Вопросы, связанные с биотопливом, включают социальные, экономические, экологические и технические проблемы, которые могут возникнуть при производстве и использовании биотоплива . Социальные и экономические вопросы включают дебаты « еда против топлива » и необходимость разработки ответственной политики и экономических инструментов для обеспечения устойчивого производства биотоплива. Сельское хозяйство для получения сырья для биотоплива может быть вредным для окружающей среды, если не будет вестись устойчиво. Экологические проблемы включают вырубку лесов , потерю биоразнообразия и эрозию почвы в результате расчистки земель для сельского хозяйства биотоплива. В то время как биотопливо может способствовать сокращению глобальных выбросов углерода , косвенное изменение землепользования для производства биотоплива может иметь обратный эффект. Технические вопросы включают возможные модификации, необходимые для работы двигателя на биотопливе, а также энергетический баланс и эффективность.
Международная группа по ресурсам выделила более широкие и взаимосвязанные факторы, которые необходимо учитывать при принятии решения об относительных преимуществах одного вида биотоплива перед другим. [1] IRP пришла к выводу, что не все виды биотоплива одинаково влияют на климат, энергетическую безопасность и экосистемы, и предположила, что экологические и социальные эффекты необходимо оценивать на протяжении всего жизненного цикла.
В отчете World Energy Outlook 2006 Международного энергетического агентства делается вывод о том, что растущий спрос на нефть, если его не контролировать, усилит уязвимость стран-потребителей к серьезным перебоям в поставках и последующему ценовому шоку. В отчете предполагается, что биотопливо может однажды стать жизнеспособной альтернативой, но также и то, что «необходимо дополнительно оценить последствия использования биотоплива для глобальной безопасности, а также для экономики, окружающей среды и общественного здравоохранения». [2]
По словам Франциско Бланча, стратега по сырьевым товарам Merrill Lynch , сырая нефть торговалась бы на 15 процентов дороже, а бензин был бы на 25 процентов дороже, если бы не биотопливо. [3] Гордон Куайаттини, президент Канадской ассоциации возобновляемых видов топлива , утверждает, что здоровые поставки альтернативных источников энергии помогут бороться со скачками цен на бензин. [4]
Еда против топлива — это спор о риске перенаправления сельскохозяйственных угодий или культур на производство биотоплива в ущерб поставкам продовольствия в мировом масштабе. По сути, спор касается возможности того, что фермеры, увеличивая производство этих культур, часто за счет государственных субсидий, отвлекают свое время и землю от других типов небиотопливных культур, что приводит к росту цен на небиотопливные культуры из-за снижения производства. [5] Таким образом, не только увеличивается спрос на основные продукты питания, такие как кукуруза и маниока, которые поддерживают большинство бедных людей в мире, но это также может привести к росту цен на оставшиеся культуры, которые этим людям в противном случае пришлось бы использовать для дополнения своего рациона. Недавнее исследование Международного центра торговли и устойчивого развития показывает, что рыночное расширение этанола в США увеличило цены на кукурузу на 21 процент в 2009 году по сравнению с тем, какими были бы цены, если бы производство этанола было заморожено на уровне 2004 года. [5] В исследовании, проведенном в ноябре 2011 года, говорится, что биотопливо, его производство и его субсидии являются основными причинами шоков цен на сельскохозяйственную продукцию. [6] Контраргумент включает соображения о типе кукурузы, которая используется в биотопливе, часто полевая кукуруза, не пригодная для потребления человеком; часть кукурузы, которая используется в этаноле, часть крахмала; и негативное влияние высоких цен на кукурузу и зерновые на благосостояние правительства в отношении этих продуктов. Дискуссия «еда против топлива» или «еда или топливо» является международной спорной, с разногласиями относительно того, насколько это важно, что является причиной, каков эффект и что можно или нужно с этим сделать. [7] [8] [9] [10] Мир сталкивается с тремя глобальными кризисами: энергетическим, продовольственным и экологическим. Изменение тенденции отдыха или роста населения может повлиять на каждый из них. С увеличением численности населения мира соотношение спроса на энергию и продовольствие также увеличится. Таким образом, это может привести эти две отрасли энергетики и питания к завершению поставок. Разработка технологий и использование продовольственных культур для производства биотоплива, особенно в районах с дефицитом, может ухудшить конкуренцию между пищевой и биотопливной промышленностью. [11] Можно предположить, что сбор урожая и производство биотопливных культур в больших масштабах может подвергнуть риску местные продовольственные сообщества, например, из-за проблем с доступом к землям и части продовольствия. [12] Если продовольственная экономика не может быть безопасной и стабильной, протоколы, такие как Киотский протокол, не смогут достичь своих целей и помочь контролировать выбросы. [11]
Исследователи из Института зарубежного развития утверждают, что биотопливо может помочь сократить бедность в развивающихся странах за счет повышения занятости , более широких мультипликаторов экономического роста и стабилизации цен на нефть (многие развивающиеся страны являются нетто-импортерами нефти). [13] Однако этот потенциал описывается как «хрупкий» и снижается там, где производство сырья имеет тенденцию к крупномасштабному производству или оказывает давление на ограниченные сельскохозяйственные ресурсы: капитальные вложения, землю, воду и чистую стоимость продовольствия для бедных.
