Undersøgelse bekræfter bidrag fra bioenergi til afbødning af klimaændringer

At biobrændstoffer kan bidrage til et renere globalt energimix er bredt accepteret, men nettofordelene ved bioenergi i form af afbødende drivhusgasser (GHG) er uafklarede. Nogle hævder, for eksempel, at biobrændstoffer ikke er bæredygtige, fordi omdannelsen af ​​ikke-landbrugsjord til at dyrke energiafgrøder kan føre til et betydeligt indledende fald i kulstoflagring, skabe, hvad der er kendt som en "biobrændstof-kulstofgæld".

En undersøgelse foretaget af en grænseoverskridende gruppe forskere offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) kunne være med til at modbevise dette argument.

Undersøgelsen viste, at drivhusgasreduktionspotentialet ved dyrkning af skiftegræs til produktion af celluloseholdig ethanol i USA var sammenligneligt på hektar-basis med genplantning af skov og adskillige gange større end for genopretning af græsarealer. Switchgrass (Panicum virgatum) er et udbredt nordamerikansk indfødt græs, der foreslås som biomasse til den biobaserede økonomi.

Mere avanceret teknologi og integration af kulstoffangst og -lagring (CCS) kan yderligere øge bioenergisystemernes reduktionspotentiale pr. hektar med en faktor på seks, ifølge undersøgelsen, som blev støttet af São Paulo Research Foundation—FAPESP via et projekt ledet af John J. Sheehan.

Sheehan er tilknyttet University of Minnesota i USA og er i øjeblikket visiting fellow ved University of Campinas's School of Agricultural Engineering (FEAGRI-UNICAMP) i staten São Paulo, Brasilien, under ledelse af (São Paulo Excellence Chair (SPEC).

Medforfatter af undersøgelsen, Lee R. Lynd, en professor ved Dartmouth College i Hannover, New Hampshire (USA), påbegyndte et projekt i februar på UNICAMPs Center for Molekylærbiologi og Genteknologi (CBMEG), med finansiering fra FAPESP under SPEC-programmet.

"Undersøgelsen fremhæver i detaljer de faktorer og strategier, der er vigtige for implementeringen af ​​biobrændstofproduktion på en måde, der hjælper med at stabilisere klimaet, " fortalte Lynd.

Spørgsmål besvaret

Ifølge forfatterne, kritikere af bioenergi stiller spørgsmålstegn ved, om råvareafgrøder kan fremskaffes bæredygtigt uden at forårsage selvødelæggende reduktioner i økosystemets kulstoflagring.

Ud over "kulstofgælden" som følge af omdannelsen af ​​ikke-landbrugsjord til energiafgrødeplantager, Brugen af ​​eksisterende produktiv landbrugsjord med lave kulstoflagre kan også være kontraproduktiv, hvis fødevareproduktionen fortrænges, og drivhusgasemissionerne stiger andre steder.

Denne effekt, kendt som indirekte ændringer i arealanvendelsen, kan minimeres eller undgås ved at dyrke biobrændstofråvarer på lavt udbytte eller forladte landbrugsjord, eller jord skånet for fortsat landbrugsbrug gennem fremtidig landbrugsintensivering eller ændringer i kosten.

Genskovning tilbyder en alternativ anvendelse af sådanne arealer til drivhusgasreduktion. Imidlertid, det hævdes ofte, at vurdering af bioenergiproduktion i disse områder bør overveje deres "mulighedsomkostninger", det vil sige den kulstofbinding, der går tabt, når jord bruges til råvareproduktion i stedet for genplantning.

"De vigtigste undersøgelser, der er offentliggjort til dato, tyder på nul nettoændring af arealanvendelse, men indirekte ændringer i arealanvendelsen bliver fortsat påberåbt som en central kritik af biobrændstoffer, " sagde Lynd.

Disse argumenter var oprindeligt rettet mod førstegenerations biobrændstoffer - opnået fra sukker, stivelse eller vegetabilsk olie i fødevareafgrøder dyrket på landbrugsjord - men spørgsmål med fokus på kulstofgæld, indirekte ændringer i arealanvendelsen, og alternativomkostninger er siden blevet hævet vedrørende produktion af celluloseholdig biomasse til brug i avanceret biobrændstofproduktion eller elproduktion.

Baseret på disse og andre argumenter, nyere undersøgelser tyder på, at brug af jord til at producere bioenergiråvarer har en mindre end ideel effekt med hensyn til at afbøde klimakrisen, og anbefaler, at forskning og politik omfokuseres mod landbaseret biologisk kulstofhåndtering.

Imidlertid, disse undersøgelser er ofte baseret på sekundære estimater af bioenergisystemers ydeevne og reduktion af mulighedsomkostninger. Desuden, de udelukker generelt overvejelser om CCS eller fremtidige teknologiforbedringer, bemærker forfatterne.

"Hver af de kritikpunkter, vi diskuterer i undersøgelsen, har en vis legitimitet i forhold til at pege på faktorer, der kan ophæve biobrændstoffers gavnlige indvirkning på klimaet, men de skal ikke tages som bevis på, at biobrændstoffer overhovedet ikke kan eller har nogen gavnlig virkning, " sagde Lynd.

For at tilbagevise argumenterne fra kritikere af biobrændstofs bæredygtighed, forskerne brugte økosystemsimulering kombineret med modeller for produktion af celluloseholdigt biobrændstof og CCS, estimering af potentialet for biobrændstof fra energigræs til at erstatte fossile brændstoffer og binde kulstof direkte sammenlignet med andre landbaserede afbødningsordninger, såsom genplantning af skov og genopretning af græsarealer.

De kalibrerede økosystemmodellen til at udføre tidsmæssigt eksplicitte simuleringer af atmosfære-biosfærens kulstofudveksling under forskellige valg af arealanvendelse på tre casestudiesteder i USA.

Analysen viste, at hvor landmændene gik fra skiftegræs til celluloseholdig ethanol, var afbødningspotentialet pr.

Det viste også, at afbødningspotentialet af plausible fremtidige forbedringer i energiafgrødeudbytte og bioraffineringsteknologi, sammen med CCS, kunne være fire gange større end for genplantning af skov og 15 gange større end for genopretning af græsarealer.

"Ud over, vi fandt ud af, at naturligt areal og den teknologiske modenhed af forsyningskæden gør en væsentlig forskel, når det kommer til at estimere de relative fordele ved begrænsning af drivhusgasser ved hjælp af biobrændstoffer og genopretning af naturlig vegetation, " sagde Lynd.

Switchgrass cultivation can be particularly useful in parts of the US where the natural plant cover consists of grass rather than trees, ifølge undersøgelsen.

I fremtiden, the researchers plan to use the same modeling approach to discuss these issues for the US on a nationwide scale. "An important direction in which the study points is an analysis of a broader range of sites, energy crops, and conversion processes, including those designed to include biofuel production in a manner consistent with the circular economy, " Lynd said.

The methodology could also be used to analyze the production of biofuel from sugarcane in Brazil, han tilføjede.