なぜバイオ燃料が気候変動を起こすのか

なぜバイオ燃料が気候変動を起こすのか

1973以来ずっと 石油禁輸米国のエネルギー政策は、石油に基づく輸送燃料を代替燃料に置き換えることを模索している。 1つの顕著な選択肢は、通常のディーゼルの代わりにガソリンおよびバイオディーゼルの代わりにエタノールなどのバイオ燃料を使用することである。

交通手段が生まれる 米国の温室効果ガス排出量の4分の1したがって、このセクターの影響に対処することは、気候保護にとって重要です。

多くの科学者がバイオ燃料を 本質的にカーボンニュートラルCO2は、工場からの燃料が燃焼したときに放出されるCO2が完全にオフセットしたときに大気から吸収すると考えています。 この仮定に基づいたコンピュータモデリングの長年 米国エネルギー省の支援を受けた作業、 ガソリンを代替するためにバイオ燃料を使用することは輸送からのCO2排出を大幅に削減すると結論付けた。

他社との違いは、 新しい研究 この質問を新鮮に見ています。 我々は、バイオ燃料の燃焼時に排出されるCO2のバランスを取るために、十分なCO2が農地に吸収されたかどうかを評価するために作物データを調べた。 原料の作物の栽培やバイオ燃料の製造に伴う排出がすべて考慮されると、バイオ燃料はCO2の排出を実際には削減するのではなく、実際には増加することが分かります。

バイオ燃料ブーム、気候変動

連邦政府と州の政策は、1970s以来、コーン・エタノールに補助金を出してきたが、9月の11、2001攻撃の後、エネルギーの独立を促進し、石油の輸入を減らすための手段としてバイオ燃料が支援を得た。 2005議会では、 再生可能な燃料基準これは、燃料リファイナーが7.5によってガソリンに2012億ガロンのエタノールを混合することを要求した。 (比較のために、その年にアメリカ人は 10億ガロンのガソリン。)

2007議会では、いくつかの支援を受けてRFSプログラムが劇的に拡張されました 主要な環境団体。 新しい標準 三倍以上 4.1の2005億ガロンから15.4の2015億ガロンに上昇した年間US再生可能燃料消費量。

私たちの研究 この再生可能な燃料使用量の急激な増加中に2005-2013のデータを調べました。 バイオ燃料の生産と使用が炭素中立であると仮定するのではなく、農地に吸収されたCO2の量とバイオ燃料の生産と消費の間に排出される量を明示的に比較しました。

既存の作物の成長はすでに大量のCO2を大気から取り除いています。 実証的な質問は、バイオ燃料生産がCO2吸収量を増加させてCO2排出量を完全に相殺するかどうかである トウモロコシをエタノールに発酵させたとき バイオ燃料が燃焼されたとき。

この時期にバイオ燃料に投入された作物のほとんどは既に栽培されていた。 主な変更は、農家が収穫量の多くをバイオ燃料製造業者に売却し、食料や動物飼料の収入を少なくしたことでした。 農家の中には、トウモロコシや大豆の生産を拡大したり、 切り替え より収益性の低い作物からのこれらの商品へ。

しかし、成長条件が変わらない限り、トウモロコシの使用方法にかかわらず、コーン植物は同じ速度で大気からCO2を取り除きます。 したがって、バイオ燃料を適切に評価するには、すべての農地でCO2の取り込みを評価する必要があります。 結局のところ、作物の成長は大気から炭素を取り除くCO2の "スポンジ"です。

このような評価を行ったところ、2005から2013まで、米国の農地での累積炭素摂取量は49テラグラム(テラグラムは100万メートルトン)によって増加することがわかりました。 他のほとんどの畑作物の植栽地はこの期間中に減少したため、CO2摂取量の増加は主にバイオ燃料のために栽培された作物に起因する可能性がある。

しかし同じ期間に、2のテラグラムによってバイオ燃料の発酵および燃焼によるCO132の排出量が増加しました。 したがって、作物の成長に伴う炭素吸収量の増加は、37から2までのバイオ燃料に関連するCO2005排出量の2013%だけを相殺する。 換言すれば、バイオ燃料は本質的にカーボンニュートラルではない。

炭素流と「気候バスタブ」

この結果は、バイオ燃料に関する最も確立された研究と矛盾する。 理由を理解するには、大気を バスタブ それは水の代わりにCO2で満たされています。

地球上の多くの活動は、CO2を大気に追加します。例えば、水が蛇口から水槽に流れ込むようなものです。 最大の原因は呼吸です。炭素は人生の燃料であり、すべての生物は代謝を促進するために「炭水化物を燃やします」。 燃焼するエタノール、ガソリン、または他の炭素ベースの燃料は、CO2の「蛇口」をさらに開き、天然の代謝プロセスよりも速く大気に炭素を添加します。

他の活動では、水が浴槽から流出するような大気からCO2を取り除く。 産業時代の前に、植物の成長は植物や動物が大気中に息を吹き返したCO2を相殺するのに十分なCO2を吸収しました。

しかし、今日では、主に化石燃料の使用を通じて、CO2を自然に除去するよりはるかに迅速に大気にCO2を添加しています。 その結果、COXNUMXの "水位"は気候のバスタブで急激に上昇しています。

