Perché i biocarburanti si rivelano essere un errore climatico

Perché i biocarburanti si rivelano essere un errore climatico

Sin da 1973 embargo petroliferoLa politica energetica degli Stati Uniti ha cercato di sostituire i carburanti per il trasporto di petrolio con alternative. Un'opzione importante è l'uso di biocarburanti, come l'etanolo al posto della benzina e del biodiesel invece del normale gasolio.

Il trasporto genera un quarto delle emissioni di gas serra degli Stati Unitiquindi affrontare l'impatto di questo settore è cruciale per la protezione del clima.

Molti scienziati considerano i biocarburanti come intrinsecamente neutrale rispetto al carbonio: assumono che le piante di anidride carbonica (CO2) assorbano dall'aria mentre crescono completamente, o "neutralizzano" il CO2 emesso quando i combustibili prodotti dalle piante bruciano. Molti anni di modellazione al computer basata su questa ipotesi, tra cui lavoro sostenuto dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, ha concluso che l'utilizzo di biocarburanti per sostituire la benzina ha ridotto significativamente le emissioni di CO2 dai trasporti.

La nostra nuovo studio dà una nuova occhiata a questa domanda. Abbiamo esaminato i dati raccolti per valutare se una quantità sufficiente di CO2 è stata assorbita su terreni agricoli per bilanciare il CO2 emesso quando i biocarburanti sono bruciati. Si scopre che una volta che tutte le emissioni associate alle colture di materie prime e alla produzione di biocarburanti sono state coltivate, i biocarburanti effettivamente aumentano le emissioni di CO2 invece di ridurle.

Boom dei biocarburanti, errore climatico

Le politiche federali e statali hanno sovvenzionato l'etanolo di mais dagli 1970, ma i biocarburanti hanno ottenuto il sostegno come strumento per promuovere l'indipendenza energetica e ridurre le importazioni di petrolio dopo gli attacchi 11, 2001 di settembre. Nel Congresso 2005 emanato il Standard di carburante rinnovabile, che richiedeva ai raffinatori di carburante di miscelare 7.5 miliardi di litri di etanolo in benzina con 2012. (Per confronto, in quell'anno usavano gli americani 133 miliardi di litri di benzina.)

Nel Congresso 2007, il programma RFS è stato notevolmente ampliato con il supporto di alcuni grandi gruppi ambientalisti. Il nuovo standard più che triplicato consumo annuo di carburante rinnovabile negli Stati Uniti, che è aumentato da 4.1 miliardi di galloni in 2005 a 15.4 miliardi di galloni in 2015.

Il nostro studio dati esaminati da 2005-2013 durante questo forte aumento dell'uso di carburante rinnovabile. Anziché ritenere che produrre e utilizzare i biocarburanti fosse neutrale rispetto al carbonio, abbiamo confrontato esplicitamente la quantità di CO2 assorbita nei terreni coltivati ​​alla quantità emessa durante la produzione e il consumo di biocarburanti.

La crescita del raccolto esistente preleva già grandi quantità di CO2 dall'atmosfera. La questione empirica è se la produzione di biocarburanti aumenti il ​​tasso di assorbimento di CO2 quanto basta per compensare completamente le emissioni di CO2 prodotte quando il mais viene fermentato in etanolo e quando i biocarburanti sono bruciati.

La maggior parte delle colture che sono state introdotte in biocarburanti durante questo periodo erano già state coltivate; il principale cambiamento è stato che gli agricoltori hanno venduto più del loro raccolto a produttori di biocarburanti e meno per alimenti e mangimi. Alcuni agricoltori hanno ampliato la produzione di mais e soia o commutata a queste materie prime da colture meno redditizie.

Ma fintanto che le condizioni di crescita rimangono costanti, le piante di mais estraggono CO2 dall'atmosfera alla stessa velocità indipendentemente da come viene usato il mais. Pertanto, per valutare correttamente i biocarburanti, è necessario valutare l'assorbimento di CO2 su tutti i terreni coltivati. Dopo tutto, la crescita delle colture è la "spugna" CO2 che estrae il carbonio dall'atmosfera.

Quando abbiamo eseguito una valutazione del genere, abbiamo scoperto che da 2005 a 2013, l'assorbimento cumulativo di carbonio nei terreni agricoli statunitensi è aumentato dai teragrammi 49 (un teragramma è di un milione di tonnellate). Le aree coltivate della maggior parte delle altre colture di campo sono diminuite durante questo periodo, quindi questa maggiore assunzione di CO2 può essere in gran parte attribuita alle colture coltivate per i biocarburanti.

