Frågor som rör biodrivmedel - Issues relating to biofuels

Det finns olika sociala, ekonomiska, miljömässiga och tekniska frågor med produktion och användning av biobränslen , som har diskuterats i populära medier och vetenskapliga tidskrifter. Dessa inkluderar: effekten av att moderera oljepriserna , debatten om " livsmedel mot bränsle ", fattigdomsminskningspotential , koldioxidutsläppsnivåer , hållbar produktion av biobränsle , avskogning och markerosion , förlust av biologisk mångfald , effekt på vattenresurser , möjliga ändringar som krävs för att driva motorn på biobränsle, liksom energibalans och effektivitet. Den internationella Resource Panel , som ger oberoende vetenskapliga bedömningar och expertråd på olika resursrelaterade teman, bedömde frågor som rör användningen av biobränslen i sin första rapport Mot en hållbar produktion och användning av resurser: Bedöma Biobränslen . I den redogjorde den för de bredare och sammanhängande faktorerna som måste beaktas när man beslutar om de relativa fördelarna med att driva ett biobränsle framför ett annat. Den drog slutsatsen att inte alla biobränslen presterar lika när det gäller deras effekt på klimat, energisäkerhet och ekosystem och föreslog att miljömässiga och sociala effekter måste bedömas under hela livscykeln.

Sociala och ekonomiska effekter

Oljeprismoderering

Den International Energy Agency 's World Energy Outlook 2006 drar slutsatsen att stigande efterfrågan på olja, om de lämnas därhän, skulle accentuera de konsumerande ländernas sårbarhet för allvarliga försörjningsavbrott och resulterar prischocken. Rapporten föreslog att biobränslen en dag kan erbjuda ett lönsamt alternativ, men också att "konsekvenserna av användningen av biodrivmedel för global säkerhet samt för ekonomisk, miljömässig och folkhälsa måste utvärderas ytterligare".

Enligt Francisco Blanch, en varustrateg för Merrill Lynch , skulle råolja handla 15 procent högre och bensin skulle vara så mycket som 25 procent dyrare, om det inte vore för biobränslen. Gordon Quaiattini, ordförande för Canadian Renewable Fuels Association , hävdade att en sund tillgång på alternativa energikällor kommer att hjälpa till att bekämpa bensinpriser.

"Mat vs bränsle" debatt

Huvudartikel: Mat vs bränsle

Mat vs bränsle är debatten om risken att avleda jordbruksmark eller grödor för produktion av biobränslen till skada för livsmedelsförsörjningen i global skala. I huvudsak hänvisar debatten till möjligheten att genom att jordbrukare ökar sin produktion av dessa grödor, ofta genom statliga stödincitament, förskjuts deras tid och mark från andra typer av icke-biobränslegrödor som ökar priset på icke-biobränslegrödor på grund av minskad produktion. Därför är det inte bara att det finns en ökad efterfrågan på livsmedelsklammerna, som majs och kassava, som upprätthåller majoriteten av världens fattiga, men det har också potential att höja priset på de återstående grödorna som dessa individer annars skulle göra måste använda för att komplettera sina dieter. En nyligen genomförd studie för International Center for Trade and Sustainable Development visar att marknadsdriven expansion av etanol i USA ökade majspriserna med 21 procent 2009, jämfört med vad priserna skulle ha varit om etanolproduktionen hade fryst på 2004-nivåer. En studie från november 2011 säger att biobränslen, deras produktion och deras subventioner är de främsta orsakerna till jordbruksprischocker. Motargumentet omfattar överväganden av vilken typ av majs som används i biobränslen, ofta fält majs som inte är lämplig för konsumtion; den del av majsen som används i etanol, stärkelsesdelen; och den negativa effekten högre priser på majs och spannmål har på statens välfärd för dessa produkter. Debatten om "mat vs. bränsle" eller "mat eller bränsle" är internationellt kontroversiell, med oenighet om hur viktigt detta är, vad som orsakar det, vad effekten är och vad som kan eller bör göras åt det.

Fattigdomsreducering

Forskare vid Overseas Development Institute har hävdat att biodrivmedel kan bidra till att minska fattigdomen i utvecklingsländerna genom ökad sysselsättning , bredare ekonomiska tillväxtmultiplikatorer och genom att stabilisera oljepriserna (många utvecklingsländer är nettoimportörer av olja). Denna potential beskrivs dock som ”ömtålig” och minskas där råvaruproduktionen tenderar att vara storskalig eller orsakar press på begränsade jordbruksresurser: kapitalinvesteringar, mark, vatten och nettokostnaden för mat för de fattiga.

