Kể từ khi 1973 cấm vận dầu mỏ, Chính sách năng lượng của Hoa Kỳ đã tìm cách thay thế nhiên liệu vận chuyển dựa trên dầu mỏ bằng các giải pháp thay thế. Một lựa chọn nổi bật là sử dụng nhiên liệu sinh học, chẳng hạn như ethanol thay cho xăng và dầu diesel sinh học thay vì diesel thông thường.

Giao thông vận tải tạo ra một phần tư lượng khí thải nhà kính của Hoa Kỳ, vì vậy việc giải quyết tác động của ngành này là rất quan trọng để bảo vệ khí hậu.

Nhiều nhà khoa học xem nhiên liệu sinh học là vốn dĩ trung tính carbon: họ cho rằng các nhà máy carbon dioxide (CO2) hấp thụ từ không khí khi chúng phát triển hoàn toàn, hoặc trung hòa,, CO2 phát ra khi nhiên liệu từ thực vật đốt cháy. Nhiều năm mô hình hóa máy tính dựa trên giả định này, bao gồm công việc được hỗ trợ bởi Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, kết luận rằng sử dụng nhiên liệu sinh học để thay thế xăng làm giảm đáng kể lượng khí thải CO2 từ giao thông vận tải.

Của chúng tôi Nghiên cứu mới có một cái nhìn mới về câu hỏi này. Chúng tôi đã kiểm tra dữ liệu cây trồng để đánh giá xem có đủ CO2 được hấp thụ trên đất nông nghiệp để cân bằng lượng CO2 phát ra khi nhiên liệu sinh học bị đốt cháy hay không. Nó chỉ ra rằng một khi tất cả các khí thải liên quan đến việc trồng cây nguyên liệu đang phát triển và sản xuất nhiên liệu sinh học đã được tính đến, nhiên liệu sinh học thực sự làm tăng lượng khí thải CO2 thay vì giảm chúng.

Nhiên liệu sinh học bùng nổ, sai lầm khí hậu

Chính sách của liên bang và tiểu bang đã trợ cấp ethanol ngô kể từ các 1970, nhưng nhiên liệu sinh học đã nhận được sự hỗ trợ như một công cụ thúc đẩy độc lập năng lượng và giảm nhập khẩu dầu sau vụ tấn công 11, 2001 tháng 9. Trong Đại hội 2005 ban hành Tiêu chuẩn nhiên liệu tái tạo, trong đó yêu cầu các nhà tinh chế nhiên liệu pha trộn 7.5 tỷ gallon ethanol vào xăng bằng 2012. (Để so sánh, trong năm đó người Mỹ đã sử dụng 133 tỷ gallon xăng.)

Tại Đại hội 2007 đã mở rộng đáng kể chương trình RFS với sự hỗ trợ của một số người nhóm môi trường lớn. Tiêu chuẩn mới nhiều hơn gấp ba mức tiêu thụ nhiên liệu tái tạo hàng năm của Mỹ, đã tăng từ 4.1 tỷ gallon trong 2005 lên 15.4 tỷ gallon trong 2015.

Nghiên cứu của chúng tôi đã kiểm tra dữ liệu từ 2005-2013 trong quá trình sử dụng nhiên liệu tái tạo tăng mạnh này. Thay vì cho rằng việc sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học là trung tính carbon, chúng tôi đã so sánh rõ ràng lượng CO2 hấp thụ trên đất trồng trọt với lượng phát thải trong quá trình sản xuất và tiêu thụ nhiên liệu sinh học.

Tăng trưởng cây trồng hiện tại đã lấy một lượng lớn CO2 ra khỏi khí quyển. Câu hỏi thực nghiệm là liệu sản xuất nhiên liệu sinh học có làm tăng tốc độ hấp thụ CO2 đủ để bù đắp hoàn toàn lượng khí thải CO2 được sản xuất không Khi ngô được lên men thành ethanol và khi nhiên liệu sinh học bị đốt cháy.

