Mengapa Biofuels Ternyata Menjadi Blunder Iklim

Sejak 1973 embargo minyak, Kebijakan energi AS telah berusaha mengganti bahan bakar berbasis minyak bumi dengan alternatif alternatif. Salah satu pilihan utama adalah menggunakan biofuel, seperti etanol sebagai pengganti bensin dan biodiesel daripada diesel biasa.

Transportasi menghasilkan seperempat emisi gas rumah kaca AS, sehingga menangani dampak sektor ini sangat penting untuk perlindungan iklim.

Banyak ilmuwan melihat biofuel sebagai secara inheren bersifat netral karbon: mereka menganggap tanaman karbon dioksida (CO2) menyerap dari udara saat mereka benar-benar mengimbangi offset, atau "menetralkan," CO2 yang dipancarkan saat bahan bakar dibuat dari tanaman yang terbakar. Bertahun-tahun pemodelan komputer berdasarkan asumsi ini, termasuk pekerjaan yang didukung oleh Departemen Energi AS, menyimpulkan bahwa penggunaan biofuel untuk menggantikan bensin secara signifikan mengurangi emisi CO2 dari transportasi.

Kami baru studi mengambil segar melihat pertanyaan ini. Kami memeriksa data tanaman untuk mengevaluasi apakah cukup banyak CO2 yang diserap di lahan pertanian untuk mengimbangi CO2 yang dipancarkan saat biofuel dibakar. Ternyata begitu semua emisi yang terkait dengan pertumbuhan tanaman bahan baku dan pembuatan biofuel diperhitungkan, biofuel benar-benar meningkatkan emisi CO2 daripada menguranginya.

Booming biofuel, blunder iklim

Kebijakan federal dan negara telah mensubsidi etanol jagung sejak 1970s, namun biofuel mendapat dukungan sebagai alat untuk mempromosikan kemandirian energi dan mengurangi impor minyak setelah serangan 11 September 2001. Pada Kongres 2005 memberlakukan Standar Bahan Bakar Terbarukan, yang mengharuskan penyuling bahan bakar untuk memadukan 7.5 miliar galon etanol menjadi bensin oleh 2012. (Sebagai perbandingan, pada tahun itu orang Amerika biasa 133 miliar galon bensin.)


grafis berlangganan batin


Pada Kongres 2007 secara dramatis memperluas program RFS dengan dukungan beberapa orang kelompok lingkungan utama. Standar baru lebih dari tiga kali lipat konsumsi bahan bakar terbarukan tahunan AS, yang meningkat dari 4.1 miliar galon di 2005 menjadi 15.4 miliar galon di 2015.

Studi kami memeriksa data dari 2005-2013 selama kenaikan tajam penggunaan bahan bakar terbarukan ini. Alih-alih mengasumsikan bahwa memproduksi dan menggunakan biofuel adalah karbon netral, kami secara eksplisit membandingkan jumlah CO2 yang diserap di lahan pertanian dengan kuantitas yang dipancarkan selama produksi dan konsumsi biofuel.

Pertumbuhan tanaman yang ada telah membawa CO2 dalam jumlah besar keluar dari atmosfer. Pertanyaan empiris adalah apakah produksi biofuel meningkatkan laju serapan CO2 yang cukup untuk sepenuhnya mengimbangi emisi CO2 yang dihasilkan. Saat jagung difermentasi menjadi etanol dan kapan biofuel dibakar.

Sebagian besar tanaman yang masuk ke biofuel selama periode ini sudah dibudidayakan; Perubahan utamanya adalah petani menjual lebih banyak hasil panennya kepada pembuat biofuel dan lebih sedikit untuk makanan dan pakan ternak. Beberapa petani memperluas produksi jagung dan kedelai beralih untuk komoditas ini dari tanaman kurang menguntungkan.

Tapi selama kondisi tumbuh tetap konstan, tanaman jagung mengeluarkan CO2 dari atmosfer pada tingkat yang sama terlepas dari bagaimana jagung digunakan. Oleh karena itu, untuk mengevaluasi biofuel dengan benar, kita harus mengevaluasi pengambilan CO2 pada semua lahan pertanian. Bagaimanapun, pertumbuhan tanaman adalah "spons" CO2 yang mengeluarkan karbon dari atmosfer.

Ketika kami melakukan evaluasi semacam itu, kami menemukan bahwa dari 2005 melalui 2013, pengambilan karbon kumulatif di lahan pertanian AS meningkat dengan terumbu 49 (satu teragram adalah satu juta metrik ton). Luas tanam tanaman ladang lainnya menurun selama periode ini, jadi peningkatan serapan CO2 ini sebagian besar disebabkan oleh tanaman yang ditanam untuk biofuel.

