منذ 1973 حظر النفطوسعت سياسة الطاقة الأمريكية إلى استبدال وقود النقل القائم على البترول بالبدائل. أحد الخيارات البارزة هو استخدام الوقود الحيوي ، مثل الإيثانول بدلاً من البنزين والديزل الحيوي بدلاً من الديزل العادي.
النقل يولد ربع انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في الولايات المتحدةلذلك فإن التعامل مع تأثير هذا القطاع ضروري لحماية المناخ.
العديد من العلماء يرون الوقود الحيوي بطبيعتها محايد الكربون: يفترضوا أن مصانع ثاني أكسيد الكربون (CO2) تمتص من الهواء أثناء نموها بشكل كامل ، أو "تحييد" ، تنبعث من CO2 عندما يتم حرق الوقود المصنوع من النباتات. سنوات عديدة من نمذجة الكمبيوتر على أساس هذا الافتراض ، بما في ذلك العمل بدعم من وزارة الطاقة الأمريكية ، خلصت إلى أن استخدام الوقود الحيوي لتحل محل البنزين يقلل بشكل كبير من انبعاثات CO2 من النقل.
الأهداف و دراسة جديدة يأخذ نظرة جديدة على هذا السؤال. لقد فحصنا بيانات المحاصيل لتقييم ما إذا كان قد تم امتصاص ما يكفي من CO2 في الأراضي الزراعية لتحقيق التوازن بين CO2 المنبعث عند حرق الوقود الحيوي. وتبين أنه بمجرد أخذ جميع الانبعاثات المرتبطة بمحاصيل المواد الأولية المتزايدة وتصنيع الوقود الحيوي في الحسبان ، فإن الوقود الحيوي يزيد فعليًا من انبعاثات CO2 بدلاً من تقليلها.
طفرة الوقود الحيوي ، خطأ المناخ
وقد دعمت السياسات الفيدرالية وحكومات الولايات الإيثانول المستخرج من الذرة منذ إنتاج 1970s ، ولكن الوقود الحيوي حصل على الدعم كأداة لتعزيز استقلال الطاقة وخفض واردات النفط بعد هجمات 11 و 2001 لشهر سبتمبر. في 2005 الكونغرس سنت معيار الوقود المتجددوالذي تطلب من شركات تكرير الوقود مزج 7.5 مليار جالون من الإيثانول في البنزين بواسطة 2012. (للمقارنة ، في ذلك العام استخدم الأميركيون 133 مليار جالون من البنزين.)
في 2007 الكونغرس توسعت بشكل كبير في برنامج RFS بدعم من البعض مجموعات بيئية رئيسية. المعيار الجديد أكثر من ثلاث مرات استهلاك الولايات المتحدة السنوي من الوقود المتجدد ، والذي ارتفع من 4.1 مليار جالون في 2005 إلى 15.4 مليار جالون في 2015.
دراستنا فحص البيانات من 2005-2013 خلال هذه الزيادة الحادة في استخدام الوقود المتجدد. فبدلاً من افتراض أن إنتاج واستخدام الوقود الحيوي محايدة الكربون ، قارنا بشكل صريح كمية CO2 الممتصة على الأراضي الزراعية إلى الكمية المنبعثة خلال إنتاج الوقود الحيوي واستهلاكه.
يأخذ نمو المحاصيل الحالي بالفعل كميات كبيرة من CO2 خارج الغلاف الجوي. والسؤال التجريبي هو ما إذا كان إنتاج الوقود الحيوي يزيد من معدل امتصاص CO2 بما فيه الكفاية لتعويض انبعاثات CO2 المنتجة بالكامل عندما يتم تخمير الذرة في الإيثانول وعندما يتم حرق الوقود الحيوي.