Hầu hết các loại cây trồng đã đi vào nhiên liệu sinh học trong thời kỳ này đã được canh tác; thay đổi chính là nông dân đã bán nhiều thu hoạch hơn cho các nhà sản xuất nhiên liệu sinh học và ít hơn cho thực phẩm và thức ăn chăn nuôi. Một số nông dân mở rộng sản xuất ngô và đậu tương hoặc chuyển đến những hàng hóa từ cây trồng ít lợi nhuận.

Nhưng miễn là điều kiện sinh trưởng không đổi, cây ngô sẽ đưa CO2 ra khỏi khí quyển với cùng một tỷ lệ bất kể ngô được sử dụng như thế nào. Do đó, để đánh giá đúng nhiên liệu sinh học, người ta phải đánh giá sự hấp thu CO2 trên tất cả các vùng trồng trọt. Xét cho cùng, tăng trưởng cây trồng là miếng bọt biển CO2 trực tiếp đưa carbon ra khỏi khí quyển.

Khi chúng tôi thực hiện đánh giá như vậy, chúng tôi thấy rằng từ 2005 đến 2013, sự hấp thụ carbon tích lũy trên đất nông nghiệp Hoa Kỳ đã tăng bởi các teragram 49 (một teragram là một triệu tấn). Diện tích trồng của hầu hết các loại cây trồng khác đã giảm trong giai đoạn này, do đó sự tăng hấp thu CO2 này có thể được quy cho phần lớn là các loại cây trồng làm nhiên liệu sinh học.

Tuy nhiên, trong cùng thời gian, lượng khí thải CO2 từ quá trình lên men và đốt nhiên liệu sinh học tăng lên bởi các teragram 132. Do đó, sự hấp thụ carbon lớn hơn liên quan đến tăng trưởng cây trồng chỉ bù đắp phần trăm lượng khí thải CO37 liên quan đến nhiên liệu sinh học từ 2 đến 2005. Nói cách khác, nhiên liệu sinh học khác xa với carbon trung tính.

Dòng chảy carbon và 'bồn tắm khí hậu'

Kết quả này mâu thuẫn với hầu hết các công việc được thiết lập trên nhiên liệu sinh học. Để hiểu lý do tại sao, thật hữu ích khi nghĩ về bầu không khí như một bồn tắm được đổ đầy CO2 thay vì nước.

Nhiều hoạt động trên Trái đất thêm CO2 vào khí quyển, giống như nước chảy từ vòi vào bồn. Nguồn lớn nhất là hô hấp: Carbon là nhiên liệu của sự sống và tất cả các sinh vật sống là đốt cháy carbs, để cung cấp năng lượng cho quá trình trao đổi chất của chúng. Đốt cháy ethanol, xăng hoặc bất kỳ nhiên liệu dựa trên carbon nào khác sẽ mở ra vòi CO2, vòi thêm và bổ sung carbon vào khí quyển nhanh hơn các quá trình trao đổi chất tự nhiên.

Các hoạt động khác loại bỏ CO2 khỏi khí quyển, giống như nước chảy ra khỏi bồn. Trước thời đại công nghiệp, sự tăng trưởng thực vật đã hấp thụ quá nhiều CO2 để bù đắp CO2 mà thực vật và động vật hô hấp vào khí quyển.

Tuy nhiên, ngày nay, chủ yếu thông qua việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch, chúng ta đang thêm CO2 vào khí quyển nhanh hơn nhiều so với việc tự nhiên loại bỏ nó. Do đó, mực nước CO2 Nhật đang tăng nhanh trong bồn tắm khí hậu.

Khi nhiên liệu sinh học bị đốt cháy, chúng phát ra lượng CO2 tương đương với mỗi đơn vị năng lượng như nhiên liệu dầu mỏ. Do đó, sử dụng nhiên liệu sinh học thay vì nhiên liệu hóa thạch không làm thay đổi tốc độ CO2 chảy vào bồn tắm khí hậu. Để giảm sự tích tụ của các mức CO2 trong khí quyển, việc sản xuất nhiên liệu sinh học phải mở ra cống CO2 - nghĩa là, nó phải tăng tốc độ ròng mà carbon được loại bỏ khỏi khí quyển.

