Существуют различные социальные, экономические, экологические и технические проблемы, связанные с производством и использованием биотоплива , которые обсуждаются в популярных средствах массовой информации и научных журналах. К ним относятся: эффект снижения цен на нефть , дебаты « продовольствие против топлива », потенциал сокращения бедности , уровни выбросов углекислого газа , устойчивое производство биотоплива, вырубка лесов и эрозия почвы , потеря биоразнообразия , воздействие на водные ресурсы , возможные изменения, необходимые для запуска двигатель на биотопливе, а также энергетический баланс и эффективность. Международная группа по ресурсам , которая предоставляет независимые научные оценки и экспертные консультации по различным темам, связанным с ресурсами, оценила проблемы, связанные с использованием биотоплива, в своем первом отчете « На пути к устойчивому производству и использованию ресурсов: оценка биотоплива» . [1] В нем изложены более широкие и взаимосвязанные факторы, которые необходимо учитывать при принятии решения об относительных преимуществах использования одного биотоплива перед другим. Он пришел к выводу, что не все виды биотоплива одинаково действуют с точки зрения воздействия на климат, энергетическую безопасность и экосистемы, и предположил, что экологические и социальные последствия необходимо оценивать на протяжении всего жизненного цикла.
В « Обзоре мировой энергетики на 2006 год » Международного энергетического агентства делается вывод, что растущий спрос на нефть, если его не остановить, усилит уязвимость стран-потребителей к серьезному перебою в поставках и, как следствие, к ценовому шоку. В докладе говорится, что биотопливо однажды может стать жизнеспособной альтернативой, но также что «необходимо дополнительно оценить последствия использования биотоплива для глобальной безопасности, а также для экономики, окружающей среды и общественного здравоохранения». [2]
По мнению Франсиско Бланча, стратега по сырьевым товарам компании Merrill Lynch , если бы не биотопливо, сырая нефть торговалась бы на 15 процентов дороже, а бензин был бы дороже на целых 25 процентов. [3] Гордон Куайаттини, президент Канадской ассоциации возобновляемых источников энергии , утверждает, что здоровое снабжение альтернативными источниками энергии поможет бороться со скачками цен на бензин. [4]
Еда против топлива – это дискуссия о риске перенаправления сельскохозяйственных угодий или посевов на производство биотоплива в ущерб запасам продовольствия в глобальном масштабе. По сути, дебаты касаются возможности того, что фермеры, увеличивающие производство этих культур, часто за счет государственных субсидий, отвлекают свое время и землю от выращивания других видов небиотопливных культур, что приводит к росту цен на небиотопливные культуры из-за снижение производства. [5] Таким образом, дело не только в том, что растет спрос на основные продукты питания, такие как кукуруза и маниока, которые обеспечивают жизнь большинству бедного населения мира, но это также может привести к увеличению цен на оставшиеся сельскохозяйственные культуры, которые эти в противном случае людям пришлось бы использовать их в качестве дополнения к своему рациону. Недавнее исследование Международного центра торговли и устойчивого развития показывает, что рыночное расширение производства этанола в США привело к увеличению цен на кукурузу на 21 процент в 2009 году по сравнению с ценами, которые были бы, если бы производство этанола было заморожено на уровне 2004 года. [5] В исследовании, проведенном в ноябре 2011 года, говорится, что биотопливо, его производство и субсидии являются основными причинами шоков цен на сельскохозяйственную продукцию. [6] Контраргумент включает в себя соображения о типе кукурузы, которая используется в биотопливе, часто полевая кукуруза не пригодна для потребления человеком; часть кукурузы, используемая в этаноле, часть крахмала; и негативное влияние более высоких цен на кукурузу и зерно на благосостояние государства по этим продуктам. Дебаты «продовольствие против топлива» или «продовольствие или топливо» вызывают споры на международном уровне, существуют разногласия по поводу того, насколько это важно, что является причиной этого, каковы последствия и что можно или нужно с этим сделать. [7] [8] [9] [10] Мир сталкивается с тремя глобальными кризисами: энергетическим, продовольственным и экологическим. Изменение тенденции рекреации или роста населения может повлиять на каждый