Biobrændstof- og bioenergisystemer er en integreret del af scenarier for at fortrænge brugen af fossile brændstoffer og producere negative emissioner gennem kulstoffangst og -lagring. Men nettoudbyttet af drivhusgasreduktionen ved disse systemer har været kontroversielt på grund af bekymringer omkring kulstoftab fra ændringer i arealanvendelsen og mistede bindingsfordele fra alternativ arealanvendelse.
En ny undersøgelse ledet af Colorado State University - inklusive et tværfagligt team af planteforskere, økologer og ingeniører - forudsagde betydelige klimafordele fra brugen af avancerede biobrændstofteknologier. Ved at tage højde for alle kulstofstrømmene i biobrændstofsystemer og sammenligne dem med dem i græsarealer og skove fandt teamet ud af, at der er klare strategier for, at biobrændstoffer har en nettofordel for kulstof.
Dette er en af de første undersøgelser, der ser på både nuværende og fremtidige kulstofnegative biobrændstoffer.
"Robuste veje til nettoreduktion af drivhusgasser og negative emissioner via avancerede biobrændstoffer," blev offentliggjort den 24. august i Proceedings of the National Academy of Sciences.
Biobrændstoffer fortjener et nyt kig
John Field, forsker ved Natural Resource Ecology Lab ved CSU, sagde, at det har været en udfordring for biobrændstofindustrien at demonstrere kommerciel levedygtighed for celluloseholdige biobrændstoffer, skabt ved hjælp af ikke-spiselige dele af planter. Switchgrass, et hjemmehørende græs, der vokser i mange dele af Nordamerika, er en førende kandidat til bæredygtig produktion af plantemateriale.
Forskerholdet brugte modellering til at simulere græsdyrkning, produktion af cellulosebaseret biobrændstof og kulstofopsamling og -lagring, sporing af økosystemer og kulstofstrømme. Forskere sammenlignede derefter denne modellering med alternative måder at opbevare kulstof på jorden, herunder dyrkning af skov eller græsarealer.
Karbonopsamlings- og lagringsteknologi bliver brugt af mindst én facilitet i Illinois, der behandler majs som et konventionelt biobrændstof for at skabe ethanol, men disse systemer er endnu ikke udbredt. Som en del af undersøgelsen skabte forskere modeller til at simulere, hvordan dette ville se ud på et raffinaderi af celluloseholdigt biobrændstof.
"Det, vi fandt, er, at omkring halvdelen af kulstoffet i det skiftegræs, der kommer ind i raffinaderiet, bliver et biprodukt, der ville være tilgængeligt til kulstoffangst og -lagring," sagde Field. De resulterende biproduktstrømme af kuldioxid med høj renhed ville ikke kræve meget adskillelse eller oprensning, før de blev opbevaret under jorden.
Forskerholdet analyserede tre modsatrettede amerikanske casestudier og fandt ud af, at på jord, hvor landmænd eller jordforv altere gik ud af at dyrke afgrøder eller vedligeholde græsgange til græsning, havde dyrkning af skiftegræs til produktion af celluloseholdig ethanol et afbødningspotentiale pr. til genplantning af skov og flere gange større end genopretning af græsarealer.(En hektar er omkring to og en halv gange så stor som en gennemsnitlig fodboldbane.)
At bruge switchgrass kan være særlig nyttigt i dele af landet, hvor det ikke er en mulighed at plante flere træer.
"På Great Plains er prærie det mere naturlige dække," sagde Field. "De systemer opsuger ikke så meget kulstof, som et skovsystem gør. Hvis du begynder at putte biobrændstoffer i blandingen, har de to en halv gange kulstoffordele i forhold til græsarealer. Hvis du er i et område, hvor græsarealer ville være det oprindelige dække, der er en klar fordel ved at bruge biobrændstoffer."
Field sagde, at holdets motivation for undersøgelsen kommer i hælene på flere fremtrædende kritikker af biobrændstoffer. "Vi ville se, om vi kom til samme konklusion eller ej som de forskere, der har været kritiske over for biobrændstoffer," sagde han.
"Vores analyse viser, at store klimafordele faktisk kan opnås gennem biobrændstoffer, hvis der er en hensigt om at gøre det," sagde Lee Lynd, en medforfatter og Paul E. og Joan H. Queneau Distinguished Professor i miljøteknisk design ved Dartmouth College.
Brug af biobrændstoffer er afgørende for at nå klimamålene
Forskere sagde på grund af de nuværende forsinkelser i at tackle klimaændringer, at det er bydende nødvendigt at tage en mere proaktiv holdning til biobrændstoffer og andre negative emissionsteknologier, hvis lande som USA ønsker at begrænse virkningerne af global opvarmning til 1,5 grader Celsius over førindustrielle niveauer.
"Hvis vi vil nå det mål, er vi virkelig nødt til at implementere alternativer til fossilt brændstof, så hurtigt vi kan," sagde Field. Der er også behov for at rense kulstofforurening fra atmosfæren og gå tilbage til historiske emissioner, tilføjede han.
Oprydning af kulstofforurening er en idé, der har været meget diskuteret, siden Paris-aftalen blev etableret inden for FN's rammekonvention om klimaændringer i 2016.
"Vi bliver nødt til at begynde at rense noget af den kulstofforurening, der er blevet udledt tidligere, fordi vi er for langsomme til at reducere vores emissioner," sagde Field.
Der er forskellige måder at udføre denne oprydning på, med den enkleste idé at dyrke træer for at lagre mere kulstof på jorden.
Andre alternativer er skitseret og analyseret i undersøgelsen, herunder brugen af kulstofnegative biobrændstoffer. Planter trækker kulstof ud af atmosfæren for at vokse, og kulstoffet bruges til at bygge plantevæv.
Hvis det plantemateriale høstes og omdannes til energi, kan noget af det resulterende kuldioxidbiprodukt fanges og pumpes under jorden til opbevaring i udtømte oliebrønde eller andre geologiske formationer i stedet for at sende det tilbage til atmosfæren.
På samme måde er celluloseholdige biobrændstoffer attraktive, fordi de kan hjælpe med at reducere brugen af fossile brændstoffer inden for luftfart, skibsfart og lastbilkørsel, alle områder, der er udfordrende at gå over til elektricitet.
Fremover håber forskerholdet at udvide deres modellering og skalere det op nation alt i stedet for at se på nogle få specifikke websteder i hele landet.
"Mange af brikkerne til fremtidig brug af avancerede biobrændstoffer findes i en eller anden lille skala," sagde Field. "Tricket er at sætte alle disse dele sammen og sikre, at vi fortsat har støtte, så det kan trives og tage fart, selv når gaspriserne er relativt lave, som nu."
