1973in jälkeen öljysaartoYhdysvaltain energiapolitiikalla on pyritty korvaamaan öljypohjaiset kuljetuspolttoaineet vaihtoehdoilla. Yksi merkittävä vaihtoehto on käyttää biopolttoaineita, kuten etanolia bensiinin ja biodieselin sijasta tavallisen dieselin sijaan.

Kuljetus tuottaa neljäsosa Yhdysvaltojen kasvihuonekaasupäästöistäSiksi tämän alan vaikutusten ratkaiseminen on ratkaisevan tärkeää ilmastonsuojelun kannalta.

Monet tutkijat katsovat biopolttoaineita luontaisesti hiiltä neutraali: he ottavat huomioon, että hiilidioksidin (CO2) kasvit absorboivat ilmaa, kun ne kasvavat täysin kompensoiviksi tai "neutraloivat", CO2-päästöt, kun kasvit poltetaan. Useita vuosia tietokoneiden mallinnus perustuu tähän olettamukseen, mukaan lukien Yhdysvaltain energiaministeriön tukema työ, pääteltiin, että biopolttoaineiden käyttö bensiinin korvaamiseksi vähensi merkittävästi kuljetusten CO2-päästöjä.

Meidän uusi tutkimus ottaa uuden kysymyksen tähän kysymykseen. Tarkistimme viljelytietoja arvioidaksemme, oliko maatalousmaalla riittävästi CO2ia absorboitunut CO2in päästämiseksi, kun biopolttoaineet poltetaan. On käynyt ilmi, että kun kaikki kasvaviin raaka-aineisiin ja biopolttoaineiden valmistukseen liittyvät päästöt otetaan huomioon, biopolttoaineet itse asiassa lisäävät CO2-päästöjä sen sijaan, että vähentäisivät niitä.

Biopolttoaineen puomi, ilmakehä

Liittovaltion ja valtion politiikat ovat tukeneet maissin etanolia 1970: ien jälkeen, mutta biopolttoaineet saivat tukea välineenä energian riippumattomuuden edistämiseksi ja öljyn tuonnin vähentämiseksi syyskuun 11-hyökkäysten jälkeen. Vuonna 2001 kongressi käyttöön Uusiutuvan polttoaineen standardi, joka vaati polttoaineen jalostamoita sekoittamaan 7.5 miljardin gallonan etanolia bensiiniin 2012in avulla. (Vertailun vuoksi samana vuonna amerikkalaiset käyttivät 133 miljardia litraa bensiiniä.)

2007-kongressissa laajennettiin dramaattisesti RFS-ohjelmaa joidenkin tuella tärkeimmät ympäristöryhmät. Uusi standardi yli kolminkertaistui Yhdysvaltain uusiutuvan polttoaineen kulutus, joka nousi 4.1: n miljardista gallonasta 2005: iin 15.4 miljardiin gallonaan 2015: ssa.

Meidän tutkimus tarkasteli 2005-2013in tietoja uusiutuvan polttoaineen käytön voimakkaan kasvun aikana. Sen sijaan, että oletettaisiin, että biopolttoaineiden tuottaminen ja käyttö oli hiilidioksidista neutraalia, verrattiin nimenomaisesti viljelyalalla absorboituneen CO2: n määrää biopolttoaineiden tuotannon ja kulutuksen aikana päästettyyn määrään.

Olemassa oleva viljelykasvi kasvaa jo runsaasti CO2ia ilmakehästä. Empiirinen kysymys on, lisääkö biopolttoaineiden tuotanto CO2-talteenottoon riittävän paljon CO2-päästöjen täydelliseksi kompensoimiseksi kun maissia fermentoidaan etanoliksi ja kun biopolttoaineet poltetaan.

Suurin osa biopolttoaineisiin tänä aikana kulkeutuneista viljelykasveista oli jo viljelty; tärkein muutos oli se, että maanviljelijät myivät enemmän sadonkorjuutaan biopolttoaineiden valmistajille ja vähemmän elintarvikkeille ja eläinrehuille. Jotkut viljelijät kasvattivat maissia ja soijapapuja kytketty näille hyödykkeille vähemmän tuottavia kasveja.

Mutta niin kauan kuin viljelyolosuhteet pysyvät vakioina, viljelykasvit ottavat CO2in pois ilmakehästä samalla nopeudella riippumatta siitä, miten maissi käytetään. Jotta biopolttoaineita voitaisiin arvioida asianmukaisesti, on arvioitava CO2-talteenotto kaikilla viljelyalueilla. Loppujen lopuksi kasvinviljely on CO2-sieni, joka ottaa hiilen pois ilmakehästä.

Kun suoritimme tällaisen arvioinnin, huomasimme, että 2005ista 2013in kautta kasvanut hiilidioksidipäästö USA: n viljelymaalla kasvoi 49-teragrammeilla (teragrammi on miljoona tonnia). Useimpien muiden viljelykasvien viljelyalat vähenivät tänä aikana, joten tämä lisääntynyt CO2-otto johtuu suurelta osin biopolttoaineiden viljelystä.

