Sinds de 1973 olie-embargo, Het Amerikaanse energiebeleid heeft getracht om op aardolie gebaseerde transportbrandstoffen te vervangen door alternatieven. Een prominente optie is het gebruik van biobrandstoffen, zoals ethanol in plaats van benzine en biodiesel in plaats van gewone diesel.
Transport genereert een vierde van de Amerikaanse uitstoot van broeikasgassendus het aanpakken van de impact van deze sector is cruciaal voor de bescherming van het klimaat.
Veel wetenschappers beschouwen biobrandstoffen als inherent koolstofneutraal: ze gaan ervan uit dat de koolstofdioxide (CO2) planten uit de lucht absorberen, omdat ze volledig compenseren, of "neutraliseren", het CO2 dat vrijkomt wanneer brandstoffen van planten verbranden. Vele jaren computermodellering op basis van deze aanname, inclusief werk ondersteund door het Amerikaanse ministerie van Energie, geconcludeerd dat het gebruik van biobrandstoffen om benzine te vervangen de CO2-emissies door transport aanzienlijk heeft verminderd.
Onze nieuwe studie werpt een frisse blik op deze vraag. We onderzochten de gewasgegevens om te evalueren of voldoende CO2 werd geabsorbeerd op landbouwgrond om het CO2-interval te compenseren dat wordt uitgestoten wanneer biobrandstoffen worden verbrand. Het blijkt dat zodra alle emissies die samenhangen met de groeiende grondstoffen en de productie van biobrandstof worden meegerekend, biobrandstoffen de CO2-emissies eerder verhogen dan verminderen.
Biobrandstofboom, klimaatblunder
Federaal en staatsbeleid hebben maïs-ethanol gesubsidieerd sinds de 1970s, maar biobrandstoffen kregen steun als een instrument voor het bevorderen van energieonafhankelijkheid en het verminderen van de olie-import na de 11- en 2001-aanvallen in september. In 2005 Congres ingevoerd de Hernieuwbare brandstof standaard, dat brandstofverfijners nodig had om 7.5 miljard gallons ethanol door 2012 in benzine te mengen. (Ter vergelijking, in dat jaar gebruikten Amerikanen 133 miljard liters benzine.)
In 2007 Congres breidde het RFS-programma drastisch uit met steun van sommigen grote milieugroepen. De nieuwe standaard meer dan verdrievoudigd jaarlijks Amerikaans hernieuwbaar brandstofverbruik, dat steeg van 4.1 miljard gallons in 2005 naar 15.4 billion gallons in 2015.
Onze studie onderzochte gegevens van 2005-2013 tijdens deze sterke toename van het gebruik van hernieuwbare brandstof. In plaats van ervan uit te gaan dat het produceren en gebruiken van biobrandstoffen koolstofneutraal is, hebben we de hoeveelheid CO2 die wordt geabsorbeerd op akkerland expliciet vergeleken met de hoeveelheid die wordt uitgestoten tijdens de productie en consumptie van biobrandstoffen.
Bestaande gewasgroei neemt al grote hoeveelheden CO2 uit de atmosfeer. De empirische vraag is of de productie van biobrandstoffen de CO2-opname voldoende verhoogt om CO2-emissies volledig te compenseren wanneer maïs wordt vergist tot ethanol en wanneer biobrandstoffen worden verbrand.
De meeste gewassen die in deze periode in biobrandstoffen terechtkwamen, werden al verbouwd; de belangrijkste verandering was dat boeren meer van hun oogst aan biobrandstoffabrikanten verkochten en minder voor voedsel en veevoer. Sommige boeren hebben de productie van maïs en soja verbreed of geschakelde voor deze grondstoffen uit minder winstgevende gewassen.
Maar zolang de groeiomstandigheden constant blijven, nemen maïsplanten CO2 met dezelfde snelheid uit de atmosfeer, ongeacht hoe de maïs wordt gebruikt. Daarom moet, om biobrandstoffen goed te evalueren, de CO2-opname op alle akkerlanden worden geëvalueerd. Groei van gewassen is immers de CO2 "spons" die koolstof uit de atmosfeer haalt.
Toen we een dergelijke evaluatie uitvoerden, ontdekten we dat van 2005 tot 2013 de cumulatieve koolstofopname op landbouwgrond in de VS is toegenomen met 49-teragrammen (een teragram is één miljoen ton). Geplant gebied van de meeste andere veldgewassen daalde in deze periode, dus deze verhoogde CO2-opname kan grotendeels worden toegeschreven aan gewassen geteeld voor biobrandstoffen.