Trồng nhiều ngô và đậu nành đã mở ra sự hấp thu CO2, thoát nước hơn một chút, chủ yếu bằng cách thay thế các loại cây trồng khác. Điều đó đặc biệt đúng đối với ngô, có năng suất cao loại bỏ carbon khỏi khí quyển với tốc độ hai tấn mỗi mẫu, nhanh hơn hầu hết các loại cây trồng khác.

Tuy nhiên, việc mở rộng sản xuất ngô và đậu nành cho nhiên liệu sinh học đã làm tăng sự hấp thu CO2 chỉ đủ để bù đắp phần trăm 37 của CO2 liên quan trực tiếp đến việc sử dụng nhiên liệu sinh học. Hơn nữa, nó không đủ để bù đắp lượng khí thải GHG khác trong quá trình sản xuất nhiên liệu sinh học từ các nguồn bao gồm sử dụng phân bón, hoạt động trang trại và lọc nhiên liệu. Ngoài ra, khi nông dân chuyển đổi đồng cỏ, vùng đất ngập nước và môi trường sống khác lưu trữ lượng lớn carbon thành đất trồng trọt, sẽ phát hành CO2 rất lớn.

Mô hình sai

Nghiên cứu mới của chúng tôi có gây tranh cãi bởi vì nó mâu thuẫn với nhiều phân tích trước đó. Những nghiên cứu này đã sử dụng một phương pháp được gọi là phân tích vòng đờihoặc LCA, trong đó các nhà phân tích cộng tất cả lượng khí thải GHG liên quan đến sản xuất và sử dụng sản phẩm. Kết quả được gọi phổ biến là sản phẩm củadấu chân carbon".

Các nghiên cứu LCA được sử dụng để chứng minh và điều hành các chính sách nhiên liệu tái tạo chỉ đánh giá lượng khí thải - nghĩa là CO2 chảy vào không khí - và không thể đánh giá liệu sản xuất nhiên liệu sinh học có làm tăng tốc độ mà các vùng trồng trọt đã loại bỏ CO2 khỏi khí quyển hay không. Thay vào đó, LCA chỉ đơn giản giả định rằng vì các loại cây năng lượng như ngô và đậu nành có thể được tái sinh từ năm này sang năm khác, chúng sẽ tự động loại bỏ lượng carbon ra khỏi khí quyển khi chúng thải ra trong quá trình đốt nhiên liệu sinh học. Giả định quan trọng này được mã hóa cứng vào các mô hình máy tính LCA.

Thật không may, LCA là nền tảng cho RFS cũng như của California Tiêu chuẩn nhiên liệu carbon thấp, một yếu tố chính của kế hoạch hành động khí hậu đầy tham vọng của tiểu bang đó. Nó cũng được sử dụng bởi các cơ quan, tổ chức nghiên cứu và doanh nghiệp khác quan tâm đến nhiên liệu vận chuyển.

Tôi đã từng chấp nhận quan điểm rằng nhiên liệu sinh học vốn đã trung tính carbon. Hai mươi năm trước tôi là tác giả chính của bài báo đầu tiên đề xuất sử dụng LCA cho chính sách nhiên liệu. Nhiều nghiên cứu như vậy đã được thực hiện, và một phân tích tổng hợp được trích dẫn rộng rãi được công bố trên Science in 2006 cho thấy sử dụng ethanol ngô làm giảm đáng kể lượng khí thải GHG so với xăng dầu.

