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生物燃料与人類健康
“生物体”(biomass)一詞指的是任何活的或不久以前活著的物質、植物、或動物。傳統意義上的生物燃料包括木材、木炭、農作物廢料、以及動物糞便。生物燃料還可以轉化為液体燃料，如甲醇、乙醇（分別由木材和農作物生成）以及气体產品，如甲烷（由動植物体酵解生成）。如果使用得當，生物燃料是一种可以再生的能源形式，而煤、石油以及天然气等礦物燃料則不可再生。
由于生物燃料通常是由使用者直接從田頭林間采集，而不是通過市場渠道購買，因此，很難獲得生物燃料用戶數量和使用數量的确切數据。在許多發展中國家，生物燃料的使用占所有燃料的一半以上。在非常貧窮的國家，這一比例高達95%。自1900年以來，生物燃料的使用一直呈下降趨勢。但是，隨著石油產品和電力价格上漲，在發展中國家的貧困人口中，這一下降的速度已經放慢，甚至出現了回升。
生物燃料長期以來一直受到人們歡迎的原因非常簡單--生物燃料价格低廉，存在形式多种多樣，可獲得渠道非常廣泛，可免費采集，且使用簡單。除了要從地上拾起來并切成所需的大小之外，就不再需要進行其它加工。燃燒生物燃料所需的設施也非常簡單：用三塊石頭搭個灶或將一排磚頭排成U形就足夠了。有些人即使已具備使用電力、煤油、天然气等清洁能源的經濟能力，但由于生活習慣、對价格浮動的擔憂，或決定將錢用于其它用途，仍然堅持使用生物燃料。
和其它能源形式比較，生物燃料釋放的能量相對較少。而且生物燃料也不清洁，采集起來費時費力。但是，更嚴重的是，生物燃料的采集和燃燒對人類健康，特別是婦女和儿童的健康，產生直接的危害。斯里蘭卡佩勒代尼亞大學(University of Peradeniya)地理系教授兼主任Anoja Wickramasinghe已系統研究了以木材作燃料對不同性別的健康影響，發表了許多研究和著述。Wickramasinghe指出，与其它發展中國家一樣，在斯里蘭卡，家庭的柴火采集、搬運和使用主要由婦女承擔。她發現，這一“生物燃料循環”已成為婦女身心的負擔，是引起壓力和身体不适的主要原因。
Wickramasinghe將這一生物燃料循環分成三個環節--采集、搬運和燃燒--每一個環節都有其特有的健康問題。在采集過程中，婦女們必須走出家門去采集柴火。隨著人口擴張，居住區周圍林地的耗竭，為了能夠找到足夠的柴火，她們要走的距离越來越遠。根据她對斯里蘭卡720戶家庭進行的調查，Wickramasinghe發現，除了雨淋日晒之外，婦女們在采集柴火時還會發生割傷、碰傷、扭傷、骨折、皮膚刺激、過敏反應、虫螫、蛇咬等傷害。Wickramasinghe調查的家庭中，大約有68%報告采集一擔柴火需要2-3小時，這還不包括路上所花的時間，而且，每個星期通常需要采集三次。采集柴火的時間長了，可用來進行其它更重要的工作，如嬰儿哺乳的時間就少了。此項研究的結果發表在2001年12月份出版的《ENERGIA新聞》上。《ENERGIA新聞》同期還發表了在柬埔寨進行的一項類似研究的結果。該研究顯示，柬埔寨婦女在采集柴火時還面臨瘧疾 和地雷傷害的危險。
婦女一般是將采集到柴火頂在頭上朝家搬的。在Wickramasinghe的調查中，大約有80%的受調查對象認為頂在頭上搬運是整個生物燃料環節中最累人的一環。她們列出的症狀包括疲勞、頭疼、關節和胸部疼痛。年齡大的婦女所受到的傷害尤其嚴重。“三十多年來，每個星期都要好几次將柴火頂在頭上搬運，除了怀孕的最后階段以及產后一段時間，根本得不到長時間的休息，這使關節變得脆弱，引起腰背疼痛，另外，對疾病的抵抗力下降，” Wickramasinghe說。