Что касается потенциала сокращения или обострения нищеты, биотопливо опирается на многие из тех же политических, нормативных или инвестиционных недостатков, которые препятствуют сельскому хозяйству как пути к сокращению нищеты . Поскольку многие из этих недостатков требуют улучшения политики на уровне страны, а не на глобальном уровне, они выступают за анализ потенциальных последствий нищеты от биотоплива по странам. Это будет учитывать, среди прочего, системы управления земельными ресурсами, координацию рынка и приоритетность инвестиций в биодизель , поскольку это «генерирует больше рабочей силы, имеет более низкие транспортные расходы и использует более простую технологию». [14] Также необходимо снижение тарифов на импорт биотоплива независимо от страны происхождения, особенно из-за возросшей эффективности производства биотоплива в таких странах, как Бразилия. [13]
Ответственная политика и экономические инструменты помогут обеспечить устойчивую коммерциализацию биотоплива, включая разработку новых целлюлозных технологий . Ответственная коммерциализация биотоплива представляет собой возможность улучшить устойчивые экономические перспективы в Африке, Латинской Америке и бедной Азии. [ 4]
Масштабная вырубка зрелых деревьев (которые помогают удалять CO2 посредством фотосинтеза — гораздо лучше, чем сахарный тростник или большинство других культур, используемых в качестве сырья для биотоплива) способствует эрозии почвы , неустойчивому глобальному потеплению, повышению уровня парниковых газов в атмосфере , потере среды обитания и сокращению ценного биоразнообразия (как на суше, так и в океанах [15] ). [16] Спрос на биотопливо привел к расчистке земель под плантации пальмового масла . [17] Только в Индонезии с 1996 года более 9 400 000 акров (38 000 км2 ) леса были преобразованы в плантации. [18]
Часть биомассы должна быть сохранена на месте для поддержки почвенных ресурсов. Обычно это будет в форме сырой биомассы, но переработанная биомасса также является вариантом. Если экспортируемая биомасса используется для производства синтетического газа , процесс может быть использован для совместного производства биоугля , низкотемпературного древесного угля, используемого в качестве почвоулучшителя для увеличения органического вещества почвы до степени, непрактичной с менее неподатливыми формами органического углерода. Для того, чтобы совместное производство биоугля было широко распространено, почвоулучшитель и стоимость связывания углерода совместно произведенного древесного угля должны превышать его чистую стоимость как источника энергии. [19]
Некоторые комментаторы утверждают, что изъятие дополнительной целлюлозной биомассы для производства биотоплива еще больше истощит почвы. [20]
Расширение использования биотоплива приводит к увеличению нагрузки на водные ресурсы по крайней мере двумя способами: использование воды для орошения сельскохозяйственных культур, используемых в качестве сырья для производства биодизеля; и использование воды при производстве биотоплива на нефтеперерабатывающих заводах, в основном для кипячения и охлаждения.
Во многих частях мира для выращивания сырья требуется дополнительное или полное орошение. Например, если при производстве кукурузы (маиса) половина потребности сельскохозяйственных культур в воде удовлетворяется за счет орошения, а другая половина — за счет осадков, то для производства одного литра этанола требуется около 860 литров воды. [21] Однако в Соединенных Штатах только 5–15 % воды, необходимой для кукурузы, поступает из орошения, а остальные 85–95 % — за счет естественных осадков.