Samalla ajanjaksolla biokaasujen fermentoinnista ja polttamisesta aiheutuvat CO2-päästöt kasvoivat 132-teragrammeilla. Siksi kasvinviljelyyn liittyvä suurempi hiilidioksidipäästö korvaa vain 37-prosenttiosuuden 2in kautta tapahtuvasta biopolttoaineeseen liittyvästä CO2005-päästöstä. Toisin sanoen biopolttoaineet eivät ole kaukana luontaisesti hiili-neutraaleista.

Hiilivirrat ja ilmasto-amme

Tämä tulos on ristiriidassa biopolttoaineita koskevan vakiintuneen työn kanssa. Ymmärtääkseen miksi, on hyödyllistä ajatella tunnelmaa a kylpyamme joka on täynnä CO2ia veden sijasta.

Monet maapallon aktiviteetit lisäävät CO2ia ilmakehään, kuten vettä, joka virtaa hanasta ammeeseen. Suurin lähde on hengitys: Hiili on elämän polttoaine ja kaikki elävät asiat "polttaa hiilihydraatteja" voidakseen käyttää aineenvaihduntaa. Etanolin, bensiinin tai muun hiilipohjaisen polttoaineen polttaminen avaa CO2-"hanan" ja lisää hiilen ilmakehään nopeammin kuin luonnolliset aineenvaihduntaprosessit.

Muut toiminnot poistavat CO2in ilmakehästä, kuten vesi, joka virtaa kylpyammeesta. Ennen teollista aikakautta kasvien kasvu imeytyi enemmän kuin tarpeeksi CO2ia CO2in kompensoimiseksi, jonka kasvit ja eläimet hengittivät ilmakehään.

Tänään, suurelta osin fossiilisten polttoaineiden käytön ansiosta, lisäämme CO2in ilmakehään paljon nopeammin kuin luonto poistaa sen. Tämän seurauksena CO2-vesitaso nousee nopeasti ilmastoinnissa.

Biopolttoaineita poltettaessa ne päästävät suunnilleen saman määrän kuin CO2 energiayksikköä kohti öljypolttoaineina. Siksi biopolttoaineiden käyttö fossiilisten polttoaineiden sijasta ei muuta sitä, kuinka nopeasti CO2 virtaa ilmastoinnissa. Ilmakehän CO2-tasojen kerääntymisen vähentämiseksi biopolttoaineiden tuotannon on avattava CO2-viemäri - eli sen on nopeutettava nettohintaa, jolla hiili poistetaan ilmakehästä.

Kasvava maissi ja soijapavut ovat avanneet CO2-otoksen ”valua” hieman enemmän, lähinnä siirtämällä muita kasveja. Tämä koskee erityisesti maissia, jonka korkea saanto poistaa hiilen ilmakehästä nopeudella kaksi tonnia hehtaarilta, nopeammin kuin useimmat muut viljelmät.

Kuitenkin maissin ja soijapapujen tuotannon laajentaminen biopolttoaineisiin lisäsi CO2-talteenottoa vain niin, että se kompensoi suoraan biopolttoaineiden käyttöön suoraan sidotun CO37: n 2-prosentin osuuden. Lisäksi se ei riittänyt korvaamaan muita kasvihuonekaasupäästöjä biopolttoaineiden tuotannosta lähteistä, mukaan lukien lannoitteiden käyttö, maatilan toiminta ja polttoaineen jalostus. Lisäksi, kun viljelijät muuttavat nurmikoita, kosteikkoja ja muita elinympäristöjä, jotka säilyttävät suuria määriä hiiltä viljelyalaan, esiintyy hyvin suuria CO2-päästöjä.

Virheellinen mallinnus

Uusi tutkimus on herätti kiistoja koska se on ristiriidassa monien aikaisempien analyysien kanssa. Näissä tutkimuksissa käytettiin lähestymistapaa, jota kutsuttiin elinkaarianalyysitai LCA, jossa analyytikot lisäävät kaikki tuotteen tuottamiseen ja käyttöön liittyvät kasvihuonekaasupäästöt. Tulosta kutsutaan yleisesti tuotteen ”hiilijalanjälki"

Uusiutuvan polttoaineen käytäntöjen perustelemiseksi ja hallinnoimiseksi käytetyt LCA-tutkimukset arvioivat vain päästöjä, eli CO2ia, jotka virtaavat ilmaan, ja eivät arvioineet, kasvattivatko biopolttoaineiden tuotanto nopeutta, jolla viljelykasvit poistivat CO2in ilmakehästä. Sen sijaan LCA olettaa yksinkertaisesti, että koska energiakasvit, kuten maissi ja soijapavut, voidaan uudelleensyntyä vuodesta toiseen, ne poistavat automaattisesti niin paljon hiiltä ilmakehästä kuin ne vapautuvat biopolttoaineiden polttamisen aikana. Tämä merkittävä oletus on koodattu LCA-tietokonemalleihin.