In dezelfde periode stegen de CO2-emissies van fermenterende en brandende biobrandstoffen echter met 132-teragrammen. Daarom compenseerde de grotere koolstofopname in verband met gewasgroei alleen 37 procent van de CO2-emissies die verband houden met biobrandstoffen van 2005 via 2013. Met andere woorden, biobrandstoffen zijn verre van inherent koolstofneutraal.
Koolstofstromen en de 'klimaatbadkuip'
Dit resultaat is in tegenspraak met de meeste gevestigde werken aan biobrandstoffen. Om te begrijpen waarom, is het nuttig om de sfeer te zien als een bad dat is gevuld met CO2 in plaats van water.
Veel activiteiten op aarde voegen CO2 toe aan de atmosfeer, zoals water dat uit een kraan in het bad stroomt. De grootste bron is ademhaling: koolstof is de brandstof van het leven en alle levende wezens "verbranden koolhydraten" om hun metabolisme aan te drijven. Het verbranden van ethanol, benzine of andere koolstofhoudende brandstof opent de CO2-'kraan 'verder en voegt sneller koolstof aan de atmosfeer toe dan de natuurlijke metabolische processen.
Andere activiteiten verwijderen CO2 uit de atmosfeer, zoals water dat uit een bad stroomt. Vóór het industriële tijdperk absorbeerde plantengroei meer dan genoeg CO2 om de CO2 te compenseren die planten en dieren inademden in de atmosfeer.
Tegenwoordig voegen we CO2 echter veel sneller toe aan de atmosfeer dan het door de natuur wordt verwijderd, voornamelijk door gebruik van fossiele brandstoffen. Als gevolg hiervan neemt het CO2 "waterniveau" snel toe in de klimaatbadkuip.
Wanneer biobrandstoffen worden verbrand, stoten ze ruwweg hetzelfde uit als de hoeveelheid CO2 per eenheid energie als petroleumbrandstoffen. Daarom verandert het gebruik van biobrandstoffen in plaats van fossiele brandstoffen niet hoe snel CO2 in de klimaatbadkuip stroomt. Om de opbouw van atmosferische CO2-niveaus te verminderen, moet de productie van biobrandstoffen de CO2-afvoer openen - dat wil zeggen dat het de netto-snelheid waarmee koolstof uit de atmosfeer wordt verwijderd, moet versnellen.
Het verbouwen van meer maïs en sojabonen heeft de CO2-opname "afvoer" een beetje meer geopend, meestal door andere gewassen te verplaatsen. Dat geldt vooral voor maïs, waarvan de hoge opbrengsten koolstof uit de atmosfeer verwijderen met een snelheid van twee ton per hectare, sneller dan de meeste andere gewassen.
Niettemin verhoogde de toenemende productie van maïs en sojabonen voor biobrandstoffen de CO2-opname alleen voldoende om het 37-percentage van de CO2 direct gekoppeld aan het gebruik van biobrandstoffen te compenseren. Bovendien was het bij lange na niet genoeg om andere broeikasgasemissies tijdens de productie van biobrandstoffen te compenseren uit bronnen zoals kunstmestgebruik, landbouwactiviteiten en brandstofraffinage. Wanneer landbouwers graslanden, wetlands en andere habitats omzetten die grote hoeveelheden koolstof opslaan in akkerland, komen bovendien zeer grote CO2-releases voor.
Verkeerde modellering
Onze nieuwe studie heeft leidde tot controverse omdat het in tegenspraak is met vele eerdere analyses. Deze studies gebruikten een aanpak genaamd levenscyclusanalyseof LCA, waarin analisten alle BKG-emissies bij elkaar optellen die samenhangen met het produceren en gebruiken van een product. Het resultaat wordt in de volksmond het product "ecologische voetafdruk. '
De LCA-onderzoeken die worden gebruikt om het beleid inzake hernieuwbare brandstoffen te rechtvaardigen en toe te passen, evalueren alleen de emissies, dat wil zeggen, het CO2 dat de lucht in stroomt, en hebben niet beoordeeld of de productie van biobrandstoffen de snelheid heeft verhoogd waarmee akkerlanden CO2 uit de atmosfeer hebben verwijderd. In plaats daarvan gaat LCA er eenvoudig van uit dat, omdat energiegewassen zoals maïs en sojabonen van het ene jaar op het andere kunnen worden teruggewonnen, ze automatisch zoveel koolstof uit de atmosfeer verwijderen als ze vrijkomen bij de verbranding van biobrandstoffen. Deze belangrijke veronderstelling is hard gecodeerd in LCA-computermodellen.