В Соединенных Штатах число заводов по производству этанола почти утроилось с 50 в 2000 году до примерно 140 в 2008 году. Еще около 60 находятся в стадии строительства, и еще много запланировано. Проекты оспариваются жителями в судах в Миссури (где вода берется из водоносного горизонта Озарк), Айове, Небраске, Канзасе (все они берут воду из невозобновляемого водоносного горизонта Огаллала ), центральном Иллинойсе (где вода берется из водоносного горизонта Магомет ) и Миннесоте. [22]
Например, четыре этанольные культуры: кукуруза, сахарный тростник, сладкое сорго и сосна дают чистую энергию. Однако увеличение производства для выполнения требований Закона США об энергетической независимости и безопасности в отношении возобновляемых видов топлива к 2022 году приведет к серьезным потерям в штатах Флорида и Джорджия. Сладкое сорго, которое показало лучшие результаты из четырех, увеличит объем забора пресной воды в двух штатах почти на 25%. [23]
Формальдегид , ацетальдегид и другие альдегиды образуются при окислении спиртов . Когда в бензин добавляется только 10%-ная смесь этанола (как это обычно бывает в американском бензине E10 и других), выбросы альдегидов увеличиваются на 40%. [ необходима ссылка ] Однако некоторые результаты исследований противоречивы по этому поводу, и снижение содержания серы в смесях биотоплива снижает уровень ацетальдегида. [24] Сжигание биодизеля также выделяет альдегиды и другие потенциально опасные ароматические соединения, которые не регулируются законами о выбросах. [25]
Многие альдегиды токсичны для живых клеток. Формальдегид необратимо сшивает аминокислоты белков , что приводит к образованию твердой плоти на бальзамированных телах. При высоких концентрациях в замкнутом пространстве формальдегид может быть значительным раздражителем дыхательных путей, вызывая носовые кровотечения, респираторный дистресс, заболевания легких и постоянные головные боли. [26] Ацетальдегид, который вырабатывается в организме пьющих алкоголь и обнаруживается во рту курильщиков и людей с плохой гигиеной полости рта, является канцерогенным и мутагенным . [27]
Европейский союз запретил продукты, содержащие формальдегид , из-за его документированных канцерогенных свойств. Агентство по охране окружающей среды США обозначило формальдегид как вероятную причину рака у людей.
Бразилия сжигает значительные объемы этанолового биотоплива. Газохроматографические исследования были проведены в Сан-Паулу, Бразилия, и сравнены с Осакой, Япония, где не сжигают этаноловое топливо. Атмосферный формальдегид был на 160% выше в Бразилии, а ацетальдегид был на 260% выше. [28]
Несмотря на то, что биотопливо первого поколения время от времени провозглашается «зеленым» топливом, биотопливо первого поколения, в первую очередь этанол, не лишено собственных выбросов парниковых газов . Хотя этанол производит меньше общих выбросов парниковых газов, чем бензин, его производство по-прежнему является энергоемким процессом с вторичными эффектами. Бензин обычно производит 8,91 кг CO2 на галлон по сравнению с 8,02 кг CO2 на галлон для этанола E10 и 1,34 кг CO2 на галлон для этанола E85. Согласно исследованию Диаса де Оливейры и др. (2005), этанол на основе кукурузы требует 65,02 гигаджоулей (ГДж) энергии на гектар (га) и производит приблизительно 1236,72 кг на гектар диоксида углерода (CO2 ) , в то время как этанол на основе сахарного тростника требует 42,43 ГДж/га и производит 2268,26 кг/га CO2 при условии производства энергии без выбросов углерода. Эти выбросы возникают в результате сельскохозяйственного производства, выращивания сельскохозяйственных культур и переработки этанола. После смешивания этанола с бензином достигается экономия углерода примерно в 0,89 кг CO 2 на галлон потребления (USDOE, 2011a). [29]
С точки зрения производства, мискантус может производить 742 галлона этанола с акра земли, что почти в два раза больше, чем кукуруза (399 галлонов/акр, предполагая среднюю урожайность 145 бушелей с акра при нормальном севообороте кукуруза-соя) и почти в три раза больше, чем кукурузная солома (165 галлонов/акр) и просо прутьевидное (214 галлонов/акр). Производственные издержки являются серьезным препятствием для крупномасштабного внедрения биотоплива 2-го поколения, и их рыночный спрос будет зависеть в первую очередь от их ценовой конкурентоспособности по сравнению с кукурузным этанолом и бензином. В то время затраты на переработку целлюлозного топлива, составлявшие 1,46 доллара за галлон, были примерно в два раза больше, чем на этанол на основе кукурузы, составлявшие 0,78 доллара за галлон. Целлюлозное биотопливо из кукурузной соломы и мискантуса было на 24% и 29% дороже кукурузного этанола соответственно, а биотопливо из проса более чем в два раза дороже кукурузного этанола.
