在生物能源的十字路口玉米乙醇应该被抛在后面吗?

与美国经济的任何其他部门相比,交通运输占温室气体排放量的比例更大,这使得生物燃料成为缓解气候变化主要能源。由2007年立法制定的美国可再生燃料标准要求生物燃料部分替代石油基燃料。然而,到目前为止,玉米乙醇几乎完全完成了这项任务,但这种燃料对气候的影响可能比汽油更糟糕。

十五年后,威斯康星大学麦迪逊分校的一个小组的一项研究,结合计量经济学分析、土地利用数据和生物物理模型,评估了玉米乙醇对环境及政策的影响。

研究结果于本周发表在《美国国家科学院院刊》上,分析表明,使用土地种植玉米所产生的碳排放可以抵消玉米乙醇相对于汽油的任何优势。

结果证实了:从气候和环境的角度来看,玉米乙醇并不是一种好的生物燃料解决方案。

“它基本上重申了许多人的怀疑,即玉米乙醇不是一种气候友好型燃料,我们需要加速向更好的可再生燃料转变,并提高效率和电气化。”主要研究作者、科学家泰勒拉克(Tyler Lark)说。

他说,研究结果特别及时,因为可再生燃料标准规定了到2022年采用的生物燃料量;一旦这些要求到期,环境保护署将接手重新洗牌生物燃料。Lark说,接下来的政策可能会对气候变化产生非常大的影响。“这是决定这项政策以及我们的前景应该向前发展的关键时刻。”

在他们对美国土地利用模式变化的研究中,Lark和他的同事、威斯康星大学麦迪逊分校环境研究和地理学教授霍莉吉布斯(Holly Gibbs)注意到了美国农业用地的扩张,尤其是玉米用地。他们怀疑乙醇生产可能发挥了作用。“我们知道玉米用地可能有贡献,但我们不知道产生了多大影响。”Gibbs说。

他们组建了一个跨学科团队,汇集了来自威斯康星大学麦迪逊分校、加州大学戴维斯分校、堪萨斯州立大学和肯塔基大学的农业生态学家、环境建模师和经济学家。该团队以先前的建模研究为基础,对政策、乙醇开发、土地利用和环境结果之间的联系进行了更加实证的分析。

“这是我们第一次将详细、丰富的土地利用数据与潜在的经济驱动因素结合起来。” Gibbs说。“价格数据和经济模型提供了解释力,帮助我们了解我们观察了十年的这些变化背后的因果关系。”

他们的分析显示,可再生燃料标准的颁布推高了农作物价格,玉米价格上涨了30%,小麦和大豆等其他商品作物价格上涨了20%。从2008年到2016年,美国的玉米种植面积扩大了8.7%,覆盖了额外的690万英亩土地。这种增加的农业伴随着更多的化肥使用(每年额外增加3-8%)、更多的水质恶化(硝酸盐浸出和磷径流增加3-5%)以及土地利用变化导致的更多碳排放。

这些影响影响了全国人民的日常生活。氮和磷径流导致湖泊、河流和墨西哥湾的有害海藻的出现。而硝酸盐会污染地下水和饮用水;中西部各州的市政当局不得不建造新的水处理厂来处理来自农业污染的水中硝酸盐。玉米乙醇正在加剧这些问题。

总而言之,为满足可再生燃料标准而生产的玉米基乙醇的碳排放量至少与等量汽油的碳排放量一样高,甚至可能更高可能高出24%或更多。

根据可再生燃料标准,与石油相比,燃料必须至少减少20%的温室气体排放,才能成为可再生燃料。玉米乙醇刚刚达到EPA2010年监管分析的阈值,其排放量估计比汽油低20-21%。

但乙醇的环境状况并未达到预期。Lark说,事后看来,他们可以看到一个原因。“在EPA的监管分析中,他们估计国内土地利用的变化非常小。”他指出,“也许是正确的。没有人预料到会有如此大的反应,因为在过去的30年里,美国的农田面积一直在下降。”

然而,在过去的十年中,Lark和Gibbs的研究记录了农田面积的扩大以及从大豆和小麦向玉米单一种植的重大转变。

“美国环保署最初的估计表明,美国土地利用的变化将有助于改善乙醇的碳足迹。但回想起来,我们现在知道它恰恰相反。” Lark说。“与其将乙醇的碳强度降低到比汽油低20%,看起来它实际上将其提高到比汽油高得多的程度。”

Lark和Gibbs说,将10%的玉米乙醇引入汽油混合物中是朝着将可再生能源融入主流燃料迈出的有用一步,但这并不是一个好的长期战略。纤维素和其他先进的生物燃料例如由柳枝稷、其他多年生植物或废料制成的生物燃料提供了以更可持续的方式。

“我们现在用大量土地种植玉米来生产乙醇,”Lark说。“您可以设想用下一代生物燃料取代现有的150亿加仑玉米乙醇。这将会释放数百万英亩的土地。”

最终,调查结果强调,无论是正面的还是负面的,近期的政策决定都会对未来产生持久的影响。

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