为什么生物燃料成为气候失误?

为什么生物燃料成为气候失误?

自从1973 石油禁运美国的能源政策试图用替代品替代石油为基础的运输燃料。 一个突出的选择是使用生物燃料,如乙醇代替汽油和生物柴油,而不是普通柴油。

运输产生 占美国温室气体排放量的四分之一因此,解决这一部门的影响对气候保护至关重要。

许多科学家把生物燃料视为 固有的碳中性:他们假设二氧化碳(CO2)植物吸收了空气,因为当植物燃料燃烧时,CO2完全消失,或“中和”了COXNUMX。 基于这个假设的许多年计算机建模,包括 由美国能源部支持的工作, 得出结论认为,使用生物燃料取代汽油显着减少了运输中的CO2排放。

我们的 新的研究 重新审视这个问题。 我们审查了作物数据,以评估是否有足够的CO2被吸收在农田上,以平衡生物燃料燃烧时排放的CO2。 事实证明,一旦所有与增长的原料作物和生产生物燃料相关的排放量被考虑在内,生物燃料实际上增加了CO2排放量,而不是减少它们。

生物燃料繁荣,气候失误

自1970s以来,联邦政府和州政府已经对玉米乙醇提供了补贴,但在9月份11和2001袭击之后,生物燃料作为促进能源独立和减少石油进口的工具获得了支持。 在2005大会上颁布了 可再生燃料标准,要求燃油精炼厂将7.5十亿加仑的乙醇与2012混合成汽油。 (为了比较,在那一年美国人使用 133十亿加仑的汽油。)

在2007大会上,在一些人的支持下大大扩展了RFS计划 主要环保组织。 新的标准 翻了三倍多 美国每年的可再生燃料消耗量从4.1的2005十亿加仑增加到15.4的2015十亿加仑。

我们的研究 在可再生燃料使用的急剧增长期间,从2005-2013调查了数据。 我们没有假设生产和使用生物燃料是碳中性的,而是明确地比较了农田吸收的CO2数量与生物燃料生产和消费过程中排放的数量。

现有的作物生长已经将大量的CO2排除在大气之外。 实证问题是生物燃料生产是否增加了CO2吸收率足以完全抵消CO2排放 当玉米发酵成乙醇 当生物燃料被烧毁。

这段时期进入生物燃料的大部分作物已经在种植, 主要的变化是农民把更多的收成卖给了生物燃料生产者,而减少了食物和动物饲料。 一些农民扩大了玉米和大豆的产量 交换的 把这些商品从低利润作物中转移出去。

但只要生长条件保持不变,玉米植株不论玉米如何使用,都会以相同的速度将CO2从大气中排出。 因此,要正确评估生物燃料,必须评估所有农田的CO2吸收量。 毕竟,作物生长是CO2“海绵”,将碳排出大气。

当我们进行这样一个评估时,我们发现从2005到2013,美国农田累积的碳吸收量增加了49 teragrams(一个teragram是100万公吨)。 在此期间,大多数其他大田作物种植面积下降,因此CO2摄取量的增加主要归因于生物燃料种植的作物。

然而在同一时期,发酵和燃烧生物燃料的CO2排放量增加了132 teragrams。 因此,与作物生长相关的较高的碳吸收量仅抵消了37到2的与生物燃料相关的CO2005排放量的2013百分比。 换句话说,生物燃料远不是固有的碳中和。

碳流和“气候浴缸”

这个结果与大多数在生物燃料方面已经建立的工作相矛盾。 要理解为什么,把气氛看作是一种有益的方法是有帮助的 浴缸 那里充满了CO2而不是水。

地球上的许多活动将CO2添加到大气中,如从水龙头流入浴缸的水。 最大的来源是呼吸:碳是生命的燃料,所有的生物都“燃烧碳水化合物”来促进新陈代谢。 燃烧的乙醇,汽油或任何其他碳基燃料进一步打开了CO2“龙头”,并且比天然代谢过程更快地向大气中添加碳。

其他活动从大气中移除CO2,如从浴缸里流出的水。 在工业时代之前,植物生长吸收了足够的CO2来抵消植物和动物呼吸到大气中的CO2。

然而,今天,主要是通过化石燃料的使用,我们正在向大气中添加CO2的速度远远超过了大自然的排放量。 因此,CO2“水位”在气候浴缸中迅速上升。

当生物燃料燃烧时,它们的排放量与石油燃料的单位能量CO2数量大致相同。 因此,使用生物燃料代替化石燃料不会改变CO2流入气候浴缸的速度。 为了减少大气CO2水平的积累,生物燃料生产必须打开CO2排水管 - 也就是说,它必须加快从大气中去除碳的净速率。

越来越多的玉米和大豆开放了CO2的“排水”,主要是通过取代其他作物。 对于玉米来说尤其如此,玉米的高产量能够以每英亩2吨的速度从大气中去除碳,比大多数其他作物更快。

尽管如此,扩大玉米和大豆生产生物燃料的产量增加了CO2的吸收量,仅足以抵消与生物燃料直接相关的CO37的2百分比。 而且,用化肥,农场作业和炼油等来源抵消生物燃料生产过程中的其他温室气体排放还远远不够。 此外,当农民将草地,湿地和其他大量存储碳的生境转化为农田时,会出现非常大量的CO2排放。

错误的建模

我们的新研究有 引发了争议 因为它与许多先前的分析相矛盾。 这些研究采用了一种叫做方法 生命周期分析,或者LCA,在这个分析中,分析人员将所有与生产和使用产品相关的温室气体排放量加起来。 结果俗称“产品的”碳足迹设立的区域办事处外,我们在美国也开设了办事处,以便我们为当地客户提供更多的支持。“

用于证明和管理可再生燃料政策的LCA研究仅评估排放 - 即CO2流入大气 - 并且未能评估生物燃料生产是否增加了农田将CO2从大气中除去的速度。 相反,LCA只是假设,因为玉米和大豆等能源作物可以从一年再生长到下一年,它们会在生物燃料燃烧过程中自动释放大气中的碳。 这个重要的假设被硬编码到LCA计算机模型中。

不幸的是,LCA是RFS和加利福尼亚州的基础 低碳燃料标准这是该州雄心勃勃的气候行动计划的一个关键要素。 其他机构,研究机构和企业也对运输燃料感兴趣。

我曾经接受过这样的观点,即生物燃料本质上是碳中和的。 二十年前,我是第一作者 第一篇论文 建议使用LCA作为燃料政策。 许多这样的研究已经完成了,a 被广泛引用的荟萃分析 发表在2006的Science上发现,与石油汽油相比,使用玉米乙醇显着降低温室气体排放。

然而,其他学者对如何在大片地区种植能源作物可能会改变土地利用表示担忧。 早在2008科学出版了两篇值得注意的文章。 一个描述了如何生物燃料作物 直接流离失所的富含碳的栖息地,如草地。 另一个显示,种植生物燃料的作物引发了破坏 间接影响,如砍伐森林,因为农民争夺生产性土地。

LCA的追随者使他们的模型更加复杂,以解释燃料生产的这些后果。 但由此产生的不确定性变得如此之大,以至于无法确定生物燃料是否有助于气候。 在2011国家研究委员会 报告RFS 得出的结论是,玉米乙醇等以作物为基础的生物燃料“并没有被明确地表明可以减少温室气体排放,而且实际上可能会增加温室气体排放。”

这些不确定性促使我开始解构LCA。 在2013中,我发表了一篇关于气候变化的文章,显示生物燃料生产可能抵消CO2的条件 比通常假设的要有限得多。 在 随后的审查文件 我详细介绍了使用LCA评估生物燃料时所犯的错误。 这些研究为我们的新发现铺平了道路,在美国,迄今为止,可再生燃料实际上比汽油对气候更为有害。

从石油中减少CO2仍然是紧迫的,石油是美国和美国人为CO2排放的最大来源。 全球第二大 煤之后。 但是我们的分析证实,作为治疗气候变化的一种方法,生物燃料就是 “比疾病还糟糕”。

减少并删除

科学指出气候保护机制比生物燃料更有效,成本更低。 有 两个广泛的战略 用于缓解运输燃料中的CO2排放。 首先,我们可以通过提高车辆效率来减少排放,限制行驶的里程数或代之以真正的无碳燃料,例如电力或氢气。

其次,我们现在可以比生态系统更快地从大气中去除CO2。 战略 “对生物圈进行重新碳​​素化” 包括 重新造林和造林,重建土壤碳和恢复其他富含碳的生态系统,如湿地和草原。

这些方法将有助于保护生物多样性 - 另一个全球性的可持续性挑战 - 而不是威胁生物燃料生产。 我们的分析还提供了另外一个见解:一旦空气中的碳被排出,那么将能量和排放物转化为生物燃料仅仅是为了燃烧碳并将其重新释放到大气中是没有意义的。

关于作者

研究教授John DeCicco, 密歇根大学

这篇文章最初发表于 谈话。 阅读 原创文章.\

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