Починаючи з 1973 нафтове ембарго, Енергетична політика США прагнула замінити транспортні види нафтопродуктів альтернативними. Одним із відомих варіантів є використання біопалива, такого як етанол замість бензину та біодизель замість звичайного дизельного палива.

Транспорт породжує 1/4 викидів парникових газів у США, тому вирішення наслідків цього сектора має вирішальне значення для захисту клімату.

Багато вчених розглядають біопаливо як властиво вуглецево-нейтральне: вони припускають, що рослини вуглекислого газу (CO2) поглинають з повітря, коли вони повністю компенсуються або «нейтралізуються», CO2 викидається при спалюванні палива, виготовленого з рослин. Багато років комп'ютерного моделювання, заснованого на цьому припущенні, в т.ч. робота за підтримки Міністерства енергетики США, зробив висновок, що використання біопалива для заміни бензину значно зменшило викиди CO2 від транспортування.

наш Нове дослідження по-новому погляне на це питання. Ми вивчили дані посівів, щоб оцінити, чи достатньо CO2 було поглинено на сільськогосподарських угіддях, щоб збалансувати викид CO2 при спалюванні біопалива. Виявляється, що коли всі викиди, пов'язані зі зростаючими сільськогосподарськими культурами та виробництвом біопалива, враховуються, біопаливо фактично збільшує викиди CO2, а не зменшує їх.

Бум на біопаливі, клімат помилок

Федеральна та державна політика субсидували етанол кукурудзи з 1970, але біопаливо отримало підтримку як інструмент просування енергетичної незалежності та зменшення імпорту нафти після вересневих атак 11 та 2001. На 2005 конгрес прийняв Стандарт відновлюваного палива, що потребувало переробних установок палива для змішування 7.5 мільярдів галонів етанолу в бензин компанією 2012. (Для порівняння, в тому році американці використовували 133 мільярдів галонів бензину.)

На 2007 Конгрес різко розширив програму RFS за підтримки деяких основні екологічні групи. Новий стандарт більш ніж утричі щорічне споживання відновлюваного палива в США, яке зросло з 4.1 мільярдів галонів у 2005 до 15.4 мільярдів галонів у 2015.

Наше дослідження вивчив дані 2005-2013 під час цього різкого збільшення використання відновлюваного палива. Замість того, щоб припускати, що виробництво та використання біопалива було невизначеним вуглецем, ми явно порівнювали кількість CO2, поглинутого на врожаї, з кількістю, що виділяється під час виробництва та споживання біопалива.

Існуючий приріст урожаю вже виводить великі кількості CO2 з атмосфери. Емпіричне питання полягає в тому, чи збільшує виробництво біопалива швидкість поглинання CO2 для повного компенсації викидів CO2 коли кукурудза ферментується в етанол і при спалюванні біопалива.

Більшість культур, які в цей період перейшли на біопаливо, вже вирощувались; Основна зміна полягала в тому, що фермери продавали більше свого врожаю виробникам біопалива, а менше - на продукти харчування та корми для тварин. Деякі фермери розширювали виробництво кукурудзи та сої або переключено на ці товари з менш прибуткових культур.

Але поки умови вирощування залишаються постійними, рослини кукурудзи виводять CO2 з атмосфери з однаковою швидкістю незалежно від способу використання кукурудзи. Тому, щоб правильно оцінити біопаливо, необхідно оцінити поглинання CO2 на всіх врожаях. Зрештою, зростання сільськогосподарських культур - це «губка» CO2, яка виводить вуглець з атмосфери.

Коли ми проводили таку оцінку, ми виявили, що від 2005 до 2013 сукупне поглинання вуглецю на сільськогосподарських угіддях США зросло на тераграми 49 (тераграма - мільйон метричних тонн). Засаджені площі більшості інших польових культур за цей період скоротилися, тому таке збільшення поглинання CO2 може бути значною мірою віднесено до сільськогосподарських культур, вирощених на біопаливі.

