温室加剧 石油替代品生物燃料肆虐大气

凉薄之人

做一个帅气的卡友很累，这点我真的深有体会。

自1973年石油输出国组织（OPEC）搞出的石油禁运以来，美国的能源政策一直在寻找石油燃料的替代品。一种较好的选择是使用生物燃料，如用乙醇代替汽油和生物柴油代替普通柴油。

交通运输所产生的气体排放占美国温室气体排放量的四分之一，因此解决这部分的影响对保护气候至关重要。

许多科学家认为生物燃料是天生的碳中性能源：他们假设，植物在生长完全时所吸收的二氧化碳将能与将该植物作为生物燃料燃烧所产生的二氧化碳完全抵消，或者“中和掉”。

多年来的电脑建模都是基于这种假设，包括美国能源部开展的工作，而得出的结论是使用生物燃料替代汽油可以显著减少交通运输的二氧化碳排放量。

我们的研究用一种新的视角审视这个问题。我们检查了农作物的数据用来评估，农场中吸收的二氧化碳是否能与生物燃料燃烧所产生的二氧化碳取得平衡。

事实证明，如果考虑到使用不断生长的原材料作物以及生物燃料的生产过程，生物燃料事实上会增加二氧化碳的排放。

生物燃料的热潮，气候保护的失误

自20世纪70年代以来美国联邦政府及各州的政策都对玉米乙醇进行补贴，但生物燃料获得支持是在2001年9月11日恐怖袭击后为了促进能源独立以及减少石油进口。

2005年，美国国会颁布了可再生燃料标准（RFS），它要求燃料炼油厂在2012年将75亿加仑乙醇混入汽油（作为比较，在当年美国人所用汽油为1330亿加仑）。

2007年，在一些主要的环境组织支持下，国会大幅加强了可再生燃料标准计划。而新的标准是美国年度可再生燃料消耗量的三倍以上，从2005年的41亿加仑到2015年的154亿加仑。

美国的生物质能消耗量从2002年到2013年增长了超过百分之六十，绝大部分是由于增加生物燃料的产量。

研究调查了2005-2013年可再生燃料用量飞速增长期间的数据。我们并没有假设生产及使用生物燃料是碳中性的，只是精确地比较二氧化碳在农田中的吸收量以及在生产及使用生物燃料时的释放量。

作物生长确实会从大气中吸收大量的二氧化碳。需要证明的问题是，在玉米发酵成为乙醇以及生物燃料燃烧时产生的二氧化碳，是否能被作物及时抵消。

大部分被制成生物燃料的作物在该时期已经被培育了很久；主要的变化是，农民更多地将他们的收成卖给生物燃料制造者，少量成为食物以及动物饲料。

一些农民扩大玉米以及大豆的生产，或者将其他收益较少的作物换为这些产品。

但只要生长条件保持不变，玉米植物将以同样的速度从大气中吸收二氧化碳，而不管这些玉米怎样被使用。

因此，为了正确评估生物燃料，我们必须对所有农田二氧化碳的吸收进行评估。毕竟，玉米的生长是从大气中吸收二氧化碳的“海绵”。

当我们进行这样的评估时，我们发现，从2005年到2013年，美国农田累计的碳吸收量增加了4900万吨。

而大部分其他农田作物的种植面积在此期间有所下降，因此二氧化碳吸收量的增加可以在很大程度上归因于种植生物燃料作物。

不过与此同时，生物燃料的发酵以及燃烧所释放的二氧化碳增加了1.32亿吨。

因此，从2005年到2013年作物生长的碳吸收量只抵消了生物燃料37%的碳排放量。换句话说，生物燃料根本就不是碳中性的。

碳流动和“大气浴缸”

这个结果与使用生物燃料的初衷相矛盾。为了更容易地理解其原理，可以将大气想象成充满二氧化碳的浴缸。

地球上的很多活动会增加大气中的二氧化碳，就像水从水龙头流入浴缸一样。其中最大的来源是呼吸：碳是生命的燃料，所有的生物通过“燃烧碳水化合物”来推动新陈代谢。

燃烧乙醇、汽油或者其他碳基的燃料会开大二氧化碳的“水龙头”，并比自然代谢过程更快地增加大气中的碳。

另外一些活动可以去除大气中的二氧化碳，就像水从浴缸中流走。在工业时代之前，植物生长所吸收的二氧化碳足够多，可以抵消植物和动物呼吸排入大气中的二氧化碳。

不过如今，大部分由于化石燃料的使用，我们将二氧化碳排入大气的速度比自然消化的速度要快得多。结果就是，二氧化碳的“水位”在大气浴缸中快速升高。

大气中二氧化碳的浓度，由夏威夷的莫纳罗亚天文台记录。该曲线呈锯齿状，因为二氧化碳水平每年会随植物生长周期轻微上升和回落。

当生物燃料燃烧时，同样能量单位所释放的二氧化碳量与石油燃料相当。因此，使用生物燃料取代化石燃料并不能改变二氧化碳流入大气浴缸的速度。

为了限制大气中二氧化碳水平的增长，生物燃料生产必须打开二氧化碳的排水口——也就是，必须要加快大气中排除碳的净速率。

通过取代其他农作物，种植更多的玉米和大豆可以将二氧化碳的“排水口”开得更大。特别是玉米，它可以更多地从大气中吸收碳，大约是每英亩两吨，比其他大部分农作物都快。

尽管如此，用于生产生物燃料而扩大生产的玉米和大豆仅能抵消37%燃烧生物燃料所产生的二氧化碳。

此外，在生产生物燃料过程中，例如发酵、农场经营以及燃料炼制还会产生其他的温室气体，这远远不能被抵消。

再有，当农民将草原、湿地以及其他储存大量碳的生态环境改造成农田时，也会释放大量的二氧化碳。

错误的模型

我们的最新研究引发了争议，因为它与许多先前的分析相矛盾。这些研究使用的方法称为生命周期分析（LCA），其中包括生产及使用某一产品所产生的所有温室气体。其结果俗称为产品的“碳足迹”。

LCA被用来证明和管理可再生燃料政策，它仅仅评估二氧化碳的排放量，而不能评估生物燃料的生产是否可以加速农田对大气中二氧化碳的消除速率。

相反，LCA只是简单的假设，由于像玉米以及大豆这种作物每年会重新生长，它们自然能消除与生物燃料燃烧时所产生同样多的碳。这个关键的假设被硬编码到LCA的计算机模型中。

保护储碳的生态系统可以从大气中去除更多的碳。图片来源：美国地质调查局

这些方法将有助于保护生物多样性——另一个全球可持续发展的挑战——而不是像生物燃料生产那样对其产生威胁。我们的分析还提供了另一种见解：从空气中固碳，然后再用作燃料的做法，恐怕对于控制碳排放是毫无益处的。

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