وقد تم بالفعل زراعة معظم المحاصيل التي دخلت الوقود الحيوي خلال هذه الفترة ؛ كان التغيير الرئيسي هو أن المزارعين باعوا المزيد من محاصيلهم إلى صانعي الوقود الحيوي وأقل من أجل الغذاء والعلف الحيواني. قام بعض المزارعين بتوسيع إنتاج الذرة وفول الصويا أو تحول لهذه السلع من محاصيل أقل ربحية.
ولكن طالما ظلت ظروف النمو ثابتة ، فإن نباتات الذرة تأخذ CO2 من الغلاف الجوي بنفس المعدل بغض النظر عن كيفية استخدام الذرة. لذلك ، لتقييم الوقود الحيوي بشكل صحيح ، يجب على المرء تقييم امتصاص CO2 على جميع الأراضي الزراعية. بعد كل شيء ، نمو المحاصيل هو "الإسفنج" CO2 الذي يأخذ الكربون من الغلاف الجوي.
عندما أجرينا مثل هذا التقييم ، وجدنا أنه من 2005 حتى 2013 ، زادت نسبة امتصاص الكربون التراكمي على الأراضي الزراعية في الولايات المتحدة من خلال teragrams 49 (وهو واحد من مليون طن متري). انخفضت المناطق المزروعة لمعظم المحاصيل الحقلية الأخرى خلال هذه الفترة ، لذلك يمكن أن يعزى هذا زيادة امتصاص CO2 إلى حد كبير المحاصيل التي تزرع لإنتاج الوقود الحيوي.
ولكن خلال نفس الفترة ، ازدادت انبعاثات CO2 الناتجة عن تخمير الوقود الحيوي وحرقه عن طريق تراجمام 132. ولذلك ، فإن زيادة امتصاص الكربون المرتبط بنمو المحاصيل يعوض فقط نسبة 37 من انبعاثات CO2 المتعلقة بالوقود الحيوي من 2005 حتى 2013. وبعبارة أخرى ، فإن الوقود الحيوي بعيد كل البعد عن كونه محايدًا للكربون.
تدفقات الكربون و "حوض استحمام المناخ"
تتعارض هذه النتيجة مع معظم العمل الثابت في مجال الوقود الحيوي. لفهم السبب ، من المفيد التفكير في الغلاف الجوي باعتباره حوض استحمام مملوء بـ CO2 بدلاً من الماء.
العديد من الأنشطة على الأرض تضيف CO2 إلى الغلاف الجوي ، مثل المياه المتدفقة من صنبور في الحوض. أكبر مصدر هو التنفس: الكربون هو وقود الحياة ، وجميع الكائنات الحية "تحرق الكربوهيدرات" لتشغيل الطاقة الخاصة بهم. إن حرق الإيثانول ، أو البنزين ، أو أي وقود آخر يعتمد على الكربون ، يفتح "صنبور" CO2 أكثر ويضيف الكربون إلى الغلاف الجوي أسرع من عمليات الأيض الطبيعية.
تقوم الأنشطة الأخرى بإزالة CO2 من الغلاف الجوي ، مثل المياه المتدفقة من الحوض. قبل العصر الصناعي ، استوعب نمو النبات أكثر من كوكسومكس بما يكفي لتعويض CO2 أن النباتات والحيوانات تنفست في الغلاف الجوي.
اليوم ، ومع ذلك ، إلى حد كبير من خلال استخدام الوقود الأحفوري ، نقوم بإضافة CO2 إلى الغلاف الجوي بسرعة أكبر بكثير من الطبيعة التي تزيله. ونتيجة لذلك ، يرتفع منسوب المياه "CO2" بسرعة في حوض الاستحمام المناخي.
عندما يتم حرق الوقود الحيوي ، فإنها تنبعث تقريبا نفس كمية CO2 لكل وحدة من الطاقة مثل وقود البترول. ولذلك ، فإن استخدام الوقود الحيوي بدلاً من الوقود الأحفوري لا يغير سرعة تدفق CO2 إلى حوض الاستحمام المناخي. للحد من تراكم مستويات CO2 في الغلاف الجوي ، يجب أن يؤدي إنتاج الوقود الحيوي إلى فتح مجرى استنزاف CO2 - أي يجب عليه تسريع المعدل الصافي الذي يتم عنده إزالة الكربون من الغلاف الجوي.