Tuy nhiên, các học giả khác nêu lên mối lo ngại về việc trồng những vùng rộng lớn bằng cây năng lượng có thể thay đổi sử dụng đất. Đầu tiên Khoa học 2008 đã xuất bản hai bài báo đáng chú ý. Một mô tả cách cây trồng nhiên liệu sinh học môi trường sống thay thế trực tiếp giàu carbon, chẳng hạn như đồng cỏ. Khác cho thấy rằng trồng trọt cho nhiên liệu sinh học gây ra thiệt hại ảnh hưởng gián tiếp, như phá rừng, khi nông dân cạnh tranh đất sản xuất.

Các tín đồ LCA làm cho các mô hình của họ phức tạp hơn để giải quyết những hậu quả của việc sản xuất nhiên liệu. Nhưng kết quả không chắc chắn đã tăng quá lớn đến nỗi không thể xác định liệu nhiên liệu sinh học có giúp ích cho khí hậu hay không. Trong 2011 một Hội đồng nghiên cứu quốc gia báo cáo về RFS kết luận rằng nhiên liệu sinh học dựa trên cây trồng như ethanol ethanol ngô đã không được kết luận một cách thuyết phục để giảm lượng khí thải GHG và thực sự có thể làm tăng chúng.

Những điều không chắc chắn này đã thúc đẩy tôi bắt đầu giải mã LCA. Trong 2013, tôi đã xuất bản một bài báo trong Thay đổi khí hậu cho thấy rằng các điều kiện theo đó sản xuất nhiên liệu sinh học có thể bù đắp CO2 bị hạn chế hơn nhiều so với thường được giả định. trong một bài đánh giá tiếp theo Tôi đã nêu chi tiết những sai lầm khi sử dụng LCA để đánh giá nhiên liệu sinh học. Những nghiên cứu này đã mở đường cho phát hiện mới của chúng tôi rằng tại Hoa Kỳ, cho đến nay, nhiên liệu tái tạo thực sự có hại cho khí hậu hơn xăng.

Vẫn còn cấp bách để giảm thiểu CO2 từ dầu, đây là nguồn phát thải CO2 nhân tạo lớn nhất ở Hoa Kỳ và lớn thứ hai toàn cầu sau than. Nhưng phân tích của chúng tôi khẳng định rằng, như một phương thuốc để thay đổi khí hậu, nhiên liệu sinh học là Mùi còn tệ hơn cả bệnh.

Giảm và loại bỏ

Khoa học chỉ ra các cơ chế bảo vệ khí hậu hiệu quả hơn và ít tốn kém hơn so với nhiên liệu sinh học. Có hai chiến lược rộng lớn để giảm thiểu khí thải CO2 từ nhiên liệu vận chuyển. Đầu tiên, chúng ta có thể giảm lượng khí thải bằng cách cải thiện hiệu suất xe, hạn chế dặm di chuyển hoặc thay thế nhiên liệu thực sự carbon miễn phí như điện hoặc hydro.

Thứ hai, chúng ta có thể loại bỏ CO2 khỏi khí quyển nhanh hơn các hệ sinh thái đang hấp thụ nó. Chiến lược cho Cấm cacbon hóa lại sinh quyển bao gồm trồng rừng và trồng rừng, xây dựng lại carbon đất và khôi phục các hệ sinh thái giàu carbon khác như vùng đất ngập nước và đồng cỏ.

Những cách tiếp cận này sẽ giúp bảo vệ đa dạng sinh học - một thách thức bền vững toàn cầu khác - thay vì đe dọa nó như sản xuất nhiên liệu sinh học. Phân tích của chúng tôi cũng đưa ra một cái nhìn sâu sắc khác: Một khi carbon đã được loại bỏ khỏi không khí, hiếm khi sử dụng năng lượng và khí thải để xử lý nó thành nhiên liệu sinh học chỉ để đốt cháy carbon và thải lại vào khí quyển.

Giới thiệu về Tác giả

John DeCicco, Giáo sư nghiên cứu, Đại học Michigan

Bài viết này ban đầu được xuất bản vào Conversation. Đọc ban đầu bài viết.\

Sách liên quan:

at Thị trường InnerSelf và Amazon