Helaas is LCA de basis voor zowel RFS als Californië Low-Carbon Fuel Standard, een sleutelelement van het ambitieuze klimaatactieplan van die staat. Het wordt ook gebruikt door andere instanties, onderzoeksinstellingen en bedrijven die geïnteresseerd zijn in transportbrandstoffen.
Ik heb eens het standpunt aanvaard dat biobrandstoffen inherent koolstofneutraal waren. Twintig jaar geleden was ik hoofdauteur van het eerste papier voorstelt gebruik van LCA voor brandstofbeleid. Veel van dergelijke studies zijn gedaan, en een wijdverspreide meta-analyse gepubliceerd in Science in 2006 bleek dat het gebruik van maïs-ethanol de uitstoot van broeikasgassen aanzienlijk verminderde in vergelijking met benzine uit aardolie.
Andere wetenschappers brachten echter vraagtekens bij de manier waarop het planten van uitgestrekte gebieden met energiegewassen het landgebruik zou kunnen veranderen. In het begin publiceerde 2008 Science twee opmerkelijke artikelen. Een beschrijft hoe biobrandstof gewassen direct verplaatste koolstofrijke habitats, zoals graslanden. De andere liet zien dat het verbouwen van gewassen voor biobrandstof schadelijk was indirecte effecten, zoals ontbossing, omdat boeren strijden om productieve grond.
LCA-aanhangers maakten hun modellen complexer om rekening te houden met deze gevolgen van brandstofproductie. Maar de resulterende onzekerheden werden zo groot dat het onmogelijk werd om te bepalen of biobrandstoffen het klimaat al dan niet ondersteunden. In 2011 een National Research Council rapport over de RFS geconcludeerd dat biobrandstoffen op basis van gewassen zoals maïs-ethanol "niet overtuigend zijn aangetoond dat ze de uitstoot van broeikasgassen verminderen en deze zelfs kunnen verhogen."
Deze onzekerheden hebben mij ertoe aangezet om LCA te deconstrueren. In 2013 publiceerde ik een paper in Climatic Change waaruit bleek dat de omstandigheden waaronder de productie van biobrandstoffen CO2 kon compenseren waren veel beperkter dan algemeen werd aangenomen. In een volgende beoordelingsdocument Ik heb gedetailleerd de fouten gemaakt bij het gebruik van LCA om biobrandstoffen te evalueren. Deze studies hebben de weg geëffend voor onze nieuwe bevinding dat in de Verenigde Staten, tot op heden, hernieuwbare brandstoffen eigenlijk meer schadelijk zijn voor het klimaat dan benzine.
Het is nog steeds dringend CO2 te beperken tegen olie, de grootste bron van CO2-emissies door de mens in de Verenigde Staten en de op een na grootste wereldwijd na steenkool. Maar onze analyse bevestigt dat, als een remedie voor de klimaatverandering, biobrandstoffen dat zijn "Erger dan de ziekte."
Verkleinen en verwijderen
Wetenschap wijst de weg naar klimaatbeschermingsmechanismen die effectiever en minder duur zijn dan biobrandstoffen. Er zijn twee brede strategieën voor het mitigeren van CO2-emissies van transportbrandstoffen. Ten eerste kunnen we emissies verminderen door de voertuigefficiëntie te verbeteren, kilometers te rijden of echte koolstofvrije brandstoffen zoals elektriciteit of waterstof te vervangen.
Ten tweede kunnen we CO2 sneller uit de atmosfeer verwijderen dan ecosystemen het nu absorberen. Strategieën voor "De biosfeer recarboniseren" omvatten herbebossing en bebossing, het herbouwen van koolstof in de bodem en het herstellen van andere koolstofrijke ecosystemen zoals wetlands en graslanden.
Deze benaderingen helpen de biodiversiteit te beschermen - een andere wereldwijde uitdaging op het gebied van duurzaamheid - in plaats van ze te bedreigen zoals de productie van biobrandstoffen. Onze analyse biedt ook een ander inzicht: zodra koolstof uit de lucht is verwijderd, is het zelden zinvol om energie en emissies te gebruiken om het in biobrandstoffen te verwerken, alleen om de koolstof te verbranden en opnieuw in de atmosfeer af te geven.
Over de auteur
John DeCicco, onderzoekshoogleraar, Universiteit van Michigan
Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees de originele artikel.\
Related Books:
