Sejak 1973 embargo minyak, Dasar tenaga AS telah berusaha untuk menggantikan bahan api pengangkutan berasaskan petroleum dengan alternatif. Satu pilihan utama ialah penggunaan biofuel, seperti etanol sebagai pengganti petrol dan biodiesel dan bukannya diesel biasa.

Menjana pengangkutan satu perempat daripada pelepasan gas rumah kaca AS, jadi menangani kesan sektor ini adalah penting untuk perlindungan iklim.

Ramai saintis melihat biofuel sebagai bersifat neutral karbon: mereka menganggap tumbuh-tumbuhan karbon dioksida (CO2) menyerap dari udara apabila mereka tumbuh sepenuhnya, atau "meneutralkan," CO2 dipancarkan apabila bahan api yang terbuat dari tumbuhan terbakar. Ramai tahun pemodelan komputer berdasarkan andaian ini, termasuk kerja yang disokong oleh Jabatan Tenaga AS, menyimpulkan bahawa penggunaan biofuel untuk menggantikan petrol berkurangnya pelepasan CO2 dari pengangkutan.

Kami kajian baru mengambil pandangan yang baru pada soalan ini. Kami memeriksa data tanaman untuk menilai sama ada CO2 cukup diserap di ladang untuk mengimbangi CO2 yang dipancarkan apabila biofuel dibakar. Ternyata sekali semua pelepasan yang dikaitkan dengan tumbuh-tumbuhan feedstock dan biofuel perkilangan yang dipertimbangkan, biofuel sebenarnya meningkatkan pelepasan CO2 daripada mengurangkannya.

Ledakan biofuel, kesilapan iklim

Dasar-dasar persekutuan dan negeri telah mensubsidi etanol jagung sejak 1970s, tetapi biofuel mendapat sokongan sebagai alat untuk mempromosikan kebebasan tenaga dan mengurangkan import minyak selepas serangan 11 September, 2001. Kongres 2005 telah menggubal Standard Bahan Api Boleh Diperbaharui, yang memerlukan penghalau bahan api untuk menggabungkan 7.5 bilion gelen etanol menjadi petrol oleh 2012. (Sebagai perbandingan, pada tahun Amerika digunakan 133 bilion gelen petrol.)

Dalam Kongres 2007 secara dramatik memperluaskan program RFS dengan sokongan dari beberapa pihak kumpulan alam sekitar utama. Standard baru lebih daripada tiga kali ganda penggunaan bahan api tahunan yang boleh diperbaharui AS, yang meningkat daripada 4.1 bilion gelen dalam 2005 ke 15.4 bilion gelen dalam 2015.

Kajian kami memeriksa data dari 2005-2013 semasa peningkatan mendadak dalam penggunaan bahan api yang boleh diperbaharui. Daripada menganggap bahawa menghasilkan dan menggunakan biofuel adalah neutral karbon, kita secara jelas membandingkan jumlah CO2 yang diserap di tanah pertanian kepada kuantiti yang dipancarkan semasa pengeluaran dan penggunaan biofuel.

Pertumbuhan tanaman sedia ada sudah mengambil sejumlah besar CO2 daripada atmosfera. Persoalan empirikal ialah sama ada pengeluaran biofuel meningkatkan kadar pengambilan CO2 cukup untuk mengimbangi pelepasan CO2 sepenuhnya apabila jagung ditapai ke dalam etanol dan apabila biofuel dibakar.

Kebanyakan tanaman yang masuk ke dalam biofuel pada masa ini telah ditanam; perubahan utama adalah bahawa petani menjual lebih banyak hasil panen mereka kepada pembuat biofuel dan kurang untuk makanan dan makanan haiwan. Beberapa petani berkembang jagung dan pengeluaran kacang soya atau dihidupkan kepada komoditi ini daripada tanaman yang kurang menguntungkan.

Tetapi selagi keadaan tumbuh terus berubah, tanaman jagung mengambil CO2 dari atmosfera pada kadar yang sama tanpa mengira bagaimana jagungnya digunakan. Oleh itu, untuk menilai biofuel dengan betul, seseorang mesti menilai pengambilan CO2 di semua tanah pertanian. Lagipun, pertumbuhan tanaman adalah CO2 "spons" yang mengambil karbon di luar atmosfera.

Apabila kami membuat penilaian sedemikian, kami mendapati bahawa dari 2005 melalui 2013, pengambilan karbon kumulatif di tanah ladang AS meningkat dengan terapi 49 (teragram adalah satu juta tan metrik). Kawasan tanaman yang ditanam kebanyakan tanaman sawit lain merosot dalam tempoh ini, jadi peningkatan pengambilan CO2 ini dapat dikaitkan dengan tanaman yang ditanam untuk biofuel.