Nello stesso periodo, tuttavia, le emissioni di CO2 da fermentazione e combustione di biocarburanti sono aumentate dai teragrammi 132. Pertanto, il maggiore assorbimento di carbonio associato alla crescita delle colture compensa solo il 37% delle emissioni di CO2 correlate ai biocarburanti da 2005 a 2013. In altre parole, i biocarburanti sono tutt'altro che intrinsecamente neutrali rispetto al carbonio.

Flussi di carbonio e la "vasca da bagno climatica"

Questo risultato contraddice il lavoro più consolidato sui biocarburanti. Per capire perché, è utile pensare all'atmosfera come a vasca riempito con CO2 al posto dell'acqua.

Molte attività sulla Terra aggiungono CO2 all'atmosfera, come l'acqua che scorre da un rubinetto nella vasca. La fonte più grande è la respirazione: il carbonio è il carburante della vita e tutti gli esseri viventi "bruciano i carboidrati" per alimentare i loro metabolismi. La combustione di etanolo, benzina o altri carburanti a base di carbonio apre ulteriormente il "rubinetto" CO2 e aggiunge carbonio all'atmosfera più velocemente dei processi metabolici naturali.

Altre attività rimuovono CO2 dall'atmosfera, come l'acqua che scorre fuori da una vasca. Prima dell'era industriale, la crescita delle piante assorbiva più del sufficiente CO2 per compensare il CO2 che piante e animali si respiravano nell'atmosfera.

Oggi, tuttavia, in gran parte attraverso l'uso di combustibili fossili, stiamo aggiungendo CO2 all'atmosfera molto più rapidamente di quanto la natura rimuova. Di conseguenza, il "livello d'acqua" di CO2 aumenta rapidamente nella vasca da bagno climatica.

Quando i biocarburanti vengono bruciati, emettono all'incirca la stessa quantità di CO2 per unità di energia dei combustibili del petrolio. Pertanto, l'uso di biocarburanti anziché di combustibili fossili non cambia la rapidità con cui CO2 scorre nella vasca da bagno climatica. Per ridurre l'accumulo di CO2 atmosferici, la produzione di biocarburanti deve aprire il drenaggio di CO2, cioè deve accelerare la velocità netta alla quale il carbonio viene rimosso dall'atmosfera.

Coltivando più mais e soia si è aperto il consumo di CO2 "drenare" un po 'di più, principalmente spostando altre colture. Ciò è particolarmente vero per il mais, le cui alte rese rimuovono il carbonio dall'atmosfera ad un ritmo di due tonnellate per ettaro, più velocemente della maggior parte delle altre colture.

Tuttavia, l'espansione della produzione di mais e soia per i biocarburanti ha aumentato l'assorbimento di CO2 solo in misura sufficiente a compensare la percentuale di 37 di CO2 direttamente legata all'uso di biocarburanti. Inoltre, non è stato sufficiente a compensare altre emissioni di gas serra durante la produzione di biocarburanti da fonti quali l'uso di fertilizzanti, le attività agricole e la raffinazione del carburante. Inoltre, quando gli agricoltori convertono praterie, zone umide e altri habitat che immagazzinano grandi quantità di carbonio in terreni coltivati, si verificano rilasci di CO2 molto grandi.

Modellazione errata

Il nostro nuovo studio ha suscitato polemiche perché contraddice molte analisi precedenti. Questi studi hanno utilizzato un approccio chiamato analisi del ciclo di vita, o LCA, in cui gli analisti sommano tutte le emissioni di GHG associate alla produzione e all'utilizzo di un prodotto. Il risultato è popolarmente chiamato "prodotto"impronta di carbonio. "

Gli studi LCA usati per giustificare e amministrare le politiche sui combustibili rinnovabili valutano solo le emissioni - cioè il CO2 che scorre nell'aria - e non sono riusciti a valutare se la produzione di biocarburanti aumentasse la velocità con cui i terreni coltivati ​​rimuovevano CO2 dall'atmosfera. Invece, la LCA presume semplicemente che, poiché le colture energetiche come mais e soia possono essere rigenerate da un anno all'altro, rimuovono automaticamente la quantità di carbonio dall'atmosfera rilasciata durante la combustione dei biocarburanti. Questa assunzione significativa è codificata in modelli di computer LCA.

