Sinds de 1973 olie-embargo, heeft het Amerikaanse energiebeleid getracht 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 uitstoot van broeikasgassen in de VS, dus het aanpakken van de impact van deze sector is cruciaal voor klimaatbescherming.
Veel wetenschappers zien biobrandstoffen als inherent COXNUMX-neutraal: ze gaan ervan uit dat de kooldioxide (CO2) die planten tijdens hun groei uit de lucht opnemen, de CO2 die wordt uitgestoten wanneer brandstoffen gemaakt van planten verbranden, volledig compenseert of "neutraliseert". Vele jaren computermodellering op basis van deze aanname, inclusief werk ondersteund door het Amerikaanse ministerie van Energie, concludeerde dat het gebruik van biobrandstoffen ter vervanging van benzine de CO2-uitstoot van transport aanzienlijk verminderde.
Onze nieuwe studie kijkt met een frisse blik naar deze vraag. We onderzochten gewasgegevens om te evalueren of er voldoende CO2 werd opgenomen op landbouwgrond om de CO2-uitstoot bij de verbranding van biobrandstoffen te compenseren. Het blijkt dat zodra alle emissies die gepaard gaan met het verbouwen van grondstoffen en de productie van biobrandstoffen worden meegerekend, biobrandstoffen de CO2-uitstoot juist verhogen in plaats van verminderen.
Biobrandstofboom, klimaatblunder
Federaal en staatsbeleid hebben sinds de jaren zeventig maïs-ethanol gesubsidieerd, maar na de aanslagen van 1970 september 11 kregen biobrandstoffen steun als instrument om energie-onafhankelijkheid te bevorderen en de invoer van olie te verminderen. In 2001 heeft het Congres de Hernieuwbare brandstof standaard, waarvoor brandstofraffinaderijen tegen 7.5 2012 miljard gallons ethanol in benzine moesten mengen. (Ter vergelijking: in dat jaar gebruikten Amerikanen 133 miljard liter benzine.)
In 2007 breidde het Congres het RFS-programma drastisch uit met steun van sommigen grote milieugroeperingen. De nieuwe standaard meer dan verdrievoudigd jaarlijks verbruik van hernieuwbare brandstof in de VS, dat steeg van 4.1 miljard gallons in 2005 tot 15.4 miljard gallons in 2015.
Onze studie bestudeerde gegevens van 2005-2013 tijdens deze sterke toename van het gebruik van hernieuwbare brandstoffen. In plaats van aan te nemen dat de productie en het gebruik van biobrandstoffen CO2-neutraal is, hebben we expliciet de hoeveelheid COXNUMX die op akkerland wordt opgenomen, vergeleken met de hoeveelheid die wordt uitgestoten tijdens de productie en consumptie van biobrandstoffen.
Bestaande gewasgroei haalt al grote hoeveelheden CO2 uit de atmosfeer. De empirische vraag is of de productie van biobrandstof de CO2-opname voldoende verhoogt om de geproduceerde CO2-emissies volledig te compenseren wanneer maïs wordt gefermenteerd tot ethanol en wanneer biobrandstoffen worden verbrand.
De meeste gewassen die in deze periode voor biobrandstoffen werden gebruikt, werden al verbouwd; de belangrijkste verandering was dat boeren meer van hun oogst verkochten aan producenten van biobrandstoffen en minder voor voedsel en veevoer. Sommige boeren breidden de productie van maïs en sojabonen uit of geschakelde naar deze grondstoffen uit minder winstgevende gewassen.
Maar zolang de groeiomstandigheden constant blijven, nemen maïsplanten in hetzelfde tempo CO2 uit de atmosfeer op, ongeacht hoe de maïs wordt gebruikt. Om biobrandstoffen goed te kunnen evalueren, moet men daarom de CO2-opname op alle akkers evalueren. Gewasgroei is immers de CO2-“spons” die koolstof uit de atmosfeer haalt.