バイオ燃料が燃焼すると、石油燃料と同じエネルギー量のCO2が放出されます。 したがって、化石燃料の代わりにバイオ燃料を使用しても、CO2が気候浴槽にどれくらい迅速に流入するかは変わりません。 大気CO2レベルの上昇を抑えるには、バイオ燃料の生産がCO2排水を開放する必要があります。つまり、炭素が大気から除去される正味速度を上げる必要があります。

より多くのトウモロコシと大豆が栽培されることにより、CO2の摂取量は他の作物に代わるもので、もう少し多くの "流出"が開かれました。 これは特に、高収量が大気から2エーカー/秒の割合で炭素を大部分の他の作物よりも早く除去するトウモロコシにとって当てはまります。

それにもかかわらず、バイオ燃料のためのトウモロコシと大豆の生産拡大は、バイオ燃料の使用に直接結びついたCO2の37%を相殺するのに十分なだけCO2の摂取量を増加させた。 さらに、バイオ燃料生産中に肥料の使用、農場操業および燃料精製を含む供給源からの他のGHG排出量を相殺することは十分ではなかった。 さらに、農家が大量の炭素を貯蔵する草原や湿地やその他の生息地を農耕地に転換すると、非常に大きなCO2放出が起こります。

誤ったモデリング

私たちの新しい研究は 論争を巻き起こした 以前の多くの分析と矛盾しているからです。 これらの研究では、 ライフサイクル分析、LCA(分析者が製品の生産と使用に関連するすべてのGHG排出量を加算する) その結果は、一般に、製品の "カーボンフットプリントに設立された地域オフィスに加えて、さらにローカルカスタマーサポートを提供できるようになります。」

再生可能燃料政策の正当性と正当性を検証するLCAの研究では、CO2が大気中に流入する排出量のみを評価し、CO2を大気から除去した割合をバイオ燃料生産が増加させたかどうかを評価することはできませんでした。 その代わりに、LCAは、トウモロコシや大豆などのエネルギー作物は1年後から次の年に再成長できるため、バイオ燃料燃焼中に大量の炭素を大気から自動的に取り除くと仮定しています。 この重要な前提は、LCAコンピュータモデルにハードコードされています。

残念なことに、LCAは、RFSだけでなく、カリフォルニアの 低炭素燃料基準その州の野心的な気候行動計画の重要な要素である。 輸送燃料に関心を持つ他の機関、研究機関、企業でも使用されています。

私はかつて、バイオ燃料は本質的にカーボンニュートラルであるという見解を認めました。 20年前、私は 最初の論文 燃料政策のためのLCAの使用を提案する。 そのような研究の多くが行われ、 広く引用されているメタアナリシス Scienceの2006に掲載された論文では、トウモロコシエタノールを使用すると、石油ガソリンに比べてGHG排出量が大幅に削減されています。

しかし、他の学者は、エネルギー作物による広大な地域の植栽が土地利用を変える可能性があることへの懸念を提起した。 初期の2008 Scienceには2つの注目すべき記事が掲載されていました。 1つは、バイオ燃料作物 直接移動した炭素豊富な生息地、草原など。 もう1つは、バイオ燃料のための作物の栽培が、 森林破壊などの間接的な影響農家が生産的な土地を競争していたためです。

LCA支持者は、燃料生産のこれらの結果を説明するためにモデルをより複雑にしました。 しかし、結果として生じる不確実性は非常に大きくなり、バイオ燃料が気候を助けているかどうかを判断することが不可能になった。 2011では、国立研究評議会 RFSに関するレポート トウモロコシエタノールなどの作物ベースのバイオ燃料は「最終的にGHG排出量を削減することはできておらず、実際に増加させる可能性がある」と結論付けた。

これらの不確実性が私にLCAの分解を開始するよう促しました。 2013では、バイオ燃料生産がCO2を相殺することができる条件を示す気候変動の論文を発表しました 一般的に想定されていた。 で その後のレビュー用紙 私は、LCAを使ってバイオ燃料を評価するときの間違いを詳述しました。 これらの研究は、今日まで米国では、再生可能な燃料が実際にはガソリンよりも気候にとってより有害であるという新たな発見の道を開いた。

米国でCO2を人為的に排出する最大の源である石油からCO2を軽減することは、まだ緊急の課題であり、 世界で2番目に大きい 石炭の後に。 しかし、我々の分析では、気候変動の治療法として、バイオ燃料は "病気より悪い"

削減と削除

科学は、バイオ燃料よりも効果的で低コストな気候保護メカニズムへの道を指している。 がある 2つの幅広い戦略 輸送燃料からのCO2排出を軽減する まず、輸送効率を向上させたり、走行距離を制限したり、電気や水素などの真の炭素を含まない燃料を代替することで、排出ガスを削減することができます。

2つ目は、生態系が吸収しているCO2を吸収するよりも早く大気からCOXNUMXを取り除くことができるということです。 のための戦略 "生物圏を再炭化する" include 植林と植林土壌の炭素を再建し、湿地や草原などの炭素が豊富な他の生態系を復元する。

これらのアプローチは、生物燃料生産がそれを脅かすのではなく、生物多様性(地球規模の持続可能性課題)を守るのに役立つでしょう。 私たちの分析は、もう一つの洞察も提供しています。一旦炭素が大気から取り除かれると、炭素を燃焼させて大気中に再放出するためだけにエネルギーと排出をバイオ燃料に処理することはめったにありません。

著者について

John DeCicco、研究教授、 ミシガン大学

この記事は、最初に公開された 会話。 読む 原著.\

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