När det gäller potentialen för fattigdomsbekämpning eller förvärring förlitar sig biobränslen på många av samma policy-, reglerings- eller investeringsbrister som hindrar jordbruket som en väg till fattigdomsbekämpning . Eftersom många av dessa brister kräver politiska förbättringar på landsnivå snarare än en global, argumenterar de för en land-för-land-analys av de potentiella fattigdomseffekterna av biodrivmedel. Detta skulle bland annat överväga markförvaltningssystem, marknadskoordinering och prioritering av investeringar i biodiesel , eftersom detta "genererar mer arbetskraft, har lägre transportkostnader och använder enklare teknik". Det är också nödvändigt att sänka tullarna på import av biobränsle oavsett ursprungsland, särskilt på grund av ökad effektivitet i biobränsleproduktionen i länder som Brasilien.

Hållbar produktion av biobränsle

Huvudartikel: Hållbart biobränsle

Ansvarig politik och ekonomiska instrument skulle bidra till att kommersialisera biobränslen, inklusive utveckling av ny cellulosateknik , är hållbart . Ansvarsfull kommersialisering av biodrivmedel utgör ett tillfälle att förbättra hållbara ekonomiska utsikter i Afrika, Latinamerika och fattiga Asien.

Miljöpåverkan

Se även: Miljöpåverkan av biodiesel

Jorderosion och avskogning

Storskalig avskogning av mogna träd (som att ta bort CO 2 genom fotosyntes - mycket bättre än sockerrör eller de flesta andra råmaterial biobränslegrödor gör) bidrar till jorderosion , obehag hållbara globala uppvärmningen atmosfären av växthusgaser nivåer, förlust av livsmiljöer , och en minskning av värdefull biologisk mångfald (både på land och i haven ). Efterfrågan på biobränsle har lett till rensning av mark för palmoljeplantager . Bara i Indonesien har över 9 400 000 hektar (38 000 km 2 ) skog omvandlats till plantager sedan 1996.

En del av biomassan bör behållas på plats för att stödja markresursen. Normalt kommer detta att vara i form av rå biomassa, men bearbetad biomassa är också ett alternativ. Om den exporterade biomassan används för att producera syntetiska gaser kan processen användas för att samproducera biokol , ett kol med låg temperatur som används som jordändring för att öka jordens organiska material i en grad som inte är praktisk med mindre motsträviga former av organiskt kol. För att samproduktion av biokol ska kunna antas i stor utsträckning måste markändringen och kolbindningsvärdet för samproducerat kol överstiga dess nettovärde som energikälla.

Vissa kommentatorer hävdar att avlägsnande av ytterligare cellulosabiomassa för produktion av biobränsle kommer att tömma marken ytterligare.

Påverkan på vattenresurser

Ökad användning av biobränslen sätter ett ökat tryck på vattenresurserna på minst två sätt: vattenanvändning för bevattning av grödor som används som råvaror för produktion av biodiesel; och vattenanvändning vid produktion av biobränslen i raffinaderier, mestadels för kokning och kylning.

I många delar av världen behövs kompletterande eller fullständig bevattning för att odla råvaror. Om till exempel halva vattenbehovet för grödor tillgodoses genom bevattning och den andra halvan genom regn, behövs cirka 860 liter vatten för att producera en liter etanol vid produktion av majs (majs). Men i USA kommer endast 5-15% av vattnet som krävs för majs från bevattning medan de andra 85-95% kommer från naturliga nederbörd.

I USA har antalet etanolfabriker nästan tredubblats från 50 år 2000 till cirka 140 år 2008. Ytterligare ett 60-tal är under uppbyggnad och många fler planeras. Projekten utmanas av invånarna vid domstolar i Missouri (där vatten hämtas från Ozark Aquifer ), Iowa, Nebraska, Kansas (som alla drar vatten från den icke förnybara Ogallala Aquifer ), centrala Illinois (där vatten dras från Mahomet Aquifer ) och Minnesota.

Till exempel ger de fyra etanolgrödorna: majs, sockerrör, söt sorghum och tall netto energi. Att öka produktionen för att uppfylla USA: s energiomständighets- och säkerhetslags mandat för förnybara bränslen fram till 2022 skulle dock ta tunga vägar i staterna Florida och Georgien. Den söta sorghum, som presterade bäst av de fyra, skulle öka mängden sötvattenuttag från de två staterna med nästan 25%.

Förorening

Formaldehyd , acetaldehyd och andra aldehyder framställs när alkoholer oxideras . När endast en 10% blandning av etanol tillsätts till bensin (som är vanligt i amerikansk E10 -gasol och på andra håll) ökar aldehydutsläppen med 40%. Vissa studieresultat är emellertid motstridiga om detta och att sänka svavelhalten i biobränsleblandningar sänker acetaldehydnivåerna. Brinnande biodiesel avger också aldehyder och andra potentiellt farliga aromatiska föreningar som inte regleras i utsläppslagar.

Många aldehyder är giftiga för levande celler. Formaldehyd tvärbindar protein aminosyror som är oåterkalleligt , som producerar hårda kött av balsamerade kroppar. Vid höga koncentrationer i ett slutet utrymme kan formaldehyd vara en betydande andningsirriterande orsakande näsblod, andningsbesvär, lungsjukdom och ihållande huvudvärk. Acetaldehyd, som produceras i kroppen av alkoholdrycker och finns i munnen på rökare och personer med dålig munhygien, är cancerframkallande och mutagen .

Den Europeiska unionen har förbjudit produkter som innehåller Formaldehyd , på grund av dess dokumenterade cancerframkallande egenskaper. USA: s miljöskyddsbyrå har märkt formaldehyd som en trolig orsak till cancer hos människor.

Brasilien bränner betydande mängder etanolbiobränsle. Gas kromatografiska studier utfördes av omgivningsluften i Sao Paulo, Brasilien, och jämfört med Osaka, Japan, som inte brinner etanolbränsle. Atmosfärisk formaldehyd var 160% högre i Brasilien och acetaldehyd var 260% högre.

Tekniska problem

Energieffektivitet och energibalans

Trots dess tillfälliga proklamation som ett "grönt" bränsle är första generationens biobränslen, främst etanol, inte utan sina egna växthusgasutsläpp . Medan etanol ger färre totala växthusgasutsläpp än bensin, är dess produktion fortfarande en energiintensiv process med sekundära effekter. Bensin producerar vanligtvis 8,91 kg CO2 per gallon, jämfört med 8,02 kg CO2 per gallon för E10-etanol och 1,34 kg CO2 per gallon för E85-etanol. Baserat på en studie av Dias de Oliveira et al. (2005), majsbaserad etanol kräver 65,02 gigajoules (GJ) energi per hektar (ha) och producerar cirka 1236,72 kg per ha koldioxid (CO2), medan sockerrörsbaserad etanol kräver 42,43 GJ / ha och producerar 2268,26 kg / ha koldioxid under antagandet av icke-kolneutral energiproduktion. Dessa utsläpp härrör från jordbruksproduktion, odling av grödor och bearbetning av etanol. När etanolen blandats med bensin resulterar det i en koldioxidbesparing på cirka 0,89 kg CO2 per förbrukad gallon (USDOE, 2011a).

Ekonomisk livskraft

Ur produktionssynpunkt kan miscanthus producera 742 gallon etanol per tunnland mark, vilket är nästan dubbelt så mycket som majs (399 gal/acre, med ett genomsnittligt utbyte på 145 bushels per acre under normal majs-sojabönorotation) och nästan tre gånger lika mycket som majsstover (165 gal / acre) och switchgrass (214 gal / acre). Produktionskostnaderna är ett stort hinder för storskalig implementering av andra generationens biobränslen, och deras efterfrågan på marknaden beror främst på deras priskonkurrenskraft i förhållande till majsetanol och bensin. Vid denna tidpunkt var kostnaderna för omvandling av cellulosabränslen, 1,46 $ per gallon, ungefär dubbelt så höga som majsbaserad etanol, 0,78 $ per gallon. Cellulosabiobränslen från majsstover och miscanthus var 24% respektive 29% dyrare än majsetanol, och biobränsle från switchgrass är mer än dubbelt så dyrt som majsetanol.

Beskrivning (CASE) ('000 US $) Utvecklad nation (2G) FALL A Developing Nation (2G) CASE B Utvecklad nation (1G) FALL C Developing Nation (1G) FALL D
Rörelseresultat 209 313 -1,176,017 166 952 -91 300
Netto nuvärde 100,690 -1 011 217 40 982 39 224
Avkastning på investeringar 1,41 0,32 1.17 0,73

Koldioxidutsläpp

Biobränslen och andra former av förnybar energi syftar till att vara koldioxidneutrala eller till och med koldioxidnegativa . Kolneutralt innebär att kolet som frigörs vid användning av bränslet, t.ex. genom förbränning till krafttransport eller elproduktion, absorberas och balanseras av kolet som absorberas av tillväxt av nya växter. Dessa växter skördas sedan för att göra nästa sats bränsle. Kolneutrala bränslen leder till inga nettoökningar av mänskliga bidrag till atmosfäriska koldioxidhalter , vilket minskar de mänskliga bidragen till den globala uppvärmningen . Ett kolnegativt mål uppnås när en del av biomassan används för kolsekvestering . Att beräkna exakt hur mycket växthusgas (GHG) som produceras vid förbränning av biobränslen är en komplex och inexakt process, som beror mycket på hur bränslet produceras och andra antaganden i beräkningen.

Koldioxidutsläppen ( koldioxidavtryck ) som produceras av biobränslen beräknas med en teknik som kallas Life Cycle Analysis (LCA). Detta använder en "vagga till grav" eller "brunn till hjul" -metod för att beräkna den totala mängden koldioxid och andra växthusgaser som släpps ut under produktion av biobränsle, från att lägga utsäde i marken till att använda bränslet i bilar och lastbilar. Många olika LCA har gjorts för olika biobränslen, med mycket olika resultat. Flera väl-till-hjulanalyser för biobränslen har visat att första generationens biobränslen kan minska koldioxidutsläppen, med besparingar beroende på vilket råmaterial som används, och andra generationens biobränslen kan ge ännu högre besparingar jämfört med att använda fossila bränslen. Emellertid tog dessa studier inte hänsyn till utsläpp från kvävefixering eller ytterligare koldioxidutsläpp på grund av indirekta markanvändningsförändringar . Dessutom misslyckas många LCA-studier med att analysera effekten av substitut som kan komma ut på marknaden för att ersätta nuvarande biomassabaserade produkter. När det gäller rå tallolja, en råvara som används vid produktion av tallkemikalier och som nu omdirigeras för användning i biobränsle, visade en LCA-studie att det globala koldioxidavtrycket av tallkemikalier som produceras av CTO är 50 procent lägre än ersättningsprodukter som används i samma situation motverkar vinsten från att använda ett biobränsle för att ersätta fossila bränslen. Dessutom visade studien att fossila bränslen inte minskar när CTO omdirigeras till användning av biobränsle och ersättningsprodukterna förbrukar oproportionerligt mer energi. Denna avledning kommer att påverka en bransch som bidrar väsentligt till världsekonomin och producerar mer än 3 miljarder pund tallkemikalier årligen i komplexa, högteknologiska raffinaderier och tillhandahåller jobb direkt och indirekt för tiotusentals arbetare.

En uppsats publicerad i februari 2008 i Sciencexpress av ett team ledt av Searchinger från Princeton University drog slutsatsen att en gång ansåg indirekt markanvändning förändrar effekterna i livscykelbedömningen av biobränslen som används för att ersätta bensin, istället för att spara både majs och cellulosaetanol ökade kolutsläppen jämfört med bensin med 93 respektive 50 procent. En andra uppsats publicerad i samma utgåva av Sciencexpress, av ett team ledt av Fargione från The Nature Conservancy , fann att en koldioxidskuld skapas när naturmark rensas och omvandlas till produktion av biobränsle och till grödproduktion när jordbruksmark omdirigeras till produktion av biobränsle, därför gäller denna koldioxidskuld både direkta och indirekta förändringar av markanvändningen.

Searchinger- och Fargione -studierna fick framträdande uppmärksamhet i både de populära medierna och i vetenskapliga tidskrifter . Metoden tog dock viss kritik, med Wang och Haq från Argonne National Laboratory som publicerade ett offentligt brev och skickade sin kritik om Searchinger-tidningen till Letters to Science . Ytterligare en kritik av Kline och Dale från Oak Ridge National Laboratory publicerades i Letters to Science. De hävdade att Searchinger et al. och Fargione et al. "... ger inte tillräckligt stöd för deras påstående om att biobränslen orsakar höga utsläpp på grund av förändringar i markanvändningen . Den amerikanska biobränsleindustrin reagerade också och hävdade i ett offentligt brev att" Searchinger-studien helt klart är ett "värsta fall "analys ... " och att denna studie " bygger på en lång serie mycket subjektiva antaganden ... ".

Motordesign

De modifieringar som krävs för att köra förbränningsmotorer på biobränsle beror på vilken typ av biobränsle som används och vilken typ av motor som används. Till exempel kan bensinmotorer köras utan några ändringar alls på biobutanol . Mindre ändringar krävs dock för att köra på bioetanol eller biometanol . Dieselmotorer kan köras på de senare bränslen, liksom på vegetabiliska oljor (som är billigare). Det senare är dock endast möjligt när motorn har förutsetts med indirekt injektion . Om det inte finns någon indirekt injektion måste motorn därför förses med detta.

Kampanjer

Ett antal miljöorganisationer kampar mot produktion av biodrivmedel som ett storskaligt alternativ till fossila bränslen. Till exempel säger Jordens vänner att "den nuvarande brådskan för att utveckla agrobränslen (eller biobränslen) i stor skala är genomtänkt och kommer att bidra till en redan ohållbar handel utan att lösa problemen med klimatförändringar eller energisäkerhet". Vissa vanliga miljögrupper stöder biobränslen som ett viktigt steg mot att bromsa eller stoppa den globala klimatförändringen. Stödjande miljögrupper anser dock generellt att biobränsleproduktion kan hota miljön om det inte görs på ett hållbart sätt. Detta har stöttats av rapporter från FN , IPCC och några andra mindre miljö- och sociala grupper som EEB och Bank Sarasin, som i allmänhet förblir negativa för biobränslen.

Som ett resultat vänder sig statliga och miljöorganisationer mot biobränslen tillverkade på ett ohållbart sätt (föredrar härmed vissa oljekällor som jatropha och lignocellulosa framför palmolja ) och ber om globalt stöd för detta. Förutom att stödja dessa mer hållbara biobränslen omdirigerar miljöorganisationer till ny teknik som inte använder förbränningsmotorer som väte och tryckluft .

Flera standardiserings- och certifieringsinitiativ har inrättats om ämnet biobränslen. "Roundtable on Sustainable Biofuels" är ett internationellt initiativ som samlar jordbrukare, företag, regeringar, icke-statliga organisationer och forskare som är intresserade av hållbarhet i produktion och distribution av biodrivmedel. Under 2008 utvecklar rundabordstabellen en rad principer och kriterier för hållbar produktion av biobränslen genom möten, telefonkonferenser och onlinediskussioner. På samma sätt har Bonsucro- standarden utvecklats som ett metriskbaserat certifikat för produkter och försörjningskedjor, som ett resultat av ett pågående initiativ med flera intressenter som fokuserar på sockerrörsprodukter , inklusive etanolbränsle.

Den ökade tillverkningen av biobränslen kommer att kräva ökande markarealer för jordbruk. Andra och tredje generationens biobränsleprocesser kan underlätta trycket på land eftersom de kan använda avfallsbiomassa och befintliga (outnyttjade) källor till biomassa, såsom grödorester och eventuellt även marina alger.

I vissa regioner i världen orsakar en kombination av ökad efterfrågan på mat och ökad efterfrågan på biobränsle avskogning och hot mot biologisk mångfald. Det bäst rapporterade exemplet på detta är expansionen av oljepalmplantager i Malaysia och Indonesien, där regnskog förstörs för att etablera nya oljepalmplantager. Det är ett viktigt faktum att 90% av palmoljan som produceras i Malaysia används av livsmedelsindustrin; Biobränslen kan därför inte hållas ensamma för denna avskogning. Det finns ett stort behov av hållbar produktion av palmolja för livsmedels- och bränsleindustrin. palmolja används i ett brett utbud av livsmedelsprodukter. Den Roundtable on Sustainable Biofuels arbetar för att definiera kriterier, standarder och processer för att främja hållbart producerade biobränslen. Palmolja används också vid tillverkning av tvättmedel och vid el- och värmeproduktion både i Asien och runt om i världen (Storbritannien bränner palmolja i koleldade kraftverk för att generera el).

Ett betydande område kommer sannolikt att ägnas åt sockerrör under de kommande åren eftersom efterfrågan på etanol ökar över hela världen. Utvidgningen av sockerrörsplantager kommer att sätta press på miljökänsliga inhemska ekosystem inklusive regnskog i Sydamerika. I skogens ekosystem kommer dessa effekter i sig att undergräva klimatfördelarna med alternativa bränslen, förutom att de utgör ett stort hot mot den globala biologiska mångfalden.

Även om biobränslen allmänt anses förbättra koldioxidutsläpp, producerar biodiesel och andra bränslen lokalt luftföroreningar, inklusive kväveoxider , den främsta orsaken till smog .

Se även

Referenser

externa länkar