近期，美國農業部（USDA）發布了生物經濟計劃的早期交付成果之一：一份關于如何建立規模化生物制造所需的原材料供應鏈的報告。據悉，2022年，美國拜登政府啟動了該國有史以來第一個全國性的生物經濟計劃——國家生物技術和生物制造倡議。這份名為《建立彈性生物質供應：促進美國生物經濟發展的計劃》的報告指出了美國的原材料潛力以及生物經濟發展的瓶頸，包括將生物質流入工業所需的監管和基礎設施。我們深入研究其內容以獲得關鍵建議。

美國將擁有多少生物量？

2022年國家生物技術和生物制造倡議承諾投入20億美元，以提高其利用生物資源制造高價值產品的能力，例如替代蛋白質， 制藥生物技術和可持續農業投入。 該計劃要求美國農業部和許多其他政府機構準備一份關于如何實施該計劃的初步報告，導致美國農業部最近編寫了一份彈性生物質供應報告。該報告以一個基本問題開始：2040年將有多少生物質可用于生物制造？為了回答這個問題，美國農業部的供應鏈報告在很大程度上借鑒了美國能源部（DoE）2016年庫存評估對生物質供應的估計。在2016年的計算中，美國能源部估計：如果我們考慮成熟的傳統來源，到2040年美國將擁有3.65億噸生物質。這些主要是木材和玉米乙醇——美國生物經濟主要用于生物能源的傳統原料。

開發不足的來源

然而，如果美國生物經濟要像美國生物經濟計劃設想的那樣，從生物能源轉向食品配料、藥品和農業投入，實現增長和多樣化，這些傳統來源是不夠的。為了最大限度地提高原料供應，美國生物經濟還將不得不利用目前利用率低、價值低的非糧食作物。將這些納入供應鏈可以緩解生物產業和生產人類消費食品的農業企業之間的土地競爭。如果這些未開發的資源得到利用，美國能源部預測，2040年美國生物質供應將增加到12億噸。這一潛在的8.26億噸增量將來自林業木質生物質、農業殘余物、廢物以及未充分利用的、鮮為人知的生物質能源作物，這些作物尚未成熟上市，但可能在未來幾十年內變得更加發達。這取決于將木本生物質等非傳統來源以及山茶屬、彭尼卡斯和carinata等不太知名的作物大規模引入供應鏈。DoE提供的這些供應量估計值并不表示從田地中收獲的材料的全國總噸數。相反，它只表達了可用于工業用途的可收獲生物質的一部分（這種材料還有其他用途）。此外，它們受到可持續利用的生物質數量的限制——在不對環境造成破壞性影響的情況下，只能利用這么多生物質，這一限制已被考慮在內。

新興來源？

此外，還有可能進一步增加生物質供應，因為新興供應距離規模化市場的準備程度還很遠。2016年美國能源部的供應估計所使用的供應鏈報告沒有考慮到這些因素:大型藻類（被認為是生物質的巨大潛在來源）、油籽作物、有害燃料、自然災害救助、城市木材廢物、公用事業維護處理以及森林恢復處理產生的非商品生物質。盡管這些新興來源包括在2024年3月對能源部生物質供應盤點的最新更新中，但在編制供應鏈報告時尚未公布該數據。

