制止全球暖化取決於許多因素,氣候科學家預測不同的社會和經濟變化路徑,並估計未來需要更多生物能源及太陽能產量。但要大量生產,則需要土地資源,這可能與其他土地需求相衝突,影響生物多樣性和糧食供應。而其一可行之舉,就是利用廢棄耕地來建立可再生能源基礎設施。
生物燃料可分為三代。第一代指從農田種植的糧食作物中擷取糖、澱粉或植物油,再轉化成生物燃料。但全球多個國家正面臨糧食短缺,若為生物燃料而改變土地用途,最終或得不償失;第二代是來自非食品農作物,以植物的木質或纖維等物質來生產能源;而第三代則來自藻類。
發表在「美國國家科學院院刊」(PNAS)的研究提出,美國種植柳枝稷(Switchgrass,學名 Panicum virgatum)以生產纖維素乙醇,可減少溫室氣體排放,其潛力堪比重新造林,更比恢復草原高出幾倍。柳枝稷是一種廣泛種植的北美本地草,屬於第二代的生物材料。
該研究提出,生物燃料仍具可持續性。研究人員結合生態系統、纖維素生物燃料生產和碳封存的模型,計算現時和未來生物燃料系統的供應鏈,以及生態系統的碳流量,並與其他陸地生物緩解方案作出比較。
生物燃料緩解氣候變化的關鍵,在於通過在低產或廢棄農田上種植原料,或取用因密集農業和飲食結構改變而騰出的農地,以減少耕地競爭。此外,通過生物能源作物(如多年生禾草)來重新耕作廢棄農田,或能提高土壤的碳封存程度,並淘汰化石燃料以降低大氣中的碳濃度。除了緩解氣候變化外,將以前的耕地改種多年生禾草,還能帶來一系列生態和環境效益,例如促進生物多樣性、改善生態環境,以及減少土壤養分流失。
而特別適合成為生物能源作物的多年生禾本科植物有 3 種:柳枝稷、芒草(Miscanthus x giganteus)和鷸草(Phalaris arundinacea)。它們能廣泛適應各種土壤和氣候條件、低成本而產量相對較高、對環境具共同效益,並能在邊緣土地上茁壯成長。它們亦具有用於碳固定的光合途徑,即是能夠把二氧化碳轉換為有機化合物。
若有久缺水源以種植農作物的荒蕪農田,則可用以建設太陽能設施,總體而言,其能源生產潛力比生物能源高出五倍以上。但這並不代表要在所有廢棄農地上部署太陽能光伏發電。除了生產潛力外,能源的選擇還取決於許多其他因素,包括當地的土地使用、行政環境以及社會經濟限制,例如對當地的土壤特徵、景觀地形和主要氣候的評估。不同土地有不同的可再生能源發展潛力指數。
發表在期刊「可再生能源」(Renewable Energy)的研究中,則估計全球有超過 8,000 萬公頃的廢棄農田。在最理想的組合下,廢棄耕地每年可以產生 125 EJ 的電量,相當於美國全年發電量(約 15 EJ)的 8.3 倍。
上述的研究結果顯示,擁有廣泛廢棄耕地的地區,可以優先考慮部署以生物能源或太陽能光伏發電,具體方案仍需因地制宜。生物能源作物可以改善農田的生態系統,光伏發電則有機會為生態系統產生更大負面影響。兩者對於實現「巴黎協定」目標,均有不可忽視的潛力。