第三個環節，可能也是對健康危害最大的，就是燃燒過程。在發展中國家的大部分地區，做飯的爐灶都非常簡陋，而且在狹窄的房間里，這些房間通常都缺乏足夠的通風。在Wickramasinghe的調查中，60%的家庭使用的是用三塊石頭堆成的爐子或用泥漿砌成的一种叫做“chulha”的U形爐子。只有28%的廚房有煙囪，32%的有通風窗戶。在這种條件下，受室內空气污染物暴露顯然是不可避免的。
生物燃料煙霧中許多物質會對人類健康造成損害，其中包括顆粒物質、一氧化碳、氮氧化物、甲醛以及多環有机化合物，包括苯并芘等致癌物質。直徑在10微米以下的顆粒物質（PM10），尤其是直徑在2.5微米以下的顆粒物質（PM2.5），可滲入肺部深處，給人類健康造成很大的傷害，如引起急性下呼吸道感染(ALRI)等疾病。
在非洲、亞洲、和美洲進行的研究表明，生物燃料燃燒造成的室內空气污染水平极高，通常大大超過工業化國家的衛生標准。對健康的影響不僅取決于污染物水平，同時還決定于呼吸污染空气的時間長短，尤其是在爐子附近的時間。美國環保局規定的PM10和PM2.5的24小時平均標准分別為150μg/m3和65μg/m3。在使用生物燃料做飯的發展中國家，PM10的24小時平均水平通常在300-3000μg/m3的范圍內，而做飯期間則可高達30000μg/m3。美國環保局規定的8小時一氧化碳的標准為9 ppm。在發展中國家使用生物燃料的家庭，24小時平均濃度在2-50 ppm范圍內，做飯時報告的濃度值則高達10-500 ppm。
毫不奇怪，在發展中國家進行的大量研究表明，日常生活使用生物燃料与一系列的疾病之間存在极大的相關性。伯克利加州大學環境健康科學教授Kirk Smith，利物浦大學高級講師Nigel Bruce等人對在發展中國家進行的室內空气污染与急性下呼吸道感染之間的相關性進行了調查。在他們發表在2000年6月份出版的《胸腔》(Thorax)的文章中指出：“研究相互的結果十分一致。從總体來說，受到暴露的儿童所面臨的風險与生活在使用清洁燃料的家庭的儿童，或因其它原因而受暴露較少的儿童相比有极為顯著的增加。并非所有的這些研究都能對干扰因素進行調整，但大多數的研究都發現，其相關性非常顯著。”
最近，伯克利可再生与适用能源實驗室主任Daniel Kammen与當時還在讀博士學位的Majid Ezzati共同完成了第一次暴露-反應研究。他們通過改變燃料和改造爐灶等措施，研究了減少煙霧暴露与降低疾病發生率之間的關系。研究結果發表在2001年8月25日出版的《柳葉刀》(The Lancet)上。這一呈連續性的暴露-風險關系是對一系列可不同程度地降低暴露的干預措施效果進行評估的關鍵。
急性下呼吸道感染的疾病主要發生在負責做飯的婦女和大部分時間都在母親身邊，且极易受急性下呼吸道感染的嬰幼儿身上。根据世界衛生組織（WHO）的《世界健康報告2000》，急性下呼吸道感染是造成5歲以下儿童死亡最重要的原因。在此年齡組中，每年因此死亡的儿童達2百万。對印度1992-1993全國家庭健康調查取得的數据進行分析后發現，三歲以下儿童急性呼吸道感染發生率，使用生物燃料的家庭比使用清洁燃料的家庭要高出50%以上。8月25日的《柳葉刀》發表的Ezzati和Kammen的研究，對肯尼亞農村400多人調查后發現，負責做飯的婦女确診急性呼吸道感染或急性下呼吸道感染的几率是男性的兩倍。
大量的研究顯示生物燃料煙霧与慢性支气管炎及慢性阻塞性肺病之間的相關性。吸煙在發展中國家的男性中十分盛行，也是造成以上疾病的重要原因。在尼泊爾、巴基斯坦、以及印度拉達克地區展開的調查也發現，以上疾病在婦女中的發病率同樣也很高，而且這些地區，婦女抽煙的很少。在男女都不經常吸煙的新几內亞進行的一項研究，在受到室內生物煙霧暴露嚴重的地區，患上慢性肺病的人數增高。