Sfortunatamente, LCA è la base per RFS e California Standard di combustibile a basso tenore di carbonio, un elemento chiave dell'ambizioso piano d'azione per il clima di tale stato. Viene anche utilizzato da altre agenzie, istituti di ricerca e imprese con un interesse per i carburanti per il trasporto.

Una volta ho accettato l'idea che i biocarburanti fossero intrinsecamente neutrali dal punto di vista del carbonio. Vent'anni fa ero l'autore principale di il primo foglio proponendo l'uso della LCA per la politica sui carburanti. Molti di questi studi sono stati fatti e a metanalisi ampiamente citata pubblicato su Science in 2006 ha scoperto che l'uso di etanolo di mais riduceva significativamente le emissioni di gas serra rispetto alla benzina di petrolio.

Tuttavia, altri studiosi hanno sollevato preoccupazioni su come piantare vaste aree con colture energetiche potrebbe alterare l'uso del suolo. All'inizio della 2008 Science pubblicarono due articoli degni di nota. Uno ha descritto come i raccolti di biocarburanti direttamente spostati habitat ricchi di carboniocome le praterie L'altro ha dimostrato che le colture in crescita per biocarburanti hanno provocato danni effetti indiretti, come la deforestazione, come gli agricoltori hanno gareggiato per terreni produttivi.

Gli aderenti alla LCA hanno reso i loro modelli più complessi per tenere conto di queste conseguenze della produzione di carburante. Ma le incertezze che ne sono derivate sono cresciute così tanto che è diventato impossibile determinare se i biocarburanti stessero aiutando il clima. In 2011 un Consiglio Nazionale delle Ricerche riferire sulla RFS ha concluso che i biocarburanti basati sulle colture come l'etanolo da mais "non hanno dimostrato in modo definitivo di ridurre le emissioni di gas serra e potrebbero effettivamente aumentarli".

Queste incertezze mi hanno spronato a iniziare a decostruire la LCA. In 2013, ho pubblicato un articolo su Climatic Change che mostrava le condizioni in cui la produzione di biocarburanti poteva compensare CO2 erano molto più limitati di quanto comunemente si presume. In un successivo documento di revisione Ho dettagliato gli errori commessi durante l'utilizzo della LCA per valutare i biocarburanti. Questi studi hanno aperto la strada alla nostra nuova scoperta che negli Stati Uniti, ad oggi, i carburanti rinnovabili sono in realtà più dannosi per il clima rispetto alla benzina.

È ancora urgente mitigare CO2 dal petrolio, che è la più grande fonte di emissioni antropogeniche di CO2 negli Stati Uniti e il secondo più grande a livello mondiale dopo il carbone. Ma la nostra analisi afferma che, come cura per il cambiamento climatico, i biocarburanti lo sono "Peggio della malattia".

Riduci e rimuovi

La scienza indica la via a meccanismi di protezione del clima che sono più efficaci e meno costosi dei biocarburanti. Ci sono due grandi strategie per mitigare le emissioni di CO2 dai carburanti per il trasporto. In primo luogo, possiamo ridurre le emissioni migliorando l'efficienza dei veicoli, limitando le miglia percorse o sostituendo carburanti veramente senza emissioni di carbonio come elettricità o idrogeno.

Secondo, possiamo rimuovere CO2 dall'atmosfera più rapidamente di quanto gli ecosistemi stiano assorbendo ora. Strategie per "Ricarbonizzare la biosfera" includere riforestazione e imboschimento, ricostruendo il carbonio del suolo e ripristinando altri ecosistemi ricchi di carbonio come le zone umide e le praterie.

Questi approcci aiuteranno a proteggere la biodiversità - un'altra sfida di sostenibilità globale - invece di minacciarla come fa la produzione di biocarburanti. La nostra analisi offre anche un'altra intuizione: una volta che il carbonio è stato rimosso dall'aria, raramente ha senso spendere energia ed emissioni per trasformarlo in biocarburanti solo per bruciare il carbonio e ri-rilasciarlo nell'atmosfera.

Circa l'autore

John DeCicco, Professore di ricerca, University of Michigan

Questo articolo è stato pubblicato in origine The Conversation. Leggi il articolo originale.\

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