из этих факторов. С увеличением мирового населения соотношение потребностей в энергии и продовольствии также увеличится. Таким образом, это может привести к завершению поставок этих двух отраслей энергетики и пищевой промышленности. Разработка технологий и использование продовольственных культур для производства биотоплива, особенно в районах с его дефицитом, может подорвать конкуренцию между пищевой и биотопливной промышленностью. [11] Вполне возможно, что сбор и производство биотопливных культур в больших масштабах может подвергнуть местные продовольственные сообщества риску, например, проблемам с доступом к землям и частям продуктов питания. [12] Если продовольственная экономика не может быть безопасной и стабильной, такие протоколы, как Киотский протокол, не смогут достичь своих целей и помочь контролировать выбросы. [11]
Исследователи из Института зарубежного развития утверждают, что биотопливо может помочь снизить уровень бедности в развивающихся странах за счет увеличения занятости , более широких мультипликаторов экономического роста и стабилизации цен на нефть (многие развивающиеся страны являются чистыми импортерами нефти). [13] Однако этот потенциал описывается как «хрупкий» и снижается там, где производство сырья имеет тенденцию быть крупным или вызывает нагрузку на ограниченные сельскохозяйственные ресурсы: капитальные вложения, землю, воду и чистую стоимость продуктов питания для бедных. .
Что касается потенциала сокращения или усугубления бедности, биотопливо зависит от многих из тех же политических, нормативных или инвестиционных недостатков, которые препятствуют сельскому хозяйству как пути к сокращению бедности . Поскольку многие из этих недостатков требуют усовершенствования политики на уровне страны, а не на глобальном уровне, они выступают за необходимость проведения постранового анализа потенциальных последствий биотоплива для бедности. При этом будут учитываться, среди прочего, системы управления земельными ресурсами, координация рынка и приоритизация инвестиций в биодизельное топливо , поскольку оно «производит больше рабочей силы, снижает транспортные расходы и использует более простые технологии». [14] Также необходимо снижение тарифов на импорт биотоплива независимо от страны происхождения, особенно в связи с повышением эффективности производства биотоплива в таких странах, как Бразилия. [13]
Ответственная политика и экономические инструменты помогут обеспечить устойчивую коммерциализацию биотоплива, включая разработку новых технологий производства целлюлозы . Ответственная коммерциализация биотоплива представляет собой возможность улучшить устойчивые экономические перспективы в Африке, Латинской Америке и бедной Азии. [4]
Крупномасштабное вырубка зрелых деревьев (которые помогают удалять CO 2 посредством фотосинтеза – намного лучше, чем сахарный тростник или большинство других культур, используемых для производства биотоплива) способствует эрозии почвы , неустойчивому глобальному потеплению уровней парниковых газов в атмосфере , потере среды обитания и сокращение 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 км 2 ) леса были преобразованы в плантации. [18]
Часть биомассы следует сохранять на месте для поддержания почвенных ресурсов. Обычно это сырая биомасса, но возможен вариант и с переработанной биомассой. Если экспортируемая биомасса используется для производства синтез-газа , этот процесс можно использовать для совместного производства биоугля , низкотемпературного древесного угля, используемого в качестве удобрения для почвы для увеличения органического вещества в почве до степени, непрактичной при использовании менее устойчивых форм органического углерода. Для того чтобы совместное производство биоугля получило широкое распространение, ценность внесения в почву и поглощения углерода совместно производимым древесным углем должна превышать его чистую ценность как источника энергии. [19]
Некоторые комментаторы утверждают, что удаление дополнительной целлюлозной биомассы для производства биотоплива приведет к дальнейшему истощению почв. [20]