目前尚無關于肺癌与木柴煙霧暴露相關的報道。但是，Bruce等人在《世界衛生組織公告》(Bulletin of the World Health Organization)第78卷第9期（2000）上發表的一篇文章中指出，此時作出生物燃料煙霧不會增加肺癌風險是不明智的。“在有的家庭，一天三個小時的做飯使婦女受到的苯并芘暴露量相當于一天吸兩包煙，”作者寫道。他們進一步指出，采用傳統的生物燃料爐灶做飯所受到的木柴煙霧中各种致癌物質的暴露，可能相當于每天吸好几包煙。
一項由Bruce、及其同事Erick Boy、Hernan Delgado等人在危地馬拉進行的一項研究對使用木柴作燃料的婦女所生嬰儿的出生重量進行了分析。研究結果發表在2002年1月份的《環境与健康展望》雜志上。該研究發現，使用木柴的家庭出生的嬰儿比在使用清洁能源家庭出生的嬰儿的出生重量要輕63克。這一研究結果与對環境香煙煙霧的影響以及加利福尼亞州環保局1997年公布的几項室外空气污染研究結果進行的薈萃分析(meta-analysis)結果一致。
任何受過木柴煙霧暴露的人都知道它會刺激眼睛。有証据表明，生物燃料暴露還會引起白內障。一項發表在1989年5月份的《眼科學檔案》(Archives of Ophthalmology)上的在新德里醫院通過病例-對照研究發現，与用牛糞做燃料相比較，使用液化石油气与皮質性、核性、和混合性白內障風險降低之間存在相關性。他們在印度對10万名調查對象進行分析后發現，与其它類型的燃料相比，以使用生物燃料為主的人群中，部分或完全失明的几率大大增加。
研究人員指出，直到最近，關于室內空气污染和健康影響的研究仍然受到缺乏詳細而系統的暴露信息的困扰。（已經進行的研究）都是觀察性的（非介入型研究），通常未對營養不良、低出生重量、住宅類型等干扰因素加以充分控制，而且效果評估（疾病确診）也不完善。為了彌補現狀的不足，美國國家環境健康科學研究院（NIEHS）資助了一項在危地馬拉西部高原農村地區開展的隨机介入試驗，試圖對使用開放式爐灶做飯和取暖的家庭在安裝帶煙囪的爐子之后，急性下呼吸道感染和其它疾病的發病率變化情況進行直接觀測[見“新的爐灶是否會改善儿童健康狀況”EHP, 111:A33頁]。此項隨机介入試驗可能尚屬首次。
盡管這一領域的研究工作尚存在諸多不足之處，但已足以說明生物燃料煙霧暴露是發展中國家一個重要的健康公害。在2002年11月2日出版的《柳葉刀》上，Ezzati等人將其列為所有死亡率趨高的發展中世界各地區疾病的第一原因，并通過引証現有文獻，指出全球2.6%的疾病都是由此產生的。
生物燃料与地球
盡管地球上的生物燃料已經經受了人類1百万年的采集和燃燒并幸存下來，但有証据表明，人類的這一行為會對環境造成損害。最應引起關注的是木柴的大量采集和燃燒。聯合國糧農組織（FAO）估計，全球的木材采伐大約有63%是用作柴火的。五個國家--巴西、中國、印度、印度尼西亞和尼日利亞--加起來大約占全球每年生產和消耗的柴火和木炭的一半。盡管數据非常欠缺，但FAO作出估計，1961-1998年期間，薪柴的消耗上升了將近80%，稍遜于世界同期人口增長率92%。對薪柴的需求主要原因是小型企業和依靠木柴滿足做飯和取暖需求的農村貧困人口增長。
這樣速度的消耗增長對全球的森林又會產生什么樣的影響呢？二十年前，傳統的權威認為，薪柴采伐數量的增加會導致全球大面積的森林退化。例如，尼泊爾曾于1979年預測，截止1990年，該國足跡可至的森林將全部消失。然而，實際的森林損失數量僅為預測數量的一半。曾參与世界資源研究所2000年報告《全球生態系統探索分析：森林生態系統》 (Pilot Analysis of Global Ecosystems (PAGE): Forest Ecosystems)的世界資源研究所高級助理Emily Matthews指出，造成這一（預測）的錯誤，是因為當時將森林假定為薪柴的唯一來源。
以其最新的調查為基礎，聯合國糧農組織并不認為薪柴采伐是造成全球森林退化的一個重要原因。地區性研究表明，全球薪柴的2/3是由非森林資源提供的，包括樹木种植、路邊灌木、庭院植物、伐木和木材工業的下腳料、建筑廢料、以及廢舊包裝材料。
這說明，政府官員并不總是認同薪柴消耗在森林退化中的作用。Matthews在《森林生態系統》中寫道：“隨著對薪柴和木炭需求的上升，許多城市、鄉鎮、以及道路周圍出現了森林退化帶。也有關于未開發的森林受到影響的傳聞，特別是在印度、斯里蘭卡和泰國。事實上，Wickramasinghe說，斯里蘭卡的天然森林和人工种植林只為全國的薪柴需求貢獻了大約10%的資源。
使用生物燃料做飯取暖是造成地方性和地區性空气污染的一個重要原因。在中國和印度，由于人們大量使用簡陋的爐灶做飯，情況就更是如此。用生物燃料做飯，大多數情況下采用的是簡易的裝置，燃燒溫度也相對較低，造成不完全燃燒并產生大量污染物。在燃燒過程中，生物燃料中的碳會轉化成懸浮固体顆粒和气体，包括二氧化碳、一氧化碳、以及揮發性有机化合物。Jim Zhang等人在2000年8月2日的《大气環境》(Atmospheric Environment)中撰文指出，對中國所使用的木材爐產生的溫室气体和其它空气污染物進行分析后發現，燃燒固体燃料，每釋放一個單位的能量的污染物總体排放量比燃燒液体或气体燃料要高得多。 提倡使用生物燃料的人則主張，如果能夠以可再生形式取得生物燃料（進行補种或再生），那么，就不會加重全球變暖，因為燃燒時所釋放的碳元素可以通過光合作用還原到生長的生物体中。然而，Smith等人在《臭氧層》(Chemosphere)第26卷（1993）中的几篇文章中指出，生物体燃燒會釋放二氧化碳之外的其它溫室气体（甲烷、一氧化二氮、一氧化碳），因此，即使生物燃料可以再生方式進行种植，仍然會加重全球變暖。
日常生活中薪柴燃燒所產生的炭黑（煙塵）則是另一個對環境有重大影響的污染物。在2002年9月27日出版的《科學》雜志中，美國宇航局戈達德空間研究所(National Aeronautic and Space Administration's Goddard Institute for Space Studies)的Surabi Menon 和 James Hansen指出，煙塵是2001年在中國造成1,000多人死亡的洪澇和干旱的元凶。炭黑可以吸收太陽光，使空气變熱，從而使大規模的大气環流和水分循環發生變化，對地區性气候產生影響。Menon和Hansen利用戈達德研究所的气候計算机模型和通過中國地面監測站提供的气溶膠數据，建立了四套計算机仿真模型，對炭黑對中國和印度上空的水分循環進行監控。所有四套模型都表明，炭黑數量的增加使中國南方地區澇上加澇，中國北方地區旱上加旱。
“如果我們的解釋是正确的話，”Hansen說，“那么，減少炭黑，或者說減少煙塵的排放除了有益于人類健康之外，可能還會有助于緩解中國南方地區的洪水和北方地區干旱的情形。”
奮力改進
減少薪柴以及其它生物燃料的使用，使婦女們有時間從事其它工作，包括賺錢，將會改善數以百万計的使用生物燃料的人們的健康，減少森林退化，并使受影響的家庭的經濟狀況發生好轉。為了實現這些目標，國際發展和公共健康組織，包括世界銀行，已經開始設法用改進過的爐子來取代傳統的敞開式爐灶和簡易爐灶。自1970年以來，已有數百個項目在50多個國家進入實施。這些項目中包括以數百個家庭為目標的地方性項目以及在中國開展的触及將近200万個家庭的全國性項目。
這些項目成敗兼有。許多爐灶在安裝后并未取得預料的效率，有的無論設計和制造都很粗陋，或者不适合某類人群使用。在肯尼亞開展的一個項目就是很好的失敗例子：有些“改進后”的爐子爐膛很小，必須將木材切成小塊--而當地的婦女們既沒有時間，也沒有工具來砍小木柴。有的爐子价格太高，超出當地人的承受能力。而免費發放的爐子往往又被人看成毫無价值的東西。有些項目則要求由經過培訓的技朮人員完成爐子的定做与安裝。
這些項目通常是堅持不了多久，倒是那些由當地工匠大規模生產的爐子的項目取得了成功。例如，在中國，一個柴爐推廣項目原來因采用定做方法而進展緩慢，但采取規范化生產后就取得了進展。
“后來的實施情況表明，要想能夠滿足當地做飯需要的廉价設備可靠地實現高燃料效率和低排放的目標，所面臨的技朮挑戰比原來預想的要大得多，”世界銀行高級能源專家Douglas Barnes在1994年的報告《是什么原因使得人們用改善后的生物燃料爐做飯？國際爐灶項目比較評估》(What Makes People Cook with Improved Biomass Stoves? A Comparative International Review of Stove Programs)中寫道。隨著時間的推移，資助机构已經學會了如何更好地對爐灶的設計、制造、和銷售進行改進，以滿足地方性需求。肯尼亞西部農村地區實施的一個改良爐灶安裝項目作為成功典型受到了表彰。在該項目中，當地的婦女直接參与了這种价格低廉、使用壽命相對較長、燃料效率比傳統的chulha要高、且沒有煙囪的陶瓷爐灶的制作与銷售。
那么這些項目是否真正減少了使用者所受到的污染物暴露并改進了她們的健康狀況呢？在2002年11月份《環境与健康展望》發表的一篇關于室內空气污染物暴露對健康影響的文章中，Ezzati和Kammen稱，在此領域開展的以改良后的爐灶對健康產生的影響為目標的研究還很少。他們通過引用研究成果表明，在危地馬拉安裝過改進后爐灶的家庭，室內平均污染物濃度大幅度下降，在進行監控的8個月時間，正常使用條件下，健康效益肯定是存在的。2002年6月5日的《美國國家癌症研究所雜志》(Journal of the National Cancer Institute)上發表的一篇文章采用了一种創新性研究設計，通過以往暴露數据來說明暴露下降的長期效益。其它研究則表明，所使用的各种爐灶的污染排放量差异很大，主要取決于具体使用情況。因此，針對爐灶的正确使用方法開展教育似乎与使用正确的爐灶類型具有同樣的重要性。
“技朮革新和人類行為是不可分割的，因為家庭能源技朮的效果和可持續性在很大程度上取決于使用這些技朮的人，”Ezzati說。Ezatti對以往的“純技朮”途徑持批判態度，因為，這些技朮完全是以實驗室內的工程技朮標准為基礎的，具体實施并未和使用它的人進行磋商或考慮他們的意見。他認為，進行技朮方案設計時，應重點考慮行為和社會因素。可減少暴露的一些做法包括不要讓儿童接近正在使用中的爐灶、爐灶使用時應采取通風措施、做完飯后應立即熄滅爐火。
對肯尼亞農村的爐灶改進項目進行分析之后，Ezzati估計，和使用傳統的敞開式爐灶相比，技朮改造和用法改進可使PM10暴露降低35-95%。有助于与暴露相關的疾病的下降。根据2002年11月份《環境与健康展望》發表的Kammen和Ezzati的文章，這些措施可將5歲以下儿童的急性呼吸道感染患病率降低24-64%，急性下呼吸道感染降低21-44%。
不管怎么說，生物燃料仍將是發展中國家日常生活所使用的一种重要燃料。盡管許多人在經濟條件允許的情況下將會改用電力和煤油等清洁燃料，但是，這些燃料的价格還很高，燃料的分配体系還很不完善，完全轉換成清洁燃料一時還無法在這些地區實現。在實施爐灶改進項目的同時，提供爐灶的健康使用方法的教育，可在清洁能源大規模推廣之前起到一個极有价值的橋梁作用。
“目前，發展中國家的健康和能源政策面臨的挑戰是如何在實現增加清洁能源供應的同時（特別是對那些貧困家庭），避免其負面的全球性和地方性影響，”Ezzati說。如果能夠可持續開發，并提高利用效率，生物燃料只會對生態和全球環境產生极小的影響，他說。
--John Manuel
譯自Environmental Health Perspectives 111:A28-33 (2003)
Last Updated: June 6, 2003
