生物燃料时代来临！用柳枝稷等植物材料替代化石燃料 气候效益大大增加

生物燃料和生物能源系统是替代化石燃料使用和通过碳捕获和储存产生负排放方案的组成部分。但是，这些系统的温室气体净减排效益一直存在争议，因为人们担心土地使用变化造成的碳损失，以及替代土地使用带来的封存效益。

科罗拉多州立大学(Colorado State University)牵头的一项新研究预测，使用先进的生物燃料技术将带来显著的气候效益。该研究包括一个由植物科学家、生态学家和工程师组成的跨学科团队。考虑到生物燃料系统中的所有碳流，并将其与草原和森林中的碳流进行比较，研究小组发现，有明确的策略可以让生物燃料获得净碳收益。

这是第一批着眼于当前和未来碳负生物燃料的研究之一。8月24日发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上的《通过先进生物燃料实现温室气体净减排和负排放的稳健途径》(Robust paths to net greenhouse gas mitigation and negative emissions via advanced biofuel)对此进行了研究。

生物燃料利用值得重新审视

CSU自然资源生态实验室的研究科学家约翰·菲尔德（John Field）说，对生物燃料行业来说，展示利用植物不可食用部分制造的纤维素生物燃料的商业可行性一直是一个挑战。柳枝稷（Switchgrass），一种生长在北美许多地区的本土草，是可持续生产植物材料的一种主要替代品。

该研究团队使用模型来模拟柳枝稷的种植、纤维素生物燃料的生产以及碳捕获和存储、跟踪生态系统和碳流。然后，科学家们将这种模型与陆地上储存碳的其他方法(包括种植森林或草地)进行了比较。

伊利诺斯州至少有一家工厂正在使用碳捕获和储存技术，将玉米作为传统生物燃料加工成乙醇，但这些系统还没有普及。作为这项研究的一部分，研究人员创建了模型来模拟纤维素生物燃料精炼厂的情况。

菲尔德说:“我们发现，进入炼油厂的柳枝稷中，大约有一半的碳变成了可用于碳捕获和存储的副产品。”由此产生的高纯度二氧化碳的副产品流在储存地下之前不需要太多的分离或清理。

该研究小组分析了三个对比鲜明的美国案例研究，发现在农民或土地管理者不再种植作物或维持牧场供放牧的土地上，种植柳枝稷生产纤维素乙醇的每公顷缓解潜力与重新造林相当，比草地恢复的潜力大几倍。(一公顷大约是一个普通足球场的2.5倍大。)

在柳枝稷恢复作用特别显著的部分地区，种植更多的树木并不是正确的选择。菲尔德说:“在大平原上，草原是更自然的植被。”“这些系统吸收的碳不如森林系统那么多。如果你开始将生物燃料加入其中，它们的碳效益是草原的2.5倍。如果你所在的地区草原将成为原生植被，那么使用生物燃料有一个明显的优势。”

正是在生物燃料遭到几个尖锐又观点鲜明的批评之后，他们开展了这项研究。“我们想看看我们是否能得出与那些对生物燃料持批评态度的研究人员相同的结论。”

“我们的分析表明，事实上，如果有意图地去调整和改变的话，生物燃料可以实现对气候产生一系列巨大的好处。”达特茅斯学院环境工程设计杰出教授Lee Lynd表示。

使用生物燃料是实现气候目标的当务之急

科学家说，由于目前在应对气候变化方面的拖延，如果像美国这样的国家想要将全球变暖的影响限制在比工业化前水平高出1.5℃的水平上，就必须对生物燃料和其他负排放技术采取更积极的态度。

如果我们想达到这个目标，我们真的必须尽快部署化石燃料的替代品。”他补充说，我们还需要清理大气中的碳污染，并追溯历史上的碳排放。

自2016年《联合国气候变化框架公约》(United Nations Framework Convention on Climate Change)签署《巴黎协定》(Paris Agreement)以来，消除碳污染是一个被广泛讨论的想法。

“我们必须开始清理过去排放的一些碳污染，因为我们在减少排放方面太慢了。”

有不同的方法来完成这项清洁工作，最简单的方法就是种植树木来在土地上储存更多的碳。

该研究还概述和分析了其他替代方案，包括碳负生物燃料的使用。植物从大气中吸收碳来生长，这些碳被用来构建植物组织。

如果这些植物物质被收集并转化为能源，那么产生的一些二氧化碳副产品就可以被捕获并泵入地下，储存在枯竭的油井或其他地质构造中，而不是被送回大气中。

同样，纤维素生物燃料之所以具有吸引力，是因为它们可以帮助减少航空、航运和卡车、电动车等领域的化石燃料使用，而这些领域都是向电力转型的挑战。

接下来，研究团队希望扩大其模型，在全国范围内扩大，而不是只盯着全国的几个特定地点。

“未来先进生物燃料的许多用途只存在于小规模场景中。”“关键是要把所有这些因素综合起来，确保我们继续得到支持，以便它能够繁荣发展，即使在像目前这样油价相对较低的时候。”

这项研究的部分资金由国家食品和农业研究所——美国农业部、美国能源部通过生物能源创新中心和巴西的圣保罗研究基金会提供。

翻译/前瞻经济学人APP资讯组

原文来源：https://www.sciencedaily.com/releases/2020/08/200824165632.htm