وقد فتح تزايد المزيد من الذرة وفول الصويا "استنزاف" امتصاص CO2 أكثر قليلا ، في الغالب عن طريق تهجير المحاصيل الأخرى. وهذا ينطبق بشكل خاص على الذرة ، التي تؤدي غلاتها العالية إلى إزالة الكربون من الغلاف الجوي بمعدل 2 طن لكل فدان ، أسرع من معظم المحاصيل الأخرى.
ومع ذلك ، فإن زيادة إنتاج الذرة وفول الصويا للوقود الحيوي زاد من امتصاص CO2 بما يكفي لتعويض نسبة 37 من CO2 المرتبطة مباشرة باستخدام الوقود الحيوي. وعلاوة على ذلك ، لم يكن كافياً لمعادلة انبعاثات غازات الدفيئة الأخرى خلال إنتاج الوقود الحيوي من المصادر بما في ذلك استخدام الأسمدة وعمليات المزارع وتكرير الوقود. بالإضافة إلى ذلك ، عندما يقوم المزارعون بتحويل الأراضي العشبية والأراضي الرطبة والموائل الأخرى التي تخزن كميات كبيرة من الكربون إلى أراضي زراعية ، تحدث كميات كبيرة من CO2.
النمذجة الخطأ
دراستنا الجديدة لديها أثار الجدل لأنه يتناقض مع العديد من التحليلات السابقة. استخدمت هذه الدراسات مقاربة تسمى تحليل دورة الحياةأو LCA ، حيث يضيف المحللون جميع انبعاثات غازات الدفيئة المرتبطة بإنتاج المنتج واستخدامه. والنتيجة يطلق عليها اسم المنتج "بصمة الكربون".
دراسات تقييم دورة الحياة المستخدمة لتبرير وإدارة سياسات الوقود المتجددة تقييم الانبعاثات فقط - وهذا هو ، CO2 يتدفق في الهواء - وفشل في تقييم ما إذا كان إنتاج الوقود الحيوي زيادة معدل إزالة الأراضي الزراعية CO2 من الغلاف الجوي. وبدلاً من ذلك ، تفترض LCA ببساطة أنه نظرًا لأن محاصيل الطاقة مثل الذرة وفول الصويا يمكن أن تتكاثر من عام إلى آخر ، فإنها تزيل تلقائيًا كمية الكربون من الغلاف الجوي تلقائيًا أثناء إطلاقها أثناء احتراق الوقود الحيوي. هذا الافتراض المهم هو مشفر إلى نماذج الكمبيوتر LCA.
لسوء الحظ ، LCA هو أساس RFS بالإضافة إلى كاليفورنيا معيار الوقود منخفض الكربونوهو عنصر أساسي في خطة العمل المناخية الطموحة لتلك الدولة. ويستخدم أيضا من قبل وكالات أخرى ، والمؤسسات البحثية والشركات مع اهتمام بوقود النقل.
لقد قبلت ذات مرة الرأي القائل بأن الوقود الحيوي محايدة الكربون بطبيعته. قبل عشرين عاما كنت المؤلف الرئيسي الورقة الأولى اقتراح استخدام LCA لسياسة الوقود. تم إجراء العديد من هذه الدراسات ، و على نطاق واسع استشهد التحليل التلوي نشرت في العلوم في 2006 وجدت أن استخدام إيثانول الذرة خفضت بشكل كبير انبعاثات غازات الدفيئة مقارنة بالبترول البنزين.
ومع ذلك ، أثار علماء آخرون مخاوف حول كيفية زراعة مساحات شاسعة من محاصيل الطاقة يمكن أن تغير استخدام الأراضي. في أوائل 2008 العلوم نشرت مقالتين بارزة. واحد وصف كيف المحاصيل الوقود الحيوي موائل غنية بالكربون، مثل المراعي. وأظهرت الأخرى أن زراعة المحاصيل للوقود الحيوي تسبب في أضرار الآثار غير المباشرة ، مثل إزالة الغاباتكما تنافس المزارعون على الأراضي المنتجة.
جعل معتنقي LCA نماذجهم أكثر تعقيدًا لتفسير هذه النتائج لإنتاج الوقود. لكن حالات عدم اليقين الناتجة زادت بشكل كبير بحيث أصبح من المستحيل تحديد ما إذا كان الوقود الحيوي يساعد المناخ أم لا. في 2011 مجلس البحوث الوطني تقرير عن RFS خلص إلى أن الوقود الحيوي القائم على المحاصيل مثل إيثانول الذرة "لم يظهر بشكل قاطع للحد من انبعاثات غازات الدفيئة وربما يزيدها بالفعل".
دفعت هذه الشكوك لي لبدء تفكيك LCA. في 2013 ، نشرت بحثًا حول التغيرات المناخية يبين أن الظروف التي يمكن بموجبها إنتاج الوقود الحيوي أن تعادل CO2 كانت محدودة أكثر بكثير مما يفترض عادة. في ورقة مراجعة لاحقة أنا بالتفصيل الأخطاء التي ارتكبت عند استخدام LCA لتقييم الوقود الحيوي. مهدت هذه الدراسات الطريق لاكتشافنا الجديد بأن الوقود المتجدد في الولايات المتحدة ، حتى الآن ، هو أكثر ضرراً على المناخ من البنزين.
لا يزال من المستعجل تخفيف CO2 من النفط ، وهو أكبر مصدر لانبعاثات CO2 البشرية المنشأ في الولايات المتحدة و ثاني أكبر على الصعيد العالمي بعد الفحم. لكن تحليلنا يؤكد أنه كعلاج لتغير المناخ ، فإن الوقود الحيوي "أسوأ من المرض."
تقليل وإزالة
يشير العلم إلى الطريق إلى آليات حماية المناخ الأكثر فعالية والأقل تكلفة من الوقود الحيوي. هناك اثنين من الاستراتيجيات واسعة النطاق للحد من انبعاثات CO2 من وقود النقل. أولاً ، يمكننا تقليل الانبعاثات عن طريق تحسين كفاءة المركبات ، والحد من الأميال المقطوعة أو استبدال أنواع الوقود الخالية تمامًا من الكربون مثل الكهرباء أو الهيدروجين.
ثانيًا ، يمكننا إزالة CO2 من الغلاف الجوي بشكل أسرع من الأنظمة الإيكولوجية التي تستوعبه الآن. استراتيجيات ل "إعادة تجميع الغلاف الحيوي" تتضمن إعادة التشجير والتحريجوإعادة بناء كربون التربة واستعادة النظم الإيكولوجية الأخرى الغنية بالكربون مثل الأراضي الرطبة والمراعي.
ستساعد هذه المقاربات على حماية التنوع البيولوجي - وهو تحد عالمي آخر للاستدامة - بدلاً من تهديده كما يفعل إنتاج الوقود الحيوي. كما يقدم تحليلنا نظرة أخرى: بمجرد إزالة الكربون من الهواء ، نادراً ما يكون من المنطقي إنفاق الطاقة والانبعاثات على معالجتها في الوقود الحيوي فقط لحرق الكربون وإعادة إطلاقه في الغلاف الجوي.
نبذة عن الكاتب
جون ديسيكو ، أستاذ باحث ، جامعة ميشيغان
تم نشر هذه المقالة في الأصل المحادثة. إقرأ ال المقال الأصلي.\
كتب ذات صلة:
at سوق InnerSelf و Amazon
