นับตั้งแต่ 1973 ห้ามส่งน้ำมันนโยบายพลังงานของสหรัฐได้พยายามเปลี่ยนเชื้อเพลิงการขนส่งที่ใช้ปิโตรเลียมเป็นทางเลือก ทางเลือกหนึ่งที่สำคัญคือการใช้เชื้อเพลิงชีวภาพเช่นเอทานอลแทนน้ำมันเบนซินและไบโอดีเซลแทนน้ำมันดีเซลธรรมดา

การขนส่งสร้างขึ้น หนึ่งในสี่ของการปล่อยก๊าซเรือนกระจกของสหรัฐอเมริกาดังนั้นการจัดการกับผลกระทบของภาคนี้จึงมีความสำคัญต่อการปกป้องสภาพอากาศ

นักวิทยาศาสตร์หลายคนมองว่าเชื้อเพลิงชีวภาพเป็น คาร์บอนเป็นกลางโดยเนื้อแท้: พวกมันสมมติว่าพืชคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ดูดซับจากอากาศในขณะที่มันเติบโตอย่างสมบูรณ์หรือ“ ทำให้เป็นกลาง” CO2 ที่ปล่อยออกมาเมื่อเชื้อเพลิงที่เผาไหม้จากพืช หลายปีของการสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ตามข้อสันนิษฐานนี้รวมถึง งานสนับสนุนโดยกระทรวงพลังงานสหรัฐ สรุปว่าการใช้เชื้อเพลิงชีวภาพเพื่อทดแทนน้ำมันเบนซินลดการปล่อย CO2 อย่างมีนัยสำคัญจากการขนส่ง

Our การศึกษาใหม่ ลองดูคำถามนี้ใหม่ เราตรวจสอบข้อมูลพืชเพื่อประเมินว่ามีการดูดซับ CO2 เพียงพอในพื้นที่เพาะปลูกเพื่อสร้างสมดุลของ CO2 ที่ปล่อยออกมาเมื่อเผาเชื้อเพลิงชีวภาพหรือไม่ ปรากฎว่าเมื่อการปล่อยมลพิษทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการปลูกพืชวัตถุดิบและการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพเป็นปัจจัยสำคัญแล้วเชื้อเพลิงชีวภาพก็จะเพิ่มการปล่อย CO2 จริงแทนที่จะลดลง

บูมเชื้อเพลิงชีวภาพความผิดพลาดของสภาพภูมิอากาศ

นโยบายของรัฐบาลกลางและรัฐได้ให้การอุดหนุนเอทานอลข้าวโพดตั้งแต่ 1970s แต่เชื้อเพลิงชีวภาพได้รับการสนับสนุนเป็นเครื่องมือในการส่งเสริมความเป็นอิสระด้านพลังงานและลดการนำเข้าน้ำมันหลังจากการโจมตี 11, 2001 ในเดือนกันยายน ใน 2005 รัฐสภาตราสามดวง มาตรฐานเชื้อเพลิงทดแทนซึ่งจำเป็นต้องใช้โรงกลั่นน้ำมันเพื่อผสมเอทานอล 7.5 พันล้านแกลลอนเข้ากับน้ำมันเบนซินโดย 2012 (สำหรับการเปรียบเทียบในปีนั้นชาวอเมริกันใช้ 133 พันล้านแกลลอนน้ำมันเบนซิน)

ใน 2007 Congress ขยายโปรแกรม RFS อย่างมากด้วยการสนับสนุนจากบางส่วน กลุ่มสิ่งแวดล้อมที่สำคัญ. มาตรฐานใหม่ มากกว่าสามเท่า ปริมาณการใช้เชื้อเพลิงทดแทนประจำปีของสหรัฐซึ่งเพิ่มขึ้นจาก 4.1 พันล้านแกลลอนใน 2005 เป็น 15.4 พันล้านแกลลอนใน 2015

การศึกษาของเรา ข้อมูลที่ตรวจสอบจาก 2005-2013 ระหว่างการใช้เชื้อเพลิงทดแทนที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว แทนที่จะสมมติว่าการผลิตและการใช้เชื้อเพลิงชีวภาพนั้นเป็นกลางคาร์บอนเราได้เปรียบเทียบปริมาณ CO2 ที่ดูดซับไว้บน cropland กับปริมาณที่ปล่อยออกมาอย่างชัดเจนระหว่างการผลิตและการใช้เชื้อเพลิงชีวภาพ

การเจริญเติบโตของพืชที่มีอยู่แล้วนำ CO2 จำนวนมากออกจากบรรยากาศ คำถามเชิงประจักษ์ก็คือว่าการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพจะเพิ่มอัตราการ CO2 ให้เพียงพอเพื่อชดเชยการปล่อย CO2 ที่เกิดขึ้นอย่างเต็มที่หรือไม่ เมื่อข้าวโพดถูกหมักเป็นเอทานอล และเมื่อเชื้อเพลิงชีวภาพถูกเผา

พืชส่วนใหญ่ที่เข้าสู่เชื้อเพลิงชีวภาพในช่วงนี้ได้รับการปลูกฝังแล้ว การเปลี่ยนแปลงที่สำคัญคือเกษตรกรขายผลผลิตให้กับผู้ผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพมากขึ้นและน้อยลงสำหรับอาหารและอาหารสัตว์ เกษตรกรบางรายขยายการผลิตข้าวโพดและถั่วเหลืองหรือ เปลี่ยน เพื่อสินค้าเหล่านี้จากพืชผลกำไรน้อย

แต่ตราบใดที่สภาพการปลูกยังคงไม่เปลี่ยนแปลงพืชข้าวโพดจะนำ CO2 ออกจากชั้นบรรยากาศในอัตราเดียวกันโดยไม่คำนึงถึงวิธีการใช้ข้าวโพด ดังนั้นในการประเมินเชื้อเพลิงชีวภาพอย่างถูกต้องเราจะต้องประเมินการบริโภค CO2 ใน cropland ทั้งหมด ท้ายที่สุดการเจริญเติบโตของพืชคือ“ ฟองน้ำ” CO2 ที่นำคาร์บอนออกจากบรรยากาศ

เมื่อเราทำการประเมินผลดังกล่าวเราพบว่าจาก 2005 ถึง 2013 การดูดซับคาร์บอนสะสมในพื้นที่การเกษตรของสหรัฐเพิ่มขึ้นโดย 49 teragrams (เทราแกรมหนึ่งล้านเมตริกตัน) พื้นที่เพาะปลูกของพืชไร่ส่วนใหญ่อื่น ๆ ลดลงในช่วงเวลานี้ดังนั้นการดูดซับ CO2 ที่เพิ่มขึ้นนี้อาจเป็นผลมาจากพืชที่ปลูกเพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิงชีวภาพ

อย่างไรก็ตามในช่วงเวลาเดียวกันการปล่อย CO2 จากการหมักและการเผาเชื้อเพลิงชีวภาพเพิ่มขึ้นโดย 132 teragrams ดังนั้นการดูดซับคาร์บอนที่มากขึ้นที่เกี่ยวข้องกับการเจริญเติบโตของพืชชดเชยเพียงร้อยละ 37 ของการปล่อย CO2 ที่เกี่ยวข้องกับเชื้อเพลิงชีวภาพจาก 2005 ถึง 2013 กล่าวอีกนัยหนึ่งเชื้อเพลิงชีวภาพอยู่ไกลจากคาร์บอนที่เป็นกลางโดยเนื้อแท้

การไหลของคาร์บอนและ 'อ่างอาบน้ำแบบอากาศ'

ผลลัพธ์นี้ขัดแย้งกับงานที่เป็นที่ยอมรับมากที่สุดเกี่ยวกับเชื้อเพลิงชีวภาพ เพื่อทำความเข้าใจว่าทำไมจึงเป็นประโยชน์ในการคิดว่าบรรยากาศเป็น อ่างอาบน้ำ ที่เต็มไปด้วย CO2 แทนที่จะเป็นน้ำ

มีกิจกรรมมากมายในโลกที่เพิ่ม CO2 ให้กับบรรยากาศเช่นน้ำที่ไหลจากก๊อกน้ำเข้าสู่อ่าง แหล่งใหญ่ที่สุดคือการหายใจ: คาร์บอนเป็นเชื้อเพลิงของสิ่งมีชีวิตและสิ่งมีชีวิต“ เผาผลาญคาร์โบไฮเดรต” เพื่อเผาผลาญพลังงานของพวกเขา การเผาไหม้เอทานอลน้ำมันเบนซินหรือเชื้อเพลิงจากคาร์บอนอื่น ๆ จะเปิด CO2“ faucet” เพิ่มเติมและเพิ่มคาร์บอนสู่บรรยากาศเร็วกว่ากระบวนการเมแทบอลิซึมตามธรรมชาติ

กิจกรรมอื่น ๆ ลบ CO2 ออกจากบรรยากาศเช่นน้ำไหลออกจากอ่าง ก่อนยุคอุตสาหกรรมการเจริญเติบโตของพืชดูดซับ CO2 ให้เพียงพอเพื่อชดเชย CO2 ที่พืชและสัตว์หายใจเข้าสู่บรรยากาศ

อย่างไรก็ตามวันนี้ส่วนใหญ่ผ่านการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลเรากำลังเพิ่ม CO2 ในบรรยากาศอย่างรวดเร็วมากกว่าที่ธรรมชาติจะลบออก เป็นผลให้ CO2“ ระดับน้ำ” เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในอ่างอาบน้ำแบบอากาศ

เมื่อเชื้อเพลิงชีวภาพถูกเผาไหม้พวกมันจะปล่อย CO2 ต่อหน่วยพลังงานเท่ากับเชื้อเพลิงปิโตรเลียม ดังนั้นการใช้เชื้อเพลิงชีวภาพแทนเชื้อเพลิงฟอสซิลจึงไม่เปลี่ยนว่า CO2 จะไหลเข้าสู่อ่างควบคุมอุณหภูมิอย่างรวดเร็วเพียงใด เพื่อลดการสะสมของระดับ CO2 ในบรรยากาศการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพจะต้องเปิดท่อระบาย CO2 นั่นคือมันจะต้องเร่งอัตราสุทธิที่คาร์บอนถูกลบออกจากบรรยากาศ

การปลูกข้าวโพดและถั่วเหลืองให้มากขึ้นทำให้ CO2 ได้รับ“ การระบาย” เพิ่มขึ้นอีกเล็กน้อยซึ่งส่วนใหญ่เกิดจากการแทนที่พืชชนิดอื่น โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับข้าวโพดที่ให้ผลผลิตสูงเอาคาร์บอนออกจากชั้นบรรยากาศในอัตราสองตันต่อเอเคอร์เร็วกว่าพืชอื่นส่วนใหญ่

อย่างไรก็ตามการขยายการผลิตข้าวโพดและถั่วเหลืองสำหรับเชื้อเพลิงชีวภาพเพิ่มขึ้น CO2 เท่านั้นที่จะชดเชย 37 เปอร์เซ็นต์ของ CO2 ที่ผูกติดกับการใช้เชื้อเพลิงชีวภาพโดยตรง นอกจากนี้ยังห่างไกลจากการชดเชยการปล่อยก๊าซเรือนกระจกอื่น ๆ ในระหว่างการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพจากแหล่งต่าง ๆ รวมถึงการใช้ปุ๋ยการทำฟาร์มและการกลั่นน้ำมันเชื้อเพลิง นอกจากนี้เมื่อเกษตรกรแปลงทุ่งหญ้าพื้นที่ชุ่มน้ำและแหล่งที่อยู่อาศัยอื่น ๆ ที่เก็บคาร์บอนปริมาณมากไว้ใน cropland จะมีการปลดปล่อย CO2 ที่มีขนาดใหญ่มาก

การสร้างแบบจำลองผิดพลาด

การศึกษาใหม่ของเรามี จุดประกายความขัดแย้ง เพราะมันขัดแย้งกับการวิเคราะห์ก่อนหน้ามากมาย การศึกษาเหล่านี้ใช้วิธีการที่เรียกว่า การวิเคราะห์วงจรชีวิตหรือ LCA ที่นักวิเคราะห์รวมการปล่อย GHG ทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการผลิตและการใช้ผลิตภัณฑ์ ผลที่ได้รับความนิยมอย่างมากเรียกว่าผลิตภัณฑ์“รอยเท้าคาร์บอน".

การศึกษา LCA ใช้เพื่อพิสูจน์และจัดการนโยบายเชื้อเพลิงทดแทนประเมินเฉพาะการปล่อย - นั่นคือ CO2 ที่ไหลไปในอากาศ - และไม่สามารถประเมินได้ว่าการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพเพิ่มอัตราที่ croplands นำ CO2 ออกจากบรรยากาศหรือไม่ LCA เพียง แต่สมมติว่าเพราะพืชพลังงานเช่นข้าวโพดและถั่วเหลืองสามารถถูกขุดขึ้นมาใหม่จากปีหนึ่งไปยังอีกปีหนึ่งพวกเขาจะกำจัดคาร์บอนออกจากชั้นบรรยากาศโดยอัตโนมัติเมื่อปล่อยในระหว่างการเผาไหม้เชื้อเพลิงชีวภาพ สมมติฐานที่สำคัญนี้มีการกำหนดรหัสตายตัวในคอมพิวเตอร์รุ่น LCA

น่าเสียดายที่ LCA เป็นพื้นฐานสำหรับ RFS เช่นเดียวกับแคลิฟอร์เนีย มาตรฐานเชื้อเพลิงคาร์บอนต่ำซึ่งเป็นองค์ประกอบสำคัญของแผนปฏิบัติการด้านสภาพภูมิอากาศที่มีความทะเยอทะยานของรัฐ มันถูกใช้โดยหน่วยงานอื่น ๆ สถาบันการวิจัยและธุรกิจที่มีความสนใจในเชื้อเพลิงการขนส่ง

ฉันเคยยอมรับมุมมองที่ว่าเชื้อเพลิงชีวภาพมีความเป็นกลางทางคาร์บอน ยี่สิบปีที่ผ่านมาฉันเป็นผู้นำการเขียน กระดาษแผ่นแรก เสนอการใช้ LCA สำหรับนโยบายเชื้อเพลิง มีการศึกษาหลายเรื่องเช่นนี้และ meta-analysis อย่างกว้างขวางอ้าง ตีพิมพ์ในวิทยาศาสตร์ใน 2006 พบว่าการใช้เอทานอลข้าวโพดลดการปล่อย GHG อย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับน้ำมันเบนซินปิโตรเลียม

อย่างไรก็ตามนักวิชาการคนอื่น ๆ ได้แสดงความกังวลว่าการปลูกพืชพลังงานในพื้นที่กว้างใหญ่สามารถเปลี่ยนแปลงการใช้ที่ดินได้อย่างไร ในช่วงต้น 2008 วิทยาศาสตร์เผยแพร่บทความที่น่าสนใจสองบทความ หนึ่งอธิบายว่าพืชเชื้อเพลิงชีวภาพได้อย่างไร ที่อยู่อาศัยที่อุดมด้วยคาร์บอนแทนที่โดยตรงเช่นทุ่งหญ้า อื่น ๆ แสดงให้เห็นว่าการปลูกพืชเพื่อผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพก่อให้เกิดความเสียหาย ผลกระทบทางอ้อมเช่นการทำลายป่าไม้ขณะที่เกษตรกรแข่งขันกันเพื่อแย่งที่ดิน

LCA สมัครพรรคพวกทำให้แบบจำลองของพวกเขามีความซับซ้อนมากขึ้นเพื่อพิจารณาผลที่ตามมาของการผลิตเชื้อเพลิง แต่ความไม่แน่นอนที่เกิดขึ้นมีขนาดใหญ่มากจนเป็นไปไม่ได้ที่จะตัดสินว่าเชื้อเพลิงชีวภาพสามารถช่วยสภาพอากาศได้หรือไม่ ใน 2011 สภาวิจัยแห่งชาติ รายงานเกี่ยวกับ RFS ได้ข้อสรุปว่าเชื้อเพลิงชีวภาพจากพืชเช่นเอทานอลข้าวโพด“ ยังไม่ได้รับการสรุปเพื่อลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกและอาจเพิ่มขึ้นจริง”

