Bør majsethanol efterlades i bakspejlet ved bioenergi-korsvej?

Transport er ansvarlig for en større andel af drivhusgasemissionerne end nogen anden sektor i den amerikanske økonomi, hvilket gør biobrændstoffer til en lovende strategi til at afbøde menneskedrevne klimaændringer. U.S. Renewable Fuel Standard, skabt af 2007-lovgivningen, giver mandat til, at sådanne brændstoffer delvist erstatter oliebaserede. Indtil videre er mandatet dog næsten blevet opfyldt af majsethanol, et brændstof, der kan være værre for klimaet end den benzin, det erstatter.

Femten år senere vurderede forskning ledet af University of Wisconsin-Madison majsethanols miljøpåvirkninger og den politik, der styrer det, ved hjælp af en kombination af økonometriske analyser, arealanvendelsesdata og biofysisk modellering.

Analysen, offentliggjort i denne uge i Proceedings of the National Academy of Sciences , viser, at kulstofemissionerne fra at bruge jord til at dyrke majs kan ophæve eller endda vende eventuelle klimafordele ved majsethanol i forhold til benzin.

Resultaterne bekræfter, hvad mange forskere allerede indså:Fra et klima- og miljømæssigt synspunkt er majsethanol ikke en god biobrændstofløsning. I stedet stemmer resultaterne overens med bevægelsen inden for bioenergiforskning mod udvikling af næste generations biobrændstoffer, såsom dem, der er fremstillet af flerårige nonfood-planter dyrket på jord, der er mindre egnet til konventionelt landbrug.

"Det bekræfter dybest set, hvad mange havde mistanke om, at majsethanol ikke er et klimavenligt brændstof, og vi er nødt til at fremskynde skiftet i retning af bedre vedvarende brændstoffer, samt foretage forbedringer i effektivitet og elektrificering," siger hovedstudieforfatter Tyler Lark, en videnskabsmand. i Great Lakes Bioenergy Research Center og Nelson Institute for Environmental Studies ved UW-Madison.

Resultaterne er især rettidige, siger han, fordi Renewable Fuel Standard påbyder specifikke årlige biobrændstofmængder frem til 2022; når disse krav udløber, vil Miljøstyrelsen overtage rollen med at bestemme, hvor meget og hvilke typer biobrændstof der skal produceres hvert år for at opfylde standarden. Hvad der kommer dernæst politisk set kan have en meget stor effekt på klimaforandringerne, siger Lark. "Det er et afgørende øjeblik for at beslutte, hvordan denne politik - og vores landskab - skal se ud fremover."

I deres undersøgelser af skiftende mønstre for arealanvendelse i USA har Lark og hans kollega Holly Gibbs, en UW-Madison professor i miljøstudier og geografi, bemærket udvidelsen af ​​landbrugsjord dedikeret til råvareafgrøder, især majs. De havde mistanke om, at ethanolproduktion kunne spille en rolle. "Vi vidste, at det sandsynligvis ville bidrage, men vi vidste ikke i hvilket omfang," siger Gibbs.

De samlede et tværfagligt team, der samlede agroøkologer, miljømodelbyggere og økonomer fra UW-Madison, University of California, Davis, Kansas State University og University of Kentucky. Holdet byggede på tidligere modelundersøgelser for at udføre en mere empirisk analyse af sammenhængen mellem politik, ethanoludvikling, arealanvendelse og miljømæssige resultater.

"Det er første gang, vi har parret disse detaljerede, rige arealanvendelsesdata med de underliggende økonomiske drivkræfter," siger Gibbs. "Prisdataene og de økonomiske modeller gav forklaringskraften til at hjælpe os med at forstå årsagssammenhængen bag disse ændringer, som vi har observeret i et årti."

Indførelsen af ​​Renewable Fuel Standard drev afgrødepriserne op, viser deres analyse, hvor majspriserne steg med 30 % og andre råvareafgrøder, såsom hvede og sojabønner, med 20 %. Fra 2008 til 2016 voksede majsdyrkningen i USA med 8,7 % og dækkede yderligere 6,9 ​​millioner acres jord. Dette øgede landbrug er blevet ledsaget af mere gødningsbrug (3-8 % ekstra hvert år), mere forringelse af vandkvaliteten (3-5 % stigning i nitratudvaskning og fosforafstrømning) og flere kulstofemissioner, der kan tilskrives ændringer i arealanvendelsen.

