STEAM｜石油短缺影响农业！黑金如何喂饱全世界？｜星岛教室
发布时间：12:57 2026-06-07 HKT
最近中东再有战争，专家说若全球石油供应短缺，会影响粮食生产！举例，当你走进超市，拿起一个色泽红润的番茄或一包香喷喷的薯片时，你可能以为这只是光合作用的产物。但从科学角度来看，你手中的食物其实也极可能是「石油的变体」。在现代工业化农业中，石油与粮食的关系密不可分。如果全球石油供应突然短缺，我们的餐桌将会面临一场前所未有的「能量断层」。
石油＝粮食？
在传统农业时代，太阳是唯一的能量来源。但在21世纪，生产1卡路里的食物能量，平均须消耗约10卡路里的化石燃料能源。这听起来不符合能量守恒？不，这正是现代农业的高效秘密：我们利用石油储存的古代化学能，「补贴」了农作物的生长速度。
石油对粮食的影响主要分为3个层次：
- 化学输入（化肥与农药）：提供植物生长的原材料。
- 机械动力：驱动耕作、播种与收割。
- 物流与包装：确保食物从农场抵达餐桌。
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化肥的石油基因
在农业化肥中，最重要成分之一是「尿素」（Urea），其化学式为 CO(NH2)2。
- 哈伯造氨法（Haber-Bosch Process）︰地球大气中78%是氮气，但植物无法直接吸收。要将氮气转化为植物能利用的氨（NH3），需要极高的压力和温度。这就是著名的「哈伯造氨法」，这里的关键在于氢气（H2）。在工业上，生产氢气最经济的方式是「天然气蒸汽重整」，而天然气通常与石油矿藏共生，或作为石油提炼的副产品。
- 从氨到尿素︰有了氨之后，工厂会进一步将其与二氧化碳（CO2）反应生成尿素。尿素是目前全球使用量最大的氮肥。如果石油与天然气供应中断，将造成连锁反应：氢气产量会暴跌→氨产量下降→尿素价格飙升。最终，农民因负担不起化肥而减少施肥，导致全球农作物产量（尤其谷物）急剧下降。
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机械化生产停摆
想像一下，如果没有柴油，一台大型收割机的工作效率会变成怎样？现代农业是建立在内燃机之上的。从翻土、播种、喷洒农药到收割，全部均依赖石油提炼的柴油与汽油。
石化农药与塑料
石油不仅提供动力，还是农药的「母体」。
- 农药（Pesticides）：绝大多数的杀虫剂、除草剂和杀菌剂都是以石油基化学品为原料合成的复杂有机分子。没有它们，害虫与杂草将与人类「争食」。
- 农用薄膜：现代温室农业依赖聚乙烯（PE）薄膜来调节温度与水分，而聚乙烯正是石油裂解后的产物。
全球供应断链
餐盘中的食物平均要旅行1500到2500公里才能到达你的嘴边。这依赖于一个极其复杂且耗能的物流系统：
- 卡车运输：消耗大量柴油。
- 冷链物流：为了保持蔬果新鲜，低温仓储与冷藏车需要消耗电力与燃料。
- 包装材料：塑料包装、保鲜膜、泡沫箱，全都是石油制品。
石油短缺意味着运费飙升。有时候，粮食并非真的「种不出来」，而是因为运输成本太贵，导致产地的粮食运不出去，而消费城市却面临粮荒。
农业「脱油」之路
若石油供应短缺，农业必须转型：
- 生物肥料：利用豆科植物固氮或研发更高效的微生物肥料，减少对合成尿素的依赖。
- 农业电动化：研发电力驱动的耕作机械，并配合可再生能源（太阳能、风能）。
- 垂直农场：城市内部生产食物，大幅缩短食物里程（Food Miles）。
石油短缺不止令油价上涨，还会透过尿素化肥、农业机械和物流体系，演变成全球粮食安全危机。未来的科学家必须找出方法，让人类在不依赖化石燃料的情况下，依然能喂饱这颗星球上的80亿人口。
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小思考，大智慧
既然石油会枯竭且污染环境，为何不全改用「有机耕作」（Organic Farming）？用天然的动物粪便代替尿素化肥，不是更环保吗？
参考答案
这是一个科学权衡（Trade-off）问题。可从以下3方面来分析：
- 能量密度与规模（Scale）的落差︰现代化肥（如尿素）的含氮量极高且精确，能够快速释放养分。相比之下，动物粪便或堆肥的养分浓度较低，且释放缓慢。若要供应目前全球80亿人口所需的氮元素，单靠全球现有的家畜粪便是不够的。如果全球强制转向纯有机耕作，单位土地的粮食产量可能会下降40%至50%。这意味着为了种出同样多的粮食，我们必须砍掉更多的森林来开垦农田，反而造成更大的生态灾难。
- 「氢」来源问题︰正如前文所说，化肥生产需要氢气。目前做法是从天然气中（甲烷 CH4）提取，这与石油工业紧密相连。虽然我们可利用太阳能或风能进行「电解水」来产生氢气，但这种「绿氢」目前的生产成本，是石油基氢气的3至5倍。这意味着如果没有廉价的绿能，粮价将会飙升至普通家庭无法负担的程度。
- 人口承载力（Carrying Capacity）︰科学家曾估算，如果没有「哈伯造氨法」（即「石油化肥」），地球大约只能养活30至40亿人。也就是说，现在有一半人口，是靠着「石油变成的粮食」在支撑着生命。
本栏逢周四刊登，由教育评议会邀请资深中小学老师、校长及大学讲师撰稿，旨在为学生提供多元化的STEAM学习材料，引发学生探求知识的兴趣，将学习融入生活，培养学生的世界观、敏锐的触觉、积极学习的态度。
文：香港大学博士后研究员（人工智能）、教育评议会执委冯颖匡博士
本文标题原为〈黑金与绿田：石油如何「喂饱」全世界？〉
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