Namun, selama periode yang sama, emisi CO2 dari fermentasi dan pembakaran biofuel meningkat dengan 132 teragrams. Oleh karena itu, serapan karbon yang lebih besar terkait dengan pertumbuhan tanaman mengimbangi 37 persen emisi CO2 terkait biofuel dari 2005 melalui 2013. Dengan kata lain, biofuel jauh dari karbon netral.

Aliran karbon dan 'bathtub iklim'

Hasil ini bertentangan dengan pekerjaan yang paling mapan pada biofuel. Untuk memahami mengapa, sangat membantu untuk memikirkan suasana sebagai a bak mandi yang diisi dengan CO2 bukan air.

Banyak aktivitas di Bumi menambahkan CO2 ke atmosfer, seperti air yang mengalir dari keran ke bak mandi. Sumber terbesar adalah respirasi: Karbon adalah bahan bakar kehidupan, dan semua makhluk hidup "membakar karbohidrat" untuk menyalakan metabolisme mereka. Membakar etanol, bensin atau bahan bakar berbasis karbon lainnya membuka keran CO2 "lebih jauh dan menambahkan karbon ke atmosfir lebih cepat daripada proses metabolisme alami.

Aktivitas lainnya menghilangkan CO2 dari atmosfer, seperti air yang mengalir keluar dari bak mandi. Sebelum era industri, pertumbuhan tanaman menyerap lebih dari cukup CO2 untuk mengimbangi CO2 yang ditanam dan dihuni hewan ke atmosfir.

Namun sekarang, sebagian besar melalui penggunaan bahan bakar fosil, kita menambahkan CO2 ke atmosfer yang jauh lebih cepat daripada yang menghilangkannya. Akibatnya, "tingkat air" CO2 naik dengan cepat di bak mandi iklim.

Ketika biofuel dibakar, mereka mengeluarkan kira-kira sama jumlah CO2 per unit energi sebagai bahan bakar minyak bumi. Oleh karena itu, menggunakan bahan bakar nabati bukan bahan bakar fosil tidak mengubah seberapa cepat CO2 mengalir ke bak mandi iklim. Untuk mengurangi penumpukan level CO2 di atmosfer, produksi biofuel harus membuka saluran pembuangan CO2 - yaitu, ia harus mempercepat laju bersih di mana karbon dikeluarkan dari atmosfer.

Tumbuh lebih banyak jagung dan kedelai telah membuka serapan CO2 "tiriskan" sedikit lebih banyak, terutama dengan menggusur tanaman lainnya. Itu terutama berlaku untuk jagung, yang hasil panennya yang tinggi menghilangkan karbon dari atmosfer pada tingkat dua ton per hektar, lebih cepat dari kebanyakan tanaman lainnya.

Namun demikian, memperluas produksi jagung dan kedelai untuk biofuel meningkatkan penyerapan CO2 hanya cukup untuk mengimbangi persen 37 dari CO2 yang secara langsung terkait dengan penggunaan biofuel. Selain itu, masih jauh dari cukup untuk mengimbangi emisi gas rumah kaca lainnya selama produksi biofuel dari sumber termasuk penggunaan pupuk, operasi pertanian dan pemurnian bahan bakar. Selain itu, ketika petani mengubah padang rumput, lahan basah dan habitat lainnya yang menyimpan sejumlah besar karbon ke lahan pertanian, pelepasan CO2 yang sangat besar terjadi.

Pemodelan salah

Studi baru kami memicu kontroversi karena ini bertentangan dengan banyak analisis sebelumnya. Studi ini menggunakan pendekatan yang disebut analisis siklus hidup, atau LCA, di mana para analis menambahkan semua emisi GHG yang terkait dengan produksi dan penggunaan suatu produk. Hasilnya populer disebut produk "jejak karbon. "

Studi LCA yang digunakan untuk membenarkan dan mengelola kebijakan bahan bakar terbarukan hanya mengevaluasi emisi - yaitu, CO2 yang mengalir ke udara - dan gagal menilai apakah produksi biofuel meningkatkan tingkat di mana lahan pertanian mengeluarkan CO2 dari atmosfer. Sebagai gantinya, LCA hanya mengasumsikan bahwa karena tanaman energi seperti jagung dan kedelai dapat tumbuh kembali dari satu tahun ke tahun berikutnya, mereka secara otomatis membuang karbon sebanyak dari atmosfer saat dilepaskan saat pembakaran bahan bakar nabati. Asumsi yang signifikan ini dikodekan dengan keras ke dalam model komputer LCA.