Disse effekter påvirker hverdagen for mennesker over hele landet. Nitrogen- og fosforafstrømning bidrager til skadelig algeopblomstring og døde zoner i søer, floder og Den Mexicanske Golf. Og nitratudvaskning kan forurene grundvand og drikkevand; det er ikke ualmindeligt, at kommuner i Midtvestlige stater skal bygge nye vandbehandlingsanlæg for at behandle nitrat i deres vand fra landbrugsforurening. Majsethanol forværrer disse problemer.

"Denne ene politik øgede effektivt forureningen fra hele landbrugsindustrien med flere procent," siger Lark.

Summeeffekten er, at kulstofemissionerne af majsbaseret ethanol produceret for at opfylde standarden for vedvarende brændstoffer er mindst lige så høje som dem fra den tilsvarende mængde benzin og muligvis højere – sandsynligvis med 24 % eller mere.

I henhold til Renewable Fuel Standard skulle et brændstof opnå mindst 20 % reduktion i drivhusgasemissioner i forhold til petroleum for at kunne kvalificeres som vedvarende. Majsethanol nåede netop tærsklen i EPA's 2010 lovgivningsmæssige konsekvensanalyse, med emissioner anslået til at være 20-21 % lavere sammenlignet med benzin.

Men ethanols miljøprofil har ikke levet op til forventningerne. Med bagklogskabens fordel, siger Lark, kan de se en grund til hvorfor. "I EPA's lovgivningsanalyse estimerede de en meget lille mængde indenlandsk arealanvendelsesændring," bemærker han, "og måske med rette. Ingen forventede et så stort svar, fordi afgrødearealet i USA havde været faldende i de foregående 30 år."

I det seneste årti har Lark og Gibbs' forskning imidlertid dokumenteret både udvidelse af afgrødearealer og betydelig skift fra sædskifte med soja og hvede til mere kontinuerlig majsmonokultur.

"EPA's oprindelige estimater antydede, at ændringer i amerikansk arealanvendelse ville binde kulstof og hjælpe med at forbedre ethanolens kulstofaftryk. Men set i bakspejlet ved vi nu, at det gjorde det modsatte," siger Lark. "I stedet for at reducere kulstofintensiteten af ​​ethanol til 20 % lavere end benzin, ser det ud til, at det faktisk øger den til så meget højere end benzin."

Introduktion af 10% majsethanol i benzinblandinger har været et nyttigt skridt i retning af at integrere vedvarende energi i almindelige brændstoffer, siger Lark og Gibbs, men det er ikke en god langsigtet strategi. Cellulose og andre avancerede biobrændstoffer – såsom dem, der er fremstillet af grøntgræs, andre flerårige planter eller affaldsmaterialer – giver mulighed for at opbygge den start på en mere bæredygtig måde.

"Vi bruger meget jord til majs og ethanol lige nu," siger Lark. "Du kunne forestille dig at erstatte de eksisterende 15 milliarder gallons majsethanol med næste generations biobrændstoffer, efterhånden som den produktion kommer online. Det ville give en mulighed for at genoprette millioner af hektar kornmarker til flerårige indfødte græsarealer og andre landskaber, der potentielt kunne udnyttes til bioenergi , stadig være økonomisk produktiv og også hjælpe med at reducere nitratudvaskning, erosion og afstrømning."

I sidste ende understreger resultaterne, at politiske beslutninger på kort sigt vil have en varig miljømæssig arv, hvad enten det er positivt eller negativt.

"Dette tilføjer et presserende arbejde til det kritiske arbejde, der udføres i vores bioenergiforskningscentre for at finde måder at generere kulstofnegative biobrændstoffer," siger Lark, "og at bruge flerårige og hjemmehørende systemer, der kan forbedre vandkvaliteten, forbedre biodiversiteten og hjælpe virkeligt med at ramme vores mål for reduktion af CO2-emissioner."