[29]
[29]
Биотопливо и другие формы возобновляемой энергии стремятся быть углеродно-нейтральными или даже углеродно-отрицательными . Углеродно-нейтральный означает, что углерод, выделяемый при использовании топлива, например, при сжигании для питания транспорта или выработки электроэнергии, повторно поглощается и уравновешивается углеродом, поглощаемым новым ростом растений. Затем эти растения собирают, чтобы сделать следующую партию топлива. Углеродно-нейтральное топливо не приводит к чистому увеличению человеческого вклада в уровни углекислого газа в атмосфере , снижая человеческий вклад в глобальное потепление . Углеродно-отрицательная цель достигается, когда часть биомассы используется для связывания углерода . [30] Точный расчет того, сколько парниковых газов (ПГ) производится при сжигании биотоплива, является сложным и неточным процессом, который во многом зависит от метода, с помощью которого производится топливо, и других предположений, сделанных при расчете.
Выбросы углерода ( углеродный след ), производимые биотопливом, рассчитываются с помощью метода, называемого анализом жизненного цикла (LCA). Он использует подход «от колыбели до могилы» или «от скважины до колес» для расчета общего количества углекислого газа и других парниковых газов, выделяемых при производстве биотоплива, от закладки семян в землю до использования топлива в автомобилях и грузовиках. Было проведено много различных LCA для разных видов биотоплива, с сильно различающимися результатами. Несколько анализов «от скважины до колеса» для биотоплива показали, что биотопливо первого поколения может сократить выбросы углерода, с экономией в зависимости от используемого сырья, а биотопливо второго поколения может обеспечить еще большую экономию по сравнению с использованием ископаемого топлива. [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] Однако эти исследования не учитывали выбросы от фиксации азота или дополнительные выбросы углерода из-за косвенных изменений в землепользовании . Кроме того, многие исследования LCA не анализируют влияние заменителей, которые могут появиться на рынке для замены текущих продуктов на основе биомассы. В случае сырого таллового масла, сырья, используемого в производстве химикатов из сосны и теперь перенаправляемого на использование в биотопливе, исследование LCA [38] показало, что глобальный углеродный след химикатов из сосны, произведенных из CTO, на 50 процентов ниже, чем у замещающих продуктов, используемых в той же ситуации, что нивелирует любые выгоды от использования биотоплива для замены ископаемого топлива. Кроме того, исследование показало, что ископаемое топливо не сокращается, когда CTO перенаправляется на использование биотоплива, а замещающие продукты потребляют непропорционально больше энергии. Такое перенаправление негативно скажется на отрасли, которая вносит значительный вклад в мировую экономику, [39] производя более 3 миллиардов фунтов химикатов из сосны ежегодно на сложных, высокотехнологичных нефтеперерабатывающих заводах и предоставляя рабочие места напрямую и косвенно для десятков тысяч рабочих.
В статье, опубликованной в феврале 2008 года в Sciencexpress группой под руководством Серчингера из Принстонского университета, сделан вывод о том, что когда-то учитывались косвенные эффекты изменения землепользования в оценке жизненного цикла биотоплива, используемого для замены бензина, вместо экономии и кукуруза, и целлюлозный этанол увеличили выбросы углерода по сравнению с бензином на 93 и 50 процентов соответственно. [40] Во второй статье, опубликованной в том же выпуске Sciencexpress группой под руководством Фарджионе из The Nature Conservancy , было установлено, что углеродный долг создается, когда естественные земли расчищаются и переводятся в производство биотоплива, а в производство сельскохозяйственных культур — когда сельскохозяйственные земли перенаправляются в производство биотоплива, поэтому этот углеродный долг применяется как к прямым, так и к косвенным изменениям землепользования. [41]
Исследования Searchinger и Fargione привлекли пристальное внимание как в популярных средствах массовой информации [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] , так и в научных журналах . Однако методология вызвала некоторую критику, а Ван и Хак из Аргоннской национальной лаборатории опубликовали публичное письмо и отправили свою критику по поводу статьи Searchinger в Letters to Science . [49] [50] Еще одна критика Клайна и Дейла из Окриджской национальной лаборатории была опубликована в Letters to Science. Они утверждали, что Searchinger и др. и Fargione и др. «... не предоставляют адекватной поддержки своему утверждению о том, что биотопливо вызывает высокие выбросы из-за изменения землепользования . [51] Биотопливная промышленность США также отреагировала, заявив в публичном письме, что « исследование Searchinger явно является анализом «наихудшего сценария»... » и что это исследование « опирается на длинный ряд весьма субъективных предположений... ». [52]
Модификации, необходимые для работы двигателей внутреннего сгорания на биотопливе, зависят от типа используемого биотоплива, а также от типа используемого двигателя. Например, бензиновые двигатели могут работать без каких-либо модификаций на биобутаноле . Однако для работы на биоэтаноле или биометаноле необходимы незначительные модификации . Дизельные двигатели могут работать на последних видах топлива, а также на растительных маслах (которые дешевле). Однако последнее возможно только в том случае, если двигатель был предусмотрен с непрямым впрыском . Если непрямого впрыска нет, двигатель, следовательно, должен быть им оснащен.
