С тех пор, как 1973 нефтяное эмбарго, Энергетическая политика США направлена ​​на замену нефтяных топлив на альтернативные варианты. Одним из видных вариантов является использование биотоплива, такого как этанол вместо бензина и биодизеля вместо обычного дизеля.

Транспорт генерирует четвертая часть выбросов парниковых газов в США, поэтому воздействие этого сектора имеет решающее значение для защиты климата.

Многие ученые рассматривают биотопливо как по своей природе нейтральный углерод: они полагают, что углекислый газ (CO2) поглощает воздух из-за того, что они растут полностью смещенными или «нейтрализуются», CO2, испускаемый при сгорании топлива из растений. Многолетнее компьютерное моделирование, основанное на этом предположении, включая работа, поддерживаемая Министерством энергетики США, пришел к выводу, что использование биотоплива для замены бензина значительно снижает выбросы CO2 при транспортировке.

Наши Новое исследование берет новый взгляд на этот вопрос. Мы проанализировали данные об урожае, чтобы оценить, было ли поглощено достаточно CO2 на сельскохозяйственных угодьях, чтобы сбалансировать CO2, выделяемый при сжигании биотоплива. Оказывается, что когда все выбросы, связанные с выращиванием сельскохозяйственных культур и производством биотоплива, учитываются, биотопливо фактически увеличивает выбросы CO2, а не уменьшает их.

Биотопливный бум, ошибка климата

Федеральная и государственная политика субсидировали кукурузный этанол с 1970, но биотопливо получило поддержку в качестве инструмента для содействия энергетической независимости и сокращения импорта нефти после сентябрьских атак 11, 2001. На Конгрессе 2005 был принят Стандарт возобновляемого топлива, который требовал, чтобы топливные рафинеры смешивали 7.5 миллиард галлонов этанола в бензин 2012. (Для сравнения, в том году американцы использовали 133 миллиард галлонов бензина.)

В 2007 Конгресс резко расширил программу RFS при поддержке некоторых основные экологические группы, Новый стандарт более чем в три раза ежегодное потребление возобновляемого топлива в США, которое выросло с 4.1 миллиардов галлонов в 2005 до 15.4 миллиардов галлонов в 2015.

Наше исследование исследовали данные 2005-2013 во время этого резкого увеличения использования возобновляемого топлива. Вместо того, чтобы предполагать, что производство биотоплива и использование биотоплива были нейтральными по отношению к углероду, мы явно сравнили количество CO2, поглощенного на пахотных землях, до количества, выделяемого при производстве и потреблении биотоплива.

Существующий рост посевных площадей уже выносит большое количество CO2 из атмосферы. Эмпирический вопрос заключается в том, увеличивает ли производство биотоплива скорость поглощения CO2, чтобы полностью компенсировать выбросы CO2 когда кукуруза ферментируется в этанол и когда горит биотопливо.

Большая часть урожая, который поступает в биотопливо в этот период, уже культивируется; основное изменение заключалось в том, что фермеры продавали больше своего урожая производителям биотоплива и меньше для продуктов питания и кормов для животных. Некоторые фермеры расширили производство кукурузы и сои или включается к этим товарам из менее прибыльных культур.

Но пока условия выращивания остаются постоянными, растения кукурузы выходят из атмосферы с одинаковой скоростью CO2 независимо от того, как используется кукуруза. Поэтому для правильной оценки биотоплива необходимо оценить поглощение CO2 на всех пахотных землях. В конце концов, рост посевов - это «губка» CO2, которая выводит углерод из атмосферы.

Когда мы провели такую ​​оценку, мы обнаружили, что от 2005 до 2013 кумулятивное поглощение углерода на сельскохозяйственных угодьях США увеличилось на тераграммах 49 (тераграмма составляет один миллион метрических тонн). Заселенные районы большинства других полевых культур снизились за этот период, поэтому это увеличение поглощения CO2 может в значительной степени объясняться выращиванием сельскохозяйственных культур для биотоплива.

Однако за тот же период выбросы CO2 в результате ферментации и сжигания биотоплива увеличились по методам 132. Поэтому большее поглощение углерода, связанное с ростом урожая, компенсирует только 37 процент выбросов CO2, связанных с биотопливом, от 2005 до 2013. Другими словами, биотопливо далеки от углеродно-нейтрального.

Углеродные потоки и «климатическая ванна»

Этот результат противоречит большинству установленных работ по биотопливу. Чтобы понять, почему, полезно подумать об атмосфере как о ванна который заполняется CO2 вместо воды.

Многие действия на Земле добавляют CO2 в атмосферу, например, воду, вытекающую из крана в ванну. Самый большой источник - дыхание: углерод - это топливо жизни, а все живые существа «сжигают углеводы», чтобы управлять их метаболизмом. Сжигание этанола, бензина или любого другого топлива на основе углекислого газа еще больше увеличивает концентрат CO2 и добавляет углерод в атмосферу быстрее, чем естественные метаболические процессы.

Другие действия удаляют CO2 из атмосферы, как вода, вытекающая из ванны. До индустриальной эпохи рост растений поглощал более чем достаточно CO2 для компенсации CO2, который заводы и животные вдыхали в атмосферу.

Сегодня, однако, в основном благодаря использованию ископаемого топлива, мы добавляем CO2 в атмосферу намного быстрее, чем природа удаляет его. В результате уровень воды «CO2» быстро растет в климатической ванне.

Когда биотопливо сжигается, они испускают примерно такое же количество CO2 на единицу энергии, что и нефтяное топливо. Поэтому использование биотоплива вместо ископаемого топлива не меняет того, как быстро CO2 течет в климатическую ванну. Чтобы уменьшить накопление атмосферных уровней CO2, производство биотоплива должно открыть дренаж CO2, то есть он должен ускорить чистую скорость, с которой углерод удаляется из атмосферы.

Выращивание большего количества кукурузы и соевых бобов привело к тому, что поглощение CO2 «истощило» немного больше, в основном путем вытеснения других культур. Это особенно актуально для кукурузы, чья высокая урожайность удаляет углерод из атмосферы со скоростью 2 тонны на акр, быстрее, чем большинство других культур.

Тем не менее, расширение производства кукурузы и соевых бобов для биотоплива увеличило поглощение CO2 только для того, чтобы компенсировать 37 процент CO2, непосредственно связанного с использованием биотоплива. Более того, этого было недостаточно, чтобы компенсировать другие выбросы парниковых газов при производстве биотоплива из источников, включая использование удобрений, сельскохозяйственные операции и рафинирование. Кроме того, когда фермеры превращают луга, водно-болотные угодья и другие среды обитания, которые хранят большое количество углерода в пахотных землях, происходят очень большие выбросы CO2.

Ошибочное моделирование

Наше новое исследование вызвало споры потому что это противоречит многим предшествующим анализам. В этих исследованиях использовался подход, называемый анализ жизненного цикла, или LCA, в котором аналитики суммируют все выбросы ПГ, связанные с производством и использованием продукта. Результат широко называют продуктом "углеродный след".

Исследования LCA, используемые для обоснования и регулирования политики в отношении возобновляемых источников топлива, оценивают только выбросы, то есть CO2, поступающие в воздух, и не смогли оценить, увеличило ли производство биотоплива скорость, с которой пахотные земли удаляли CO2 из атмосферы. Вместо этого LCA просто предполагает, что из-за того, что энергетические культуры, такие как кукуруза и соевые бобы, могут быть перерастаны из года в год, они автоматически удаляют столько углерода из атмосферы, как они выделяются при сжигании биотоплива. Это существенное предположение жестко кодируется в компьютерные модели LCA.

К сожалению, LCA является основой для RFS, а также для Калифорнии Низкоуглеродный стандарт топлива, ключевой элемент амбициозного плана действий в области климата. Он также используется другими агентствами, научно-исследовательскими учреждениями и предприятиями, заинтересованными в транспортных топливах.

Однажды я согласился с мнением о том, что биотопливо по своей природе является нейтральным с точки зрения углерода. Двадцать лет назад я был автором первая статья предлагая использовать ДМС для топливной политики. Было проведено много таких исследований, и широко цитируемый метаанализ опубликованный в Science в 2006, показал, что использование этанола кукурузы значительно снижает выбросы ПГ по сравнению с бензином.

Однако другие ученые выразили озабоченность по поводу того, как посадка обширных территорий с использованием энергетических культур может изменить землепользование. В начале 2008 Science опубликованы две заметные статьи. Один из них описывает, как биотопливные культуры непосредственно перемещенные среды обитания, богатые углеродом, таких как луга. Другой показал, что выращивание сельскохозяйственных культур для биотоплива вызвало повреждение косвенные эффекты, такие как обезлесение, поскольку фермеры конкурировали за плодородную землю.

Сторонники LCA сделали свои модели более сложными для учета этих последствий производства топлива. Но возникающие неопределенности росли настолько большими, что стало невозможно определить, помогает ли биотопливо климату. В 2011 Национальный исследовательский совет отчет по РФС пришел к выводу, что биотопливо на основе сельскохозяйственных культур, такое как этанол кукурузы, «не было убедительно доказано, что сокращает выбросы ПГ и может фактически увеличить их».

Эти неопределенности побудили меня начать деконструкцию ДМС. В 2013 я опубликовал документ в «Климатическом изменении», в котором показано, что условия, при которых производство биотоплива может компенсировать CO2 были гораздо более ограниченными, чем обычно предполагалось. В последующий обзорный документ Я подробно описал ошибки, допущенные при использовании LCA для оценки биотоплива. Эти исследования проложили путь к нашему новому выводу о том, что в Соединенных Штатах на сегодняшний день возобновляемые виды топлива на самом деле более вредны для климата, чем бензин.

По-прежнему необходимо смягчить CO2 от нефти, которая является крупнейшим источником антропогенных выбросов CO2 в Соединенных Штатах и второй по величине в мире после угля. Но наш анализ подтверждает, что в качестве лекарственного средства для изменения климата биотопливо «Хуже, чем болезнь».

Уменьшить и удалить

Наука указывает путь к механизмам защиты климата, которые являются более эффективными и менее дорогостоящими, чем биотопливо. Есть две широкие стратегии для смягчения выбросов CO2 от транспортных топлив. Во-первых, мы можем сократить выбросы за счет повышения эффективности использования транспортных средств, ограничения миль, перемещаемых или заменяющих действительно углеродсодержащие топлива, такие как электричество или водород.

Во-вторых, мы можем удалить CO2 из атмосферы быстрее, чем экосистемы поглощают его сейчас. Стратегии для «Переукрашивание биосферы» включают лесовосстановление и облесение, восстановление почвенного углерода и восстановление других богатых углеродом экосистем, таких как водно-болотные угодья и луга.

Эти подходы помогут защитить биоразнообразие - еще одну глобальную проблему устойчивости - вместо того, чтобы угрожать ей, как производство биотоплива. Наш анализ также дает другое представление: когда углерод удаляется с воздуха, редко имеет смысл расходовать энергию и выбросы, чтобы перерабатывать его в биотопливо только для сжигания углерода и его повторного выброса в атмосферу.

Об авторе

Джон Дечико, профессор-исследователь, Мичиганский университет

Эта статья изначально была опубликована в Беседа, Прочтите оригинал статьи.\

Похожие книги:

at Внутренний рынок самовыражения и Amazon