Toen we een dergelijke evaluatie uitvoerden, ontdekten we dat van 2005 tot en met 2013 de cumulatieve koolstofopname op Amerikaanse landbouwgrond met 49 teragrammen was toegenomen (een teragram is een miljoen ton). Het beplante areaal van de meeste andere veldgewassen nam in deze periode af, dus deze verhoogde CO2-opname kan grotendeels worden toegeschreven aan gewassen die voor biobrandstoffen worden verbouwd.
In dezelfde periode nam de CO2-emissie door het vergisten en verbranden van biobrandstoffen echter met 132 teragram toe. Daarom compenseerde de grotere koolstofopname in verband met de groei van gewassen slechts 37 procent van de aan biobrandstoffen gerelateerde CO2-emissies van 2005 tot 2013. Met andere woorden, biobrandstoffen zijn verre van inherent koolstofneutraal.
Koolstofstromen en de 'klimaatbadkuip'
Dit resultaat is in tegenspraak met het meeste gevestigde werk over biobrandstoffen. Om te begrijpen waarom, is het nuttig om aan de atmosfeer te denken als een bad die 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 de 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 een andere op koolstof gebaseerde brandstof opent de CO2-"kraan" verder en voegt sneller koolstof toe aan de atmosfeer dan natuurlijke metabolische processen.
Andere activiteiten halen 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 in de atmosfeer uitademden.
Tegenwoordig voegen we echter, grotendeels door het gebruik van fossiele brandstoffen, veel sneller CO2 aan de atmosfeer toe dan de natuur het verwijdert. Hierdoor stijgt het CO2 “waterpeil” in de klimaatbadkuip snel.
Wanneer biobrandstoffen worden verbrand, stoten ze ongeveer evenveel CO2 uit per eenheid energie als petroleumbrandstoffen. Het gebruik van biobrandstoffen in plaats van fossiele brandstoffen verandert dus niets aan de snelheid waarmee CO2 in de klimaatbadkuip stroomt. Om de opbouw van CO2-niveaus in de atmosfeer te verminderen, moet de productie van biobrandstof de CO2-afvoer openen – dat wil zeggen, het moet de nettosnelheid versnellen waarmee koolstof uit de atmosfeer wordt verwijderd.
Door meer maïs en sojabonen te verbouwen, is de CO2-opname iets meer "drainage" geopend, meestal door andere gewassen te verdringen. 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.
Desalniettemin verhoogde de uitbreiding van de productie van maïs en sojabonen voor biobrandstoffen de CO2-opname slechts voldoende om 37 procent van de CO2 die rechtstreeks verband houdt met het gebruik van biobrandstof te compenseren. Bovendien was het bij lange na niet genoeg om andere broeikasgasemissies te compenseren tijdens de productie van biobrandstoffen, afkomstig van onder meer het gebruik van kunstmest, landbouwactiviteiten en brandstofraffinage. Bovendien, wanneer boeren graslanden, wetlands en andere habitats die grote hoeveelheden koolstof opslaan omzetten in akkerland, komen zeer grote CO2-emissies voor.
Verkeerde modellering
Onze nieuwe studie heeft leidde tot controverse omdat het in tegenspraak is met veel eerdere analyses. Deze studies gebruikten een aanpak genaamd levenscyclusanalyseof LCA, waarin analisten alle broeikasgasemissies optellen die gepaard gaan met het produceren en gebruiken van een product. Het resultaat wordt in de volksmond de "ecologische voetafdruk. '
De LCA-studies die werden gebruikt om het beleid inzake hernieuwbare brandstoffen te rechtvaardigen en toe te passen, evalueerden alleen de emissies - dat wil zeggen, de CO2 die de lucht in stroomt - en konden niet beoordelen of de productie van biobrandstof de snelheid verhoogde waarmee akkerland CO2 uit de atmosfeer verwijderde. In plaats daarvan gaat LCA er simpelweg van uit dat, omdat energiegewassen zoals maïs en sojabonen van het ene jaar op het andere opnieuw kunnen worden verbouwd, ze automatisch evenveel koolstof uit de atmosfeer verwijderen als er vrijkomt bij de verbranding van biobrandstof. Deze belangrijke aanname is hard gecodeerd in LCA-computermodellen.