Sayangnya, LCA adalah basis untuk RFS dan juga California Standar Bahan Bakar Karbon Rendah, elemen kunci dari rencana tindakan iklim ambisius negara tersebut. Hal ini juga digunakan oleh lembaga lain, lembaga penelitian dan bisnis dengan minat pada bahan bakar transportasi.

Saya pernah menerima pandangan bahwa biofuel secara inheren bersifat netral karbon. Dua puluh tahun yang lalu saya adalah penulis utama kertas pertama mengusulkan penggunaan LCA untuk kebijakan bahan bakar. Banyak penelitian semacam itu dilakukan, dan a banyak dikutip meta-analisis diterbitkan di Science in 2006 menemukan bahwa penggunaan etanol jagung secara signifikan mengurangi emisi gas rumah kaca dibandingkan dengan bensin minyak bumi.

Namun, ilmuwan lain mengemukakan kekhawatiran tentang bagaimana menanam area yang luas dengan tanaman energi dapat mengubah penggunaan lahan. Pada awal 2008 Science menerbitkan dua artikel penting. Salah satunya menggambarkan bagaimana tanaman biofuel langsung mengungsi habitat kaya karbon, seperti padang rumput. Yang lain menunjukkan bahwa menanam tanaman untuk biofuel dipicu kerusakan efek tidak langsung, seperti penggundulan hutan, karena petani berkompetisi untuk lahan produktif.

Pelaku LCA membuat model mereka lebih kompleks untuk memperhitungkan konsekuensi produksi bahan bakar ini. Tapi ketidakpastian yang dihasilkan tumbuh begitu besar sehingga menjadi tidak mungkin untuk menentukan apakah biofuel membantu iklim atau tidak. Di 2011 sebuah National Research Council laporkan di RFS menyimpulkan bahwa biofuel berbasis tanaman seperti etanol jagung "belum terbukti terbukti mengurangi emisi gas rumah kaca dan mungkin benar-benar meningkatkannya."

Ketidakpastian ini memacu saya untuk mulai mendekonstruksi LCA. Di 2013, saya menerbitkan sebuah makalah dalam Change Iklim yang menunjukkan bahwa kondisi dimana produksi biofuel dapat mengimbangi CO2 jauh lebih terbatas daripada yang biasa diasumsikan. Dalam kertas ulasan berikutnya Saya merinci kesalahan yang dibuat saat menggunakan LCA untuk mengevaluasi biofuel. Studi ini membuka jalan bagi temuan baru kami bahwa di Amerika Serikat, sampai saat ini, bahan bakar terbarukan sebenarnya lebih berbahaya bagi iklim daripada bensin.

Hal ini masih mendesak untuk mengurangi CO2 dari minyak, yang merupakan sumber terbesar emisi CO2 antropogenik di Amerika Serikat dan terbesar kedua di dunia setelah batu bara Tapi analisis kami menegaskan bahwa, sebagai obat untuk perubahan iklim, biofuel adalah "Lebih buruk dari penyakitnya."

Kurangi dan hapus

Ilmu pengetahuan menunjukkan jalan menuju mekanisme perlindungan iklim yang lebih efektif dan lebih murah daripada biofuel. Ada dua strategi yang luas untuk mengurangi emisi CO2 dari bahan bakar transportasi. Pertama, kita bisa mengurangi emisi dengan meningkatkan efisiensi kendaraan, membatasi mil yang melakukan perjalanan atau mengganti bahan bakar bebas karbon seperti listrik atau hidrogen.

Kedua, kita bisa menghilangkan CO2 dari atmosfer lebih cepat daripada ekosistem yang menyerapnya sekarang. Strategi untuk "Mengkarbonisasi biosfer" memasukkan reboisasi dan penghijauan, membangun kembali karbon tanah dan memulihkan ekosistem kaya karbon lainnya seperti lahan basah dan padang rumput.

Pendekatan ini akan membantu melindungi keanekaragaman hayati - tantangan keberlanjutan global lainnya - bukannya mengancamnya seperti produksi biofuel. Analisis kami juga menawarkan wawasan lain: Setelah karbon dikeluarkan dari udara, jarang masuk akal untuk mengeluarkan energi dan emisi untuk mengolahnya menjadi biofuel hanya untuk membakar karbon dan melepaskannya kembali ke atmosfer.

Tentang Penulis

John DeCicco, Profesor Riset, University of Michigan

Artikel ini awalnya diterbitkan pada Percakapan. Membaca Artikel asli.\

Buku terkait:

at Pasar InnerSelf dan Amazon