Однак за той же період викиди CO2 від бродіння та спалювання біопалива зросли на 132 тераграм. Таким чином, збільшення споживання вуглецю, пов'язане з ростом сільськогосподарських культур, компенсує лише 37 відсотків викидів CO2, пов'язаних з біопаливом, від 2005 до 2013. Іншими словами, біопаливо далеко не властиво вуглецю нейтральним.

Потоки вуглецю та "кліматична ванна"

Цей результат суперечить більшості усталених робіт з біопалива. Щоб зрозуміти чому, корисно думати про атмосферу як про ванна що заповнюється CO2 замість води.

Багато заходів на Землі додають CO2 в атмосферу, як вода, що стікає зі змішувача у ванну. Найбільшим джерелом є дихання: вуглець є паливом життя, а все живе "спалює вуглеводи", щоб живити свої метаболізми. Спалювання етанолу, бензину або будь-якого іншого палива на основі вуглецю відкриває далі «змішувач» CO2 і додає вуглець в атмосферу швидше, ніж природні обмінні процеси.

Інші види діяльності видаляють CO2 з атмосфери, як вода, що стікає з ванни. До індустріальної ери ріст рослин поглинув більш ніж достатньо CO2, щоб компенсувати CO2, який рослини та тварини вдихали в атмосферу.

Однак сьогодні значною мірою завдяки використанню викопного палива ми додаємо CO2 в атмосферу набагато швидше, ніж природа видаляє їх. Як результат, рівень води CO2 швидко збільшується у кліматичній ванні.

Коли біопаливо спалюється, вони виділяють приблизно таку ж кількість CO2 на одиницю енергії, як і нафтове паливо. Тому використання біопалива замість викопного палива не змінює наскільки швидко CO2 потрапляє у ванну з кліматом. Щоб зменшити накопичення атмосферного рівня CO2, виробництво біопалива повинно відкрити стік CO2 - тобто воно повинно прискорити чисту швидкість, з якою вуглець виводиться з атмосфери.

Зростаючи більше кукурудзи та сої, ще більше відкрили поглинання CO2, «в основному за рахунок витіснення інших культур. Особливо це стосується кукурудзи, висока врожайність якої виводить вуглець з атмосфери зі швидкістю дві тонни на гектар, швидше, ніж більшість інших культур.

Тим не менш, розширення виробництва кукурудзи та сої для біопалива збільшило поглинання CO2 лише для компенсації 37 відсотків CO2, безпосередньо пов'язаних з використанням біопалива. Більше того, це було далеко не достатньо для компенсації інших викидів ПГ під час виробництва біопалива з джерел, включаючи використання добрив, фермерські роботи та переробку палива. Крім того, коли фермери перетворюють луки, водно-болотні угіддя та інші місця проживання, які зберігають велику кількість вуглецю, в посіви, трапляються дуже великі викиди CO2.

Помилкове моделювання

Наше нове дослідження має викликали суперечки тому що це суперечить багатьом попереднім аналізам. Ці дослідження використовували підхід, який називався аналіз життєвого циклуабо LCA, в якій аналітики складають усі викиди ПГ, пов'язані з виробництвом та використанням продукту. Результат в народі називають продуктом "вуглецевий слід».

Дослідження LCA, які використовуються для обґрунтування та адміністрування політики відновлювального палива, оцінюють лише викиди - тобто CO2, що надходить у повітря - і не змогли оцінити, чи збільшило виробництво біопалива швидкість, з якою посіви видаляли CO2 з атмосфери. Натомість, LCA просто припускає, що оскільки енергетичні культури, такі як кукурудза та соя, можуть відростати від року до другого, вони автоматично видаляють стільки вуглецю з атмосфери, скільки виділяється при спалюванні біопалива. Це суттєве припущення важко закодовано в комп'ютерних моделях LCA.