Ряд экологических НПО выступают против производства биотоплива как крупномасштабной альтернативы ископаемому топливу. Например, «Друзья Земли» заявляют, что «нынешняя спешка по разработке агротоплива (или биотоплива) в больших масштабах непродуманна и будет способствовать и без того неустойчивой торговле, не решая при этом проблемы изменения климата или энергетической безопасности». [53] Некоторые основные экологические группы поддерживают биотопливо как значительный шаг к замедлению или остановке глобального изменения климата. [54] [55] Однако поддерживающие экологические группы в целом придерживаются мнения, что производство биотоплива может угрожать окружающей среде, если оно не будет осуществляться устойчиво. Этот вывод был подкреплен отчетами ООН , [ 56] МГЭИК , [57] и некоторых других более мелких экологических и социальных групп, таких как EEB [58] и Bank Sarasin, [59], которые в целом остаются негативными в отношении биотоплива.
В результате правительственные [60] и экологические организации выступают против биотоплива, произведенного неустойчивым способом (тем самым отдавая предпочтение определенным источникам масла, таким как ятрофа и лигноцеллюлоза, а не пальмовому маслу ) [61] и просят о глобальной поддержке этого. [62] [63] Кроме того, помимо поддержки этих более устойчивых видов биотоплива, экологические организации переориентируются на новые технологии, которые не используют двигатели внутреннего сгорания, такие как водород и сжатый воздух . [64]
Было создано несколько инициатив по установлению стандартов и сертификации по теме биотоплива. «Круглый стол по устойчивому биотопливу» — это международная инициатива, которая объединяет фермеров, компании, правительства, неправительственные организации и ученых, заинтересованных в устойчивости производства и распространения биотоплива. В течение 2008 года Круглый стол разрабатывает ряд принципов и критериев для устойчивого производства биотоплива посредством встреч, телеконференций и онлайн-обсуждений. [65] В аналогичном ключе был разработан стандарт Bonsucro как метрический сертификат для продуктов и цепочек поставок в результате продолжающейся многосторонней инициативы, сосредоточенной на продуктах сахарного тростника , включая этаноловое топливо. [66]
Увеличение производства биотоплива потребует увеличения земельных площадей, используемых для сельского хозяйства. Биотопливные процессы второго и третьего поколения могут ослабить давление на землю, поскольку они могут использовать отходы биомассы и существующие (неиспользованные) источники биомассы, такие как остатки урожая и потенциально даже морские водоросли.
В некоторых регионах мира сочетание растущего спроса на продовольствие и растущего спроса на биотопливо приводит к вырубке лесов и угрозам биоразнообразию. Лучшим примером этого является расширение плантаций масличной пальмы в Малайзии и Индонезии, где тропические леса уничтожаются для создания новых плантаций масличной пальмы. Важным фактом является то, что 90% пальмового масла, производимого в Малайзии, используется в пищевой промышленности; [67] поэтому биотопливо не может быть единственной причиной этой вырубки лесов. Существует острая необходимость в устойчивом производстве пальмового масла для пищевой и топливной промышленности; пальмовое масло используется в самых разных пищевых продуктах. Круглый стол по устойчивому биотопливу работает над определением критериев, стандартов и процессов для продвижения биотоплива, произведенного устойчивым образом. [68] Пальмовое масло также используется в производстве моющих средств, а также для выработки электроэнергии и тепла как в Азии, так и по всему миру (Великобритания сжигает пальмовое масло на угольных электростанциях для выработки электроэнергии). [ требуется ссылка ]
Значительная площадь, вероятно, будет отведена под сахарный тростник в будущем, поскольку спрос на этанол растет во всем мире. Расширение плантаций сахарного тростника окажет давление на экологически чувствительные местные экосистемы, включая тропические леса в Южной Америке. [69] В лесных экосистемах эти эффекты сами по себе подорвут климатические преимущества альтернативных видов топлива, в дополнение к тому, что они представляют собой серьезную угрозу глобальному биоразнообразию. [70]
Хотя биотопливо, как правило, считается улучшающим чистый выброс углерода, биодизель и другие виды топлива действительно загрязняют воздух на местном уровне, в том числе оксидами азота , которые являются основной причиной смога . [ необходима ссылка ]
{{cite web}}
: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )