Por qué los biocombustibles resultan ser un error climático

Por qué los biocombustibles resultan ser un error climático

Desde el 1973 embargo petroleroLa política energética de los EE. UU. Ha buscado reemplazar los combustibles de transporte a base de petróleo con alternativas. Una opción prominente es el uso de biocombustibles, como el etanol en lugar de la gasolina y el biodiesel en lugar de diesel ordinario.

El transporte genera una cuarta parte de las emisiones de gases de efecto invernadero de EE. UU., por lo que abordar el impacto de este sector es crucial para la protección del clima.

Muchos científicos ven los biocombustibles como inherentemente carbono neutral: suponen que las plantas de dióxido de carbono (CO2) se absorben del aire a medida que crecen por completo, o "neutralizan", el CO2 emitido cuando los combustibles de las plantas se queman. Muchos años de modelos informáticos basados ​​en esta suposición, incluidos trabajo apoyado por el Departamento de Energía de los Estados Unidos, concluyó que el uso de biocombustibles para reemplazar la gasolina redujo significativamente las emisiones de CO2 del transporte.

Nuestras nuevo estudio da una nueva mirada a esta pregunta. Examinamos los datos de los cultivos para evaluar si se absorbió suficiente CO2 en las tierras de cultivo para equilibrar el CO2 emitido cuando se queman los biocombustibles. Resulta que una vez que se tienen en cuenta todas las emisiones asociadas con cultivos de materias primas en crecimiento y biocombustibles de fabricación, los biocombustibles en realidad aumentan las emisiones de CO2 en lugar de reducirlas.

Auge del biocombustible, error climático

Las políticas federales y estatales han subsidiado el etanol de maíz desde los 1970, pero los biocombustibles obtuvieron apoyo como una herramienta para promover la independencia energética y reducir las importaciones de petróleo después de los ataques 11, 2001 de septiembre. En 2005, el Congreso promulgó el Estándar de combustible renovable, que requería refinadores de combustible para mezclar 7.5 mil millones de galones de etanol en gasolina por 2012. (Por comparación, en ese año los estadounidenses usaron 133 mil millones de galones de gasolina.)

En 2007 Congress expandió drásticamente el programa RFS con el apoyo de algunos principales grupos ambientales. El nuevo estándar más que triplicado el consumo anual de combustible renovable de EE. UU., que aumentó de 4