ความไม่แน่นอนเหล่านี้กระตุ้นให้ฉันเริ่มแยกส่วน LCA ใน 2013 ฉันตีพิมพ์บทความใน Climatic Change แสดงให้เห็นว่าเงื่อนไขภายใต้การผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพสามารถชดเชย CO2 ถูก จำกัด มากกว่าที่คิดเอาไว้มาก. ใน กระดาษตรวจสอบภายหลัง ฉันให้รายละเอียดข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นเมื่อใช้ LCA เพื่อประเมินเชื้อเพลิงชีวภาพ การศึกษาเหล่านี้ปูทางสำหรับการค้นพบใหม่ของเราว่าในสหรัฐอเมริกาจนถึงปัจจุบันเชื้อเพลิงทดแทนนั้นเป็นอันตรายต่อสภาพอากาศมากกว่าน้ำมันเบนซิน

ยังคงเป็นเรื่องเร่งด่วนที่จะลด CO2 จากน้ำมันซึ่งเป็นแหล่งใหญ่ที่สุดของการปล่อย CO2 anthropogenic ในสหรัฐอเมริกาและ ใหญ่เป็นอันดับสองของโลก หลังจากถ่านหิน แต่การวิเคราะห์ของเรายืนยันว่าในการรักษาสภาพอากาศเปลี่ยนแปลงเชื้อเพลิงชีวภาพนั้น “ แย่กว่าโรค”

ลดและลบ

วิทยาศาสตร์ชี้ให้เห็นถึงวิธีการป้องกันสภาพภูมิอากาศที่มีประสิทธิภาพและค่าใช้จ่ายน้อยกว่าเชื้อเพลิงชีวภาพ มี สองกลยุทธ์ในวงกว้าง เพื่อบรรเทาการปล่อย CO2 จากเชื้อเพลิงการขนส่ง อันดับแรกเราสามารถลดการปล่อยมลพิษโดยการปรับปรุงประสิทธิภาพของยานพาหนะการ จำกัด ไมล์ที่ต้องเดินทางหรือทดแทนเชื้อเพลิงที่ปราศจากคาร์บอนเช่นไฟฟ้าหรือไฮโดรเจน

ประการที่สองเราสามารถลบ CO2 ออกจากชั้นบรรยากาศได้เร็วกว่าระบบนิเวศที่น่าสนใจในตอนนี้ กลยุทธ์สำหรับ “ รีไซเคิลพื้นที่ชีวมณฑล” ประกอบด้วย การปลูกป่าและการปลูกป่าสร้างคาร์บอนในดินอีกครั้งและฟื้นฟูระบบนิเวศที่อุดมด้วยคาร์บอนอื่น ๆ เช่นพื้นที่ชุ่มน้ำและทุ่งหญ้า

วิธีการเหล่านี้จะช่วยปกป้องความหลากหลายทางชีวภาพซึ่งเป็นความท้าทายด้านความยั่งยืนระดับโลก - แทนที่จะคุกคามวิธีการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพ การวิเคราะห์ของเรายังนำเสนอข้อมูลเชิงลึกอีกประการหนึ่ง: เมื่อคาร์บอนถูกกำจัดออกจากอากาศแล้วมันไม่ค่อยสมเหตุสมผลที่จะใช้พลังงานและการปล่อยมลพิษเพื่อประมวลผลเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพเท่านั้นเพื่อเผาไหม้คาร์บอนและปล่อยสู่บรรยากาศอีกครั้ง

เกี่ยวกับผู้เขียน

John DeCicco ศาสตราจารย์วิจัย มหาวิทยาลัยมิชิแกน

บทความนี้ถูกเผยแพร่เมื่อวันที่ สนทนา. อ่าน บทความต้นฉบับ.\

หนังสือที่เกี่ยวข้อง:

at ตลาดภายในและอเมซอน