Walau bagaimanapun dalam tempoh yang sama, pelepasan CO2 daripada penapaian dan pembakaran biofuel meningkat oleh terapi 132. Oleh itu, pengambilan karbon yang lebih besar yang dikaitkan dengan pertumbuhan tanaman mengimbangi hanya 37 peratus pelepasan CO2 berkaitan biofuel dari 2005 melalui 2013. Dalam erti kata lain, biofuel jauh dari neutral karbon secara semula jadi.

Aliran karbon dan 'tab mandi iklim'

Keputusan ini bercanggah dengan kerja yang paling mantap mengenai biofuel. Untuk memahami mengapa, adalah berguna untuk memikirkan suasana sebagai tab mandi yang dipenuhi dengan CO2 dan bukannya air.

Banyak aktiviti di Bumi menambah CO2 ke atmosfera, seperti air mengalir dari keran ke dalam tab mandi. Sumber terbesar adalah pernafasan: Karbon adalah bahan bakar kehidupan, dan semua makhluk hidup "membakar karbohidrat" untuk menguatkan metabolisme mereka. Pembakaran etanol, petrol atau bahan api berasaskan karbon lain membuka lagi "keran" CO2 dan menambah karbon ke atmosfera lebih cepat daripada proses metabolik semula jadi.

Aktiviti lain mengeluarkan CO2 dari atmosfera, seperti air yang mengalir keluar dari tab mandi. Sebelum era perindustrian, pertumbuhan tumbuhan menyerap lebih daripada CO2 mencukupi untuk mengimbangi CO2 bahawa tumbuh-tumbuhan dan haiwan bernafas ke atmosfera.

Hari ini, bagaimanapun, sebahagian besarnya melalui penggunaan bahan bakar fosil, kami menambah CO2 ke atmosfera jauh lebih cepat daripada sifat menghilangkannya. Akibatnya, "paras air" CO2 semakin meningkat dalam tab mandi iklim.

Apabila biofuel dibakar, mereka mengeluarkan kira-kira sama jumlah CO2 seunit tenaga sebagai bahan api petroleum. Oleh itu, menggunakan biofuel dan bukan bahan bakar fosil tidak berubah seberapa cepat CO2 mengalir ke dalam tab mandi iklim. Untuk mengurangkan pembentukan tahap CO2 atmosfera, pengeluaran biofuel mesti membuka longkang CO2 - iaitu, ia mesti mempercepatkan kadar bersih di mana karbon dikeluarkan dari atmosfera.

Lebih banyak jagung dan kacang soya telah membuka pengambilan CO2 "longkang" sedikit lebih banyak, kebanyakannya dengan menggantikan tanaman lain. Itu benar terutama untuk jagung, yang hasil tinggi mengeluarkan karbon dari atmosfera pada kadar dua ton setiap ekar, lebih cepat daripada kebanyakan tanaman lain.

Walau bagaimanapun, peningkatan pengeluaran jagung dan kacang soya untuk biofuel meningkat pengambilan CO2 hanya mencukupi untuk mengimbangi 37 peratus daripada CO2 yang secara langsung terikat dengan penggunaan biofuel. Selain itu, ia jauh dari mencukupi untuk mengimbangi pelepasan GHG lain semasa pengeluaran biofuel dari sumber termasuk penggunaan baja, operasi ladang dan penapisan bahan api. Di samping itu, apabila petani memeluk padang rumput, tanah lembap dan habitat lain yang menyimpan sejumlah besar karbon ke dalam tanah pertanian, keluaran CO2 yang sangat besar berlaku.

Pemodelan yang salah

Kajian baru kami ada mencetuskan kontroversi kerana ia bercanggah dengan banyak analisis terdahulu. Kajian-kajian ini menggunakan pendekatan yang dipanggil analisis kitaran hayat, atau LCA, di mana penganalisis menambah semua pelepasan GHG yang berkaitan dengan pengeluaran dan penggunaan produk. Hasilnya dikenali sebagai produk "jejak karbon"

Kajian LCA yang digunakan untuk mewajarkan dan mentadbir dasar bahan api yang boleh diperbaharui hanya menilai pelepasan - iaitu CO2 yang mengalir ke udara - dan gagal untuk menilai sama ada pengeluaran biofuel meningkatkan kadar di mana croplands mengeluarkan CO2 dari atmosfera. Sebaliknya, LCA hanya mengandaikan bahawa kerana tanaman tenaga seperti jagung dan kacang soya dapat diregangkan dari satu tahun ke depan, mereka secara automatik mengeluarkan karbon sebanyak dari atmosfer ketika mereka melepaskan semasa pembakaran biofuel. Andaian penting ini dikodkan ke dalam model komputer LCA.