Helaas is LCA de basis voor zowel de RFS als die van 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 ooit de opvatting aanvaard dat biobrandstoffen inherent koolstofneutraal zijn. Twintig jaar geleden was ik hoofdauteur van het eerste papier het gebruik van LCA voor het brandstofbeleid voorstellen. Er zijn veel van dergelijke onderzoeken gedaan, en a veel geciteerde meta-analyse gepubliceerd in Science in 2006 bleek dat het gebruik van maïs-ethanol de uitstoot van broeikasgassen aanzienlijk verminderde in vergelijking met petroleumbenzine.
Andere geleerden uitten echter hun bezorgdheid over de manier waarop het aanplanten van uitgestrekte gebieden met energiegewassen het landgebruik zou kunnen veranderen. Begin 2008 publiceerde Science twee opmerkelijke artikelen. Een beschreef hoe biobrandstof gewassen direct verplaatste koolstofrijke habitats, zoals graslanden. De andere toonde aan dat het verbouwen van gewassen voor biobrandstof tot schade leidde indirecte effecten, zoals ontbossing, terwijl boeren streden om productief land.
LCA-aanhangers maakten hun modellen complexer om rekening te houden met deze gevolgen van brandstofproductie. Maar de daaruit voortvloeiende onzekerheden werden zo groot dat het onmogelijk werd om te bepalen of biobrandstoffen het klimaat helpen. In 2011 een Nationale Onderzoeksraad verslag over de RFS concludeerde dat op gewassen gebaseerde biobrandstoffen zoals maïs-ethanol "niet afdoende is aangetoond dat ze de uitstoot van broeikasgassen verminderen en deze zelfs zouden kunnen verhogen."
Deze onzekerheden spoorden me aan om LCA te gaan deconstrueren. In 2013 publiceerde ik een paper in Climatic Change waarin ik aantoonde dat de omstandigheden waaronder de productie van biobrandstof CO2 zou kunnen compenseren waren veel beperkter dan algemeen werd aangenomen. In een latere review paper Ik heb de fouten beschreven die zijn gemaakt bij het gebruik van LCA om biobrandstoffen te evalueren. Deze studies maakten de weg vrij voor onze nieuwe bevinding dat in de Verenigde Staten tot op heden hernieuwbare brandstoffen eigenlijk schadelijker zijn voor het klimaat dan benzine.
Het is nog steeds urgent om de CO2-uitstoot van olie, de grootste bron van antropogene CO2-emissies in de Verenigde Staten en de Verenigde Staten, te verminderen. op een na grootste ter wereld na steenkool. Maar onze analyse bevestigt dat biobrandstoffen een remedie zijn tegen klimaatverandering "erger dan de ziekte."
Verminderen en verwijderen
De wetenschap wijst de weg naar klimaatbeschermingsmechanismen die effectiever en goedkoper zijn dan biobrandstoffen. Er zijn twee brede strategieën voor het verminderen van de CO2-uitstoot van transportbrandstoffen. Ten eerste kunnen we de uitstoot verminderen door de voertuigefficiëntie te verbeteren, het aantal afgelegde kilometers te beperken of door echt koolstofvrije brandstoffen zoals elektriciteit of waterstof te vervangen.
Ten tweede kunnen we CO2 sneller uit de atmosfeer verwijderen dan ecosystemen het nu doen. Strategieën voor "de biosfeer opnieuw koolstof maken" omvatten herbebossing en bebossing, het opnieuw opbouwen van koolstof in de bodem en het herstellen van andere koolstofrijke ecosystemen zoals wetlands en graslanden.
Deze benaderingen zullen helpen om de biodiversiteit te beschermen – een andere wereldwijde uitdaging op het gebied van duurzaamheid – in plaats van deze te bedreigen, zoals bij de productie van biobrandstoffen. Onze analyse biedt ook een ander inzicht: als koolstof eenmaal uit de lucht is gehaald, heeft het zelden zin om energie en emissies te verbruiken om het in biobrandstoffen te verwerken, alleen om de koolstof te verbranden en opnieuw vrij te geven in de atmosfeer.
Over de auteur
John DeCicco, onderzoeksprofessor, Universiteit van Michigan
Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees de originele artikel.\
Related Books:
at InnerSelf Market en Amazon