達到10億噸意味著市場建設

非常規生物質資源不僅擴大了工業可用原材料的數量，還使更可持續地擴大供應成為可能。美國農業部的報告承認，擴大生物質用于非食品生物制造可能會推高大宗商品價格，從而影響糧食安全。未充分利用的作物在這方面至關重要，因為這些物種可以在現有農田或不適合種植糧食的劣質土地上作為覆蓋作物種植。然而，拓展任何新市場都會面臨一個反復出現的困境:供應商不會將資源投入到新形式的生產中，除非他們知道有一個可以銷售的市場，而且這個市場足夠大，可以收回投資。美國生物經濟也不例外：如果農民認為找不到買家，他們就不會改變作物或擴大種植面積。這給非傳統植物材料的規模化制造造成了巨大障礙。例如，多年生草、灌木柳和大麻都可能是美國生物經濟的寶貴和潛在的可持續原料，但由于需求較低，它們今天是低值作物。即使在最好的情況下，農業也是一項高風險低回報的投資。種植新作物的成本高昂，需要幾個月才能成熟，可能需要幾年才能獲得回報，這意味著穩定的監管對于鼓勵生物質供應商參與生物經濟計劃至關重要。為了說服投資者和農民邁出這一步，該報告鼓勵政策制定者制定專門針對生物經濟計劃的長期政策和監管指導方針，以降低生產者風險并鼓勵參與。美國農業部已經表示，它正在研究如何制定現有的和新的激勵計劃來幫助實現這一目標。該報告還指出，還可以通過促進合作社、價值鏈能力建設的金融安全網以及開發副產品市場來降低生產者風險。

木質生物質經濟學的不確定性

圍繞強勁市場需求的確定性是影響農民和土地所有者商業決策的一個因素。另一個是生產某些作物的經濟可行性。即使存在對低價值但可持續的生物質的需求，種植生物質的成本也可能超過運輸、儲存和預處理的成本。要降低將生物質原料轉化為有用物質的成本，需要投資于適應這些特定作物的新技術和基礎設施。關于基礎設施的這一點在很大程度上適用于木質生物質。這類原料是指任何森林殘余物或木材廠廢物以及來自種植園和森林的朽木，否則這些木材將成為廢物。科學和政策制定已將木本生物量作為生物經濟中潛在的巨大和可持續的原料來源。然而，預處理這種通常質量不均勻的原料是當前生物質供應系統中成本最高的方面之一。以木質生物質為基礎的完整工業生物價值鏈的經濟學也沒有在美國進行大規模測試。這意味著人們對如何讓它們變得可行幾乎沒有具體的理解。已采取措施探索和完善木質生物質供應鏈的經濟學。愛達荷州國家實驗室專門為此開發了一個名為“生物質原料國家用戶設施”（BFNUF）的試驗臺中心，以使該行業能夠探索新的預處理路線，從而有效地將各種有機物轉化為工業原料。

物流：從農場到工廠

在評估了潛在的生物量后，該報告詳細介紹了美國如何建立連接農場和生物產業的物流。生物質的原始量固然很好，但如何收集、運輸、分類和為工業用途做準備也很關鍵。有效的物流基礎設施和流程將決定生物質能否真正得到估價。它說，區域性生物質倉庫在這方面非常重要。它們將允許從不同地點收集生物質原料，甚至可以進行基本的預處理，將不同的生物質轉化為可替代原料。通過允許單點收集和預處理，區域倉庫可以降低將材料運輸到集中生物煉制廠的成本，而集中生物煉制廠本身應該位于交通樞紐附近。倉庫可以作為關鍵的基礎設施節點，在這里，由不同材料制成、來自周圍地區不同來源的原料（種植作物和廢物流）可以轉化為一致的產品，隨時供生物煉制廠訂購。戰略選址的倉庫，可方便地獲取多種原料來源，提供集中化服務。與在一個地區建設多個站點相比，這降低了資本成本。

較長的框架

在我們看到美國的生物經濟計劃轉化為更大的生物基生產能力之前，還有很長的路要走，因為它仍處于規劃階段。該計劃要求許多政府機構就新生物經濟的政策、經濟和技術方面開展約40項范圍界定任務。到目前為止，只有幾個已經完成。然而，由于原材料庫和供應鏈基礎設施的規模是生物經濟規模的主要限制因素，美國農業部的報告標志著實施規劃的重要一步。最后，生物經濟計劃還需要其他政策領域的支持和協調。一個很好的例子是農業。在農業領域，政策制定者需要評估在更加動蕩的氣候下生產12億噸生物質所需的作物種類、技術和經濟支持。