Malangnya, LCA adalah asas bagi RFS dan juga California Standard Bahan Api Rendah Karbon, unsur utama rancangan tindakan iklim negara yang bercita-cita tinggi. Ia juga digunakan oleh agensi lain, institusi penyelidikan dan perniagaan yang mempunyai kepentingan dalam bahan api pengangkutan.

Saya pernah menerima pandangan bahawa biofuel adalah semulajadi neutral karbon. Dua puluh tahun yang lalu saya menjadi penulis utama kertas pertama mencadangkan penggunaan LCA untuk dasar bahan bakar. Banyak kajian sedemikian telah dilakukan, dan a meta analisis secara meluas yang diterbitkan dalam Sains di 2006 mendapati bahawa penggunaan etanol jagung berkurangnya pelepasan GHG berbanding petrol petroleum.

Walau bagaimanapun, para sarjana lain menimbulkan kebimbangan tentang bagaimana menanam kawasan luas dengan tanaman tenaga dapat mengubah penggunaan tanah. Pada awal 2008 Science menerbitkan dua artikel penting. Yang dijelaskan bagaimana tanaman biofuel secara langsung mengalihkan habitat kaya karbon, seperti padang rumput. Yang lain menunjukkan bahawa tanaman yang semakin meningkat untuk biofuel mencetuskan kerosakan kesan tidak langsung, seperti penebangan hutan, sebagai petani bersaing untuk tanah produktif.

Penganut LCA membuat model mereka lebih kompleks untuk mengambil kira akibat pengeluaran bahan bakar ini. Tetapi ketidakpastian yang timbul tumbuh begitu besar sehingga menjadi mustahil untuk menentukan sama ada biofuel atau tidak membantu iklim. Di 2011 Majlis Penyelidikan Kebangsaan melaporkan pada RFS menyimpulkan bahawa biofuel berasaskan tanaman seperti etanol jagung "tidak secara konkrit ditunjukkan untuk mengurangkan pelepasan GHG dan mungkin sebenarnya meningkatkannya."

Ketidaktentuan ini mendorong saya untuk memulakan membongkar LCA. Di 2013, saya menerbitkan kertas dalam Perubahan Iklim yang memperlihatkan bahawa keadaan di mana pengeluaran biofuel dapat mengimbangi CO2 adalah jauh lebih terhad daripada biasa diandaikan. Didalam kertas semakan seterusnya Saya terperinci kesilapan yang dibuat apabila menggunakan LCA untuk menilai biofuel. Kajian-kajian ini membuka jalan bagi penemuan baru kami bahawa di Amerika Syarikat, setakat ini, bahan api yang boleh diperbaharui sebenarnya lebih berbahaya kepada iklim daripada petrol.

Ia masih penting untuk mengurangkan CO2 daripada minyak, yang merupakan sumber terbesar pelepasan COHNUMX antropogenik di Amerika Syarikat dan kedua terbesar di dunia selepas arang batu. Tetapi analisis kami menegaskan bahawa, sebagai penawar untuk perubahan iklim, biofuel adalah "Lebih teruk daripada penyakit ini."

Kurangkan dan alih keluar

Sains menunjukkan cara untuk mekanisme perlindungan iklim yang lebih berkesan dan kurang mahal daripada biofuel. Disana ada dua strategi yang luas untuk mengurangkan pelepasan CO2 daripada bahan api pengangkutan. Pertama, kita dapat mengurangkan pelepasan dengan meningkatkan kecekapan kenderaan, mengehadkan batu mengembara atau menggantikan bahan api bebas karbon seperti elektrik atau hidrogen.

Kedua, kita boleh mengeluarkan CO2 dari atmosfera lebih cepat daripada ekosistem yang menyerapnya sekarang. Strategi untuk "Mengitar semula biosfera" termasuk penanaman semula hutan dan penanaman semula hutan, membina semula karbon tanah dan memulihkan ekosistem kaya karbon lain seperti tanah lembap dan padang rumput.

Pendekatan ini akan membantu melindungi biodiversiti - satu lagi cabaran kelestarian global - bukannya mengancamnya sebagai pengeluaran biofuel. Analisis kami juga menawarkan satu lagi pemahaman: Apabila karbon telah dikeluarkan dari udara, jarang masuk akal untuk membelanjakan tenaga dan pelepasan untuk memprosesnya menjadi biofuel hanya untuk membakar karbon dan melepaskannya kembali ke atmosfera.

Tentang Pengarang

John DeCicco, Profesor Penyelidikan, Universiti Michigan

Artikel ini pada asalnya diterbitkan pada Perbualan. Membaca artikel asal.\

Buku berkaitan:

at InnerSelf Market dan Amazon