На жаль, LCA є основою для RFS, а також для Каліфорнії Стандарт палива з низьким вмістом вуглецює ключовим елементом амбітного плану дій щодо боротьби з кліматом цієї держави. Він також використовується іншими агенціями, науково-дослідними установами та бізнесом, зацікавленим у транспортуванні палива.

Я колись прийняв думку, що біопаливо за своєю суттю є нейтральним вуглецем. Двадцять років тому я був головним автором перший папір пропонування використання ДМС для політики в галузі палива. Було проведено багато таких досліджень, і широко цитований метааналіз Опублікована в Science в 2006 виявила, що використання кукурудзяного етанолу значно зменшило викиди ПГ порівняно з бензином.

Однак інші вчені висловлювали занепокоєння щодо того, як посадка величезних площ з енергетичними культурами може змінити землекористування. На початку 2008 Science опублікував дві помітні статті. Один описав, як біопаливо безпосередньо витіснені місця, багаті вуглецем, наприклад, луки. Інший показав, що вирощування сільськогосподарських культур для біопалива спричинило шкоду непрямі наслідки, такі як вирубка лісів, оскільки фермери змагалися за продуктивні землі.

Прихильники LCA зробили свої моделі складнішими для врахування цих наслідків виробництва палива. Але внаслідок цього невизначеності зросли настільки великими, що неможливо було визначити, чи допомагає клімат біопалива чи ні. У 2011 - Національна наукова рада звіт про РФС зробив висновок, що біопаливо на основі сільськогосподарських культур, наприклад кукурудзяний етанол, «не було остаточно показано, що зменшує викиди парникових газів і може фактично їх збільшити».

Ці невизначеності підштовхнули мене до початку деконструкції ДМС. У 2013 я опублікував статтю в кліматичних змінах, в якій показано, що умови, за яких виробництво біопалива може компенсувати CO2 були набагато обмеженішими, ніж прийнято вважати. У подальший оглядовий документ Я детально описував помилки, допущені при використанні LCA для оцінки біопалива. Ці дослідження проклали шлях до нашого нового висновку, що на сьогоднішній день в США відновлювальне паливо насправді є більш шкідливим для клімату, ніж бензин.

Досі необхідно терміново пом'якшити CO2 з нафти, яка є найбільшим джерелом антропогенних викидів CO2 у США та другий за величиною в усьому світі після вугілля. Але наш аналіз підтверджує, що в якості ліків від зміни клімату є біопаливо "Гірше, ніж хвороба".

Зменшіть і видаліть

Наука вказує шлях до механізмів захисту клімату, які ефективніші та дешевші, ніж біопаливо. Існує дві широкі стратегії для пом'якшення викидів CO2 від паливів для транспортування. По-перше, ми можемо зменшити викиди за рахунок підвищення ефективності транспортного засобу, обмеживши пройдені милі або замінивши справді безпаливні вугілля, такі як електроенергія або водень.

По-друге, ми можемо видалити CO2 з атмосфери швидше, ніж екосистеми поглинають його зараз. Стратегії для "Реарбонізація біосфери" включати лісовідновлення та лісонасадження, відновлення вуглецевого ґрунту та відновлення інших багатих вуглецем екосистем, таких як водно-болотні угіддя та луки.

Ці підходи допоможуть захистити біорізноманіття - ще одна глобальна проблема сталого розвитку - замість того, щоб загрожувати цим, як це робить біопаливо. Наш аналіз також пропонує інше розуміння: Після виведення вуглецю з повітря рідко має сенс витрачати енергію та викиди, щоб переробити його на біопаливо лише для спалювання вуглецю та повторного викиду його в атмосферу.

про автора

Джон Дечіко, професор з досліджень, Мічиганський університет

Ця стаття була спочатку опублікована на Бесіда. Читати оригінал статті.\

Схожі книги:

at InnerSelf Market і Amazon