Valitettavasti LCA on sekä RFS: n että Kalifornian perusta Vähähiilinen polttoainestandardi, joka on keskeinen tekijä kyseisen valtion kunnianhimoisessa ilmastotoimintasuunnitelmassa. Sitä käyttävät myös muut virastot, tutkimuslaitokset ja yritykset, jotka ovat kiinnostuneita liikennepolttoaineista.

Olen kerran hyväksynyt näkemyksen, jonka mukaan biopolttoaineet olivat luontaisesti hiiltä neutraaleja. Kaksikymmentä vuotta sitten olin johtajana ensimmäinen paperi ehdottaa LCA: n käyttöä polttoainepolitiikassa. Monet tällaiset tutkimukset tehtiin, ja a laajasti mainittu meta-analyysi julkaisussa Science in 2006 julkaistussa tutkimuksessa todettiin, että maissin etanolin käyttö pienensi merkittävästi kasvihuonekaasupäästöjä verrattuna bensiiniin.

Toiset tutkijat esittivät kuitenkin huolta siitä, miten suurten alueiden istuttaminen energiakasveilla voisi muuttaa maankäyttöä. Alussa 2008 Science julkaisi kaksi merkittävää artikkelia. Yksi kuvasi, miten biopolttoaineen viljelykasvit suoraan syrjäytyneitä hiilipitoisia elinympäristöjä, kuten niityt. Toinen osoitti, että biopolttoaineiden kasvava viljely sai aikaan vahingon välilliset vaikutukset, kuten metsien hävittäminen, kun maanviljelijät kilpailivat tuottavasta maasta.

LCA: n kannattajat tekivät malleistaan ​​monimutkaisempia, jotta nämä voisivat ottaa huomioon polttoaineen tuotannon seuraukset. Tästä johtuvat epävarmuustekijät kasvoivat niin suuriksi, että oli mahdotonta määrittää, auttoivatko biopolttoaineet ilmastoa. 2011issa kansallinen tutkimusneuvosto raportti RFS: stä totesi, että viljelypohjaiset biopolttoaineet, kuten maissietanoli, eivät ole lopullisesti osoittaneet vähentävän kasvihuonekaasupäästöjä ja saattavat itse asiassa lisätä niitä.

Nämä epävarmuustekijät kannustivat minua aloittamaan LCA: n purkamisen. 2013issa julkaisin ilmastonmuutoksen paperin, joka osoittaa, että olosuhteet, joissa biopolttoaineiden tuotanto voisi kompensoida CO2ia olivat paljon rajoitetumpia kuin yleisesti oletetut. Jonkin sisällä seurantapaperin Esitän yksityiskohtaisesti virheet, joita käytettiin LCA: n käytön yhteydessä biopolttoaineiden arvioimiseksi. Nämä tutkimukset loivat tietä uudelle havaintoillemme, että Yhdysvalloissa toistaiseksi uusiutuvat polttoaineet ovat todellakin haitallisempia ilmastolle kuin bensiini.

CO2in lieventäminen öljystä on edelleen kiireellistä, sillä se on suurin antropogeenisten CO2-päästöjen lähde Yhdysvalloissa ja toiseksi suurin hiilen jälkeen. Analyysi vahvistaa kuitenkin, että ilmastonmuutoksen parantamiseksi biopolttoaineet ovat "Pahempi kuin tauti."

Vähennä ja poista

Tiede osoittaa tietä ilmastonsuojelumekanismeille, jotka ovat tehokkaampia ja halvempia kuin biopolttoaineet. On kaksi laajaa strategiaa kuljetuspolttoaineiden CO2-päästöjen vähentämiseksi. Ensinnäkin voimme vähentää päästöjä parantamalla ajoneuvojen tehokkuutta, rajoittamalla kilometrejä tai korvaamalla aidosti hiilivapaita polttoaineita, kuten sähköä tai vetyä.

Toiseksi voimme poistaa CO2in ilmakehästä nopeammin kuin ekosysteemit imevät sen nyt. Strategiat "Biosfäärin uudelleenkohdentaminen" sisältää metsitys ja metsitys, maaperän hiilen uudelleenrakentaminen ja muiden hiilipitoisten ekosysteemien, kuten kosteikkojen ja nurmien, palauttaminen.

Nämä lähestymistavat auttavat suojelemaan biologista monimuotoisuutta - toinen maailmanlaajuinen kestävän kehityksen haaste - sen sijaan, että uhkaisi sitä biopolttoaineiden tuotannossa. Analyysi tarjoaa myös toisen käsityksen: Kun hiili on poistettu ilmassa, on harvoin järkevää kuluttaa energiaa ja päästöjä, jotta ne voidaan käsitellä biopolttoaineiksi vain hiilen polttamiseksi ja sen vapauttamiseksi ilmakehään.

Author

John DeCicco, tutkimusprofessori, University of Michigan

Tämä artikkeli julkaistiin alunperin Conversation. Lue alkuperäinen artikkeli.\

Liittyvät kirjat:

at InnerSelf Market ja Amazon