Увеличение использования биотоплива оказывает возрастающее давление на водные ресурсы, по крайней мере, по двум причинам: 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 половина потребностей сельскохозяйственных культур в воде удовлетворяется за счет орошения, а другая половина за счет осадков, то для производства одного литра этанола потребуется около 860 литров воды. [21] Однако в Соединенных Штатах только 5-15% воды, необходимой для выращивания кукурузы, поступает за счет 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 планируется еще больше. Жители оспаривают проекты в судах Миссури (где вода берется из водоносного горизонта Озарк), Айовы, Небраски, Канзаса (все они черпают воду из невозобновляемого водоносного горизонта Огаллала ), центрального Иллинойса (где вода берется из водоносного горизонта Огаллала). Водоносный горизонт Магомета ) и Миннесота. [22]
Например, четыре этанольных 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 тяжелым последствиям в штатах Флорида и Джорджия. Сахарное сорго, показавшее лучшие результаты из четырех, увеличит объем забора пресной воды из двух штатов почти на 25%. [23]
Формальдегид , ацетальдегид и другие альдегиды образуются при окислении спиртов . Когда к бензину добавляется только 10%-ная смесь этанола (как это часто бывает в американском бензоспирте E10 и других странах), выбросы альдегидов увеличиваются на 40%. [ нужна цитата ] Некоторые результаты исследований противоречивы по этому факту, и снижение содержания серы в смесях биотоплива снижает уровень ацетальдегида. [24] При сжигании биодизеля также выделяются альдегиды и другие потенциально опасные ароматические соединения, которые не регулируются законами о выбросах. [25]
Многие альдегиды токсичны для живых клеток. Формальдегид необратимо сшивает аминокислоты белка , в результате чего плоть бальзамированных тел становится твердой. При высоких концентрациях в закрытом помещении формальдегид может стать серьезным раздражителем дыхательных путей, вызывая носовые кровотечения, расстройство дыхания, заболевания легких и постоянные головные боли. [26] Ацетальдегид, который вырабатывается в организме употребляющих 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 документально подтвержденных канцерогенных свойств. Агентство по охране окружающей среды США назвало формальдегид вероятной причиной рака у людей.
Бразилия сжигает значительные объемы биотоплива этанола. Были проведены исследования газовой хроматографии окружающего воздуха в Сан-Паулу, Бразилия, и по сравнению с Осакой, Япония, где не сжигается этанольное топливо. В Бразилии содержание формальдегида в атмосфере было на 160% выше, а содержание ацетальдегида — на 260%. [28]
Несмотря на то, что биотопливо первого поколения, в первую очередь этанол, время от времени объявляется «зеленым» топливом, оно не лишено собственных выбросов парниковых газов . Хотя этанол производит меньше общих выбросов парниковых газов, чем бензин, его производство по-прежнему остается энергоемким процессом с вторичными эффектами. Бензин обычно производит 8,91 кг CO 2 на галлон по сравнению с 8,02 кг CO 2 на галлон для этанола E10 и 1,34 кг CO 2 на галлон для этанола E85. На основании исследования Диаса де Оливейры и соавт. (2005), этанол на основе кукурузы требует 65,02 гигаджоулей (ГДж) энергии на гектар (га) и производит примерно 1236,72 кг на гектар углекислого газа (CO 2 ), тогда как этанол на основе сахарного тростника требует 42,43 ГДж/га и производит 2268,26 кг/га CO 2 при условии, что производство энергии не будет углеродно-нейтральным. Эти выбросы возникают в результате сельскохозяйственного производства, выращивания сельскохозяйственных культур и переработки этанола. Когда этанол смешивается с бензином, это приводит к экономии углерода примерно на 0,89 кг CO 2 на потребленный галлон (USDOE, 2011a). [29]
С точки зрения производства, мискантус может производить 742 галлона этанола на акр земли, что почти в два раза больше, чем кукуруза (399 галлонов на акр, при условии средней урожайности 145 бушелей на акр при обычном севообороте кукурузы и сои) и почти в три раза больше, чем кукуруза. столько же, сколько кукурузная солома (165 галлонов на акр) и просо (214 галлонов на акр). Затраты на производство являются большим препятствием для крупномасштабного внедрения биотоплива 2-го поколения, и его рыночный спрос будет зависеть, прежде всего, от их ценовой конкурентоспособности по сравнению с кукурузным этанолом и бензином. В то время затраты на переработку целлюлозного топлива (1,46 доллара за галлон) были примерно в два раза выше, чем затраты на переработку этанола на основе кукурузы (0,78 доллара за галлон). Целлюлозное биотопливо из кукурузной соломы и мискантуса было на 24% и 29% дороже, чем кукурузный этанол, соответственно, а биотопливо из проса просо более чем в два раза дороже, чем кукурузный этанол.
[29]
[29]
Биотопливо и другие виды возобновляемой энергии стремятся быть углеродно-нейтральными или даже углеродно-отрицательными . Углеродно-нейтральный означает, что углерод, выделяющийся при использовании топлива, например, при сжигании для транспортировки энергии или выработки электроэнергии, реабсорбируется и уравновешивается углеродом, поглощаемым ростом новых растений. Эти растения затем собирают для производства следующей партии топлива. Углеродно-нейтральное топливо не приводит к чистому увеличению вклада человека в уровень углекислого газа в атмосфере , уменьшая вклад человека в глобальное потепление . Цель «отрицательный выброс углерода» достигается, когда часть биомассы используется для связывания углерода . [30] Точный расчет того, сколько парниковых газов (ПГ) образуется при сжигании биотоплива, представляет собой сложный и неточный процесс, который во многом зависит от метода производства топлива и других допущений, сделанных при расчете.
Выбросы углерода ( углеродный след ), производимые биотопливом, рассчитываются с использованием метода, называемого анализом жизненного цикла (LCA). При этом используется подход «от колыбели до могилы» или «от колодца до колес» для расчета общего количества углекислого газа и других парниковых газов, выбрасываемых в процессе производства биотоплива, от заделки семян в землю до использования топлива в легковых и грузовых автомобилях. Для разных видов биотоплива было проведено множество различных ОЖЦ с весьма разными результатами. Несколько комплексных анализов биотоплива показали, что биотопливо первого поколения может сократить выбросы углекислого газа, причем экономия зависит 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 в этих исследованиях не учитывались выбросы в результате фиксации азота или дополнительные выбросы углерода из-за косвенных изменений в землепользовании . Кроме того, во многих исследованиях LCA не анализируется влияние заменителей, которые могут появиться на рынке для замены нынешних продуктов на основе биомассы. В случае сырого таллового масла, сырья, используемого при производстве сосновых химикатов и в настоящее время перенаправляемого для использования в биотопливе, исследование LCA [38] показало, что глобальный углеродный след сосновых химикатов, произведенных из CTO, на 50 процентов ниже, чем продукты-заменители, используемые в той же ситуации, нивелируют любые выгоды от использования биотоплива для замены ископаемого топлива. Кроме того, исследование показало, что потребление ископаемого топлива не сокращается, когда CTO переключается на использование биотоплива, а продукты-заменители потребляют непропорционально больше энергии. Это отвлечение отрицательно повлияет на отрасль, которая вносит значительный вклад в мировую экономику, [39] производя во всем мире более 3 миллиардов фунтов сосновых химикатов ежегодно на сложных, высокотехнологичных нефтеперерабатывающих заводах и обеспечивая рабочие места прямо и косвенно для десятков тысяч рабочих.
В статье, опубликованной в феврале 2008 года в журнале Sciencexpress командой под руководством Поискингера из Принстонского университета, был сделан вывод, что, если учесть косвенные эффекты изменений в землепользовании при оценке жизненного цикла биотоплива, используемого для замены бензина, вместо экономии кукуруза и целлюлозный этанол увеличивают выбросы углерода, поскольку по сравнению с бензином на 93 и 50 процентов соответственно. [40] Вторая статья, опубликованная в том же выпуске Sciencexpress командой под руководством Фарджионе из The Nature Conservancy , показала, что углеродный долг создается, когда естественные земли очищаются и преобразуются в производство биотоплива и в растениеводство, когда сельскохозяйственные земли направляется на производство биотоплива, поэтому этот углеродный долг относится как к прямым, так и к косвенным изменениям в землепользовании. [41]
Исследования Searchinger и Fargione привлекли заметное внимание как в популярных средствах массовой информации [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] и в научных журналах . Однако методология вызвала некоторую критику: Ван и Хак из Аргоннской национальной лаборатории опубликовали публичное письмо и направили свою критику по поводу статьи Searchinger в Letters to Science . [49] [50] Другая критика со стороны Клайна и Дейла из Национальной лаборатории Ок-Ридж была опубликована в журнале Letters to Science. Они утверждали, что Searchinger et al. и Фарджионе и др. «... не обеспечивают адекватного обоснования своего утверждения о том, что биотопливо вызывает высокие выбросы из-за изменений в землепользовании . [51] Биотопливная промышленность США также отреагировала, заявив в публичном письме, что исследование Searchinger явно является «худшим». -анализ сценариев... " 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 на биобутаноле вообще без каких-либо модификаций . 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 в двигателе предусмотрен непрямой впрыск . Если непрямой впрыск отсутствует, двигатель 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 непродумана и будет способствовать и без того неустойчивой торговле, не решая при этом проблемы изменения климата или энергетической безопасности». [53] Некоторые ведущие экологические группы поддерживают биотопливо как важный шаг на пути к замедлению или остановке глобального изменения климата. [54] [55] Однако поддерживающие экологические группы обычно придерживаются мнения, что производство биотоплива может угрожать окружающей среде, если оно не осуществляется устойчиво. Этот вывод был подтвержден отчетами ООН , [ 56] МГЭИК , [57] и некоторых других более мелких экологических и социальных групп, таких как EEB [ 58] и Банк Сарасин, [59] , которые в целом остаются негативными в отношении биотоплива.
В результате правительственные [60] и экологические организации выступают против биотоплива, производимого неустойчивым способом (при этом отдавая предпочтение определенным источникам нефти, таким как ятрофа и лигноцеллюлоза , пальмовому маслу ) [61] и просят глобальной поддержки для этого. [62] [63] Кроме того, помимо поддержки этих более устойчивых биотоплив, экологические организации перенаправляются на новые технологии, которые не используют двигатели внутреннего сгорания, такие как водород и сжатый воздух . [64]
По теме биотоплива было выдвинуто несколько инициатив по установлению стандартов и сертификации. «Круглый стол по устойчивому биотопливу» — это международная инициатива, объединяющая фермеров, компании, правительства, неправительственные организации и ученых, заинтересованных в устойчивом производстве и распространении биотоплива. В течение 2008 года Круглый стол разрабатывает ряд принципов и критериев устойчивого производства биотоплива посредством встреч, телеконференций и онлайн-обсуждений. [65] Аналогичным образом, стандарт Bonsucro был разработан как метрический сертификат для продуктов и цепочек поставок в результате продолжающейся многосторонней инициативы, ориентированной на продукты из сахарного тростника , включая этаноловое топливо. [66]
Увеличение производства биотоплива потребует увеличения земельных площадей, которые будут использоваться для сельского хозяйства. Процессы производства биотоплива второго и третьего поколения могут облегчить нагрузку на землю, поскольку в них можно использовать отходы биомассы и существующие (неиспользованные) источники биомассы, такие как остатки сельскохозяйственных культур и, возможно, даже морские водоросли.
В некоторых регионах мира сочетание растущего спроса на продовольствие и растущего спроса на биотопливо приводит к вырубке лесов и угрозе биоразнообразию. Наиболее ярким примером этого является расширение плантаций масличных пальм в Малайзии и Индонезии, где тропические леса уничтожаются ради создания новых плантаций масличных пальм. Важным фактом является то, что 90% пальмового масла, производимого в Малайзии, используется пищевой промышленностью; [67] поэтому биотопливо не может нести единоличную ответственность за вырубку 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 экологически чистого биотоплива. [68] Пальмовое масло также используется в производстве моющих средств, а также в производстве электроэнергии и тепла как в Азии, так и во всем мире (Великобритания сжигает пальмовое масло на угольных электростанциях для выработки электроэнергии). [ нужна цитата ]
В ближайшие годы значительная площадь, вероятно, будет отведена под сахарный тростник, 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 последствия сами по себе сведут на нет климатические преимущества альтернативных видов топлива, а также станут серьезной угрозой глобальному биоразнообразию. [70]
Хотя обычно считается, что биотопливо увеличивает чистый выброс углерода, биодизель и другие виды топлива действительно вызывают локальное загрязнение воздуха, в том числе оксидами азота , которые являются основной причиной смога . [ нужна цитата ]
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )