無代價：當地大部份的乙醇，提煉自對糧食供應影響較少的甘蔗，但當地為了大量種植甘蔗，就把原始雨林或其他農田開發成甘蔗場，對當地生態環境也可能造成不能補救的影響。
誠然，生物燃料確實點起了我們面對能源短缺及全球暖化的希望之光，然而，我們也不能忘記「等價交換」的法則。我們應考慮各種能源的利弊，以及發展新能源時對於不同持份者的影響
：在上世紀發展核時，全球各地都會關心如何處理核廢料、核安全等問題；即使是現今談論水力發電、生物燃料等比核能相對安全的新能源之時，我們也會關注它對生態環境、糧食、耕地等不同層面的影響。我們在了解化石能源的問題時，亦應了解其他能源或燃料的利弊，千萬不要單純把新能源當成解決能源問題的「鍊金術」— 節約能源，才是解決能源危機「鍊金術」裡，最可靠、最安全、最環保的「賢者之石」。
我們當然不可盲目相信科技能否定「等價交換」法則，不過現代科技發展一日千里，在我們今天去計算各種生物燃料的代價之時，也不要忘記，在十年後，甚至五年後，它們的代價就可能會比今天降低不少。到底，完全悲觀的觀點也不一定是絕對可信，對於解決能源問題也是於事無補，最重要還是我們要從不同角度思考科技的好處與代價。
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生物燃料知多少：
說起生物燃料，我們大多會聯想到最「元祖級」的乙醇，但其實「生物燃料」這個名詞可以指涉著不同的概念，而這些概念的不同，足夠讓我們對生物燃料重新定義。
首先，所謂「生物燃料」(biofuel) ，意即「從植物或植物油中提取，非汽油類的燃料」，並有第一代生物燃料及第二代生物燃料之分別。
第一代的生物燃料主要依靠農作物轉化而成，主要為兩種不同的生物燃料：生物柴油(biodissel)
及生物乙醇 (bioethanol， 又稱為生物酒精) ：前者將植物油加入酒精及催化劑，經酯交換反應(transesterification)
而形成，與普通柴油一樣：後者則是由含有糖份、澱粉或纖維素的植物（例如文中所提及的甘蔗或玉米）轉化加工而成，是可以單獨使用，或者與汽油混合用的燃料。基本上主文討論有關美國玉米乙醇對糧食、畜牧業的影響，與它屬於第一代生物燃料有密切的關係。
至於第二代的生物燃料，則依靠非糧食的生物質 (biomass) 轉化而成，主文中提及的藻類、植物莖部等，正屬此類。對比技術相對成熟的第一代生物燃料，它們不會影響糧食問題，而且是自然界中碳循環
(carbon cycle)的其中一部份，不過當前就問題產量不足，處於技術瓶頸位置等不同問題。
總結而言，不同的生物燃料在不同的面向有著不同貢獻與影響，可說是差之毫釐，謬之千里。所以當我們討論「生物燃料」到之時，記住停一停，看看我們指涉的「生物燃料」，到底是哪一種。
通識科第六單元「鍊成法」：
不少老師同工都抱怨很能為通識科第六單元「能源、科技與環境」備課，因為這單元牽涉跨學科的思維，不能單純教授科學知識，又不能單純。
在此，我們向大家介紹一本科普雜誌《Scientific American》，是美國著名的學術期刊。不同於一般的學術期刊，《Scientific
American》的文章普遍較具社會性，有不少探究科技對社會發展影響的文章 — 本文所引用的文章及作者，正是來自這本雜誌。
若嫌英文版太過艱澀難明，現時中台都有中文譯版的《Scientific American》，分別是內地簡體字版的《環球科學》，以及在港台發售，正體字版的《科學人》。除此之外，內地「譯言網」網站更有有心人定期上載中譯版文章，又是另外一個可助各位練成「精通第六單元大法」的途徑。
伸延閱讀：
比艾羅 (2011，11月)。〈生質燃料可以解決能源問題嗎？〉。《科學人》，頁108-115。
馮惠卿（2009，11月）。（現代鍊金術 — 生態能源的等價交換）。《經濟日報》，頁15。
《科學人》雜誌網站（港台中文版《Scientific American》）：http://sa.ylib.com/
《環球科學》網站（內地中文版《Scientific American》）：http://www.huanqiukexue.com/
譯言網。「科學美國人」項目組：http://pro.yeeyan.org/scientific-american
以下參考資料為學術文獻，內容和牽涉的概念比較艱深，適合老師參考：
Carolan, Michael. (2009). A Sociological Look at
Biofuels: Ethanol in the Early Decades of the Twentieth Century and Lessons for
Today. Rural Sociology, vol.74, no.1,
86-112.
Dale, Bruce. (2008). Biofuels: Thinking Clearly
about the Issue. Journal of Agricultural
and Food Chemistry, 56, 3885-3891.
De Gorter, Harry & Just, David R.. (2010). The
Social Costs and Benefits of Biofuels: The Intersection of Enviromental, Energy
and Agricultural Policy. Applied Economic
Perspectives and Policy, 21, 4-32.
Demirbas, Ayhan. (2009). Political, economic and
enviromental impacts of biofuels: A review. Applied
Energy, 86, S108-S117.
Farrell , Alexander E., et al. (2006). Ethanol Can
Contribute to Energy and Environmental Goals. Science, vol. 311, 506-508.
Grunwald, Michael. (2008, Mar 27). The Clean Energy
Scam, Time. Retrieved April 24, 2012,
from http://www.time.com/time/magazine/article/0.9171.1725975.00.html.
Holzman, David C.. (2008). The Carbon Footprint of
Biofuels: Can We Shrink It Down to Size in Time?. Enviromental Health Perspectives, vol.116, no.6, A246-252.
Magdoff, Fred. (2008). The Political Economy and
Ecology of Biofuels. Monthly Review,
July-August, 34-50.
Ragauskas , Arthur J., et al. (2006). The Path
Forward for Biofuels and Biomaterials. Science, vol. 311, 484-489
Scharlemann, J P. W. and Laurance, W. F.. (2008).
How Green Are Biofuels?. Science, vol.
319, 43-44.
Searchinger, Timothy., et al. (2008). Use of U.S.
Croplands for Biofuels Increases Greenhouse Gases Through Emissions from
Land-Use Change. Science, vol. 319,
1238-1240.
Tenenbaum, David J.. (2008). Food vs. Fuel:
Diversion of Crops Could Cause More Hunger. Enviromental
Health Perspectives, vol.116, no.6, A254-257.
作者趙永佳為香港中文大學亞太研究所副所長，長期關注高中通識科發展。
洪進芳，現職香港中文大學社會學系研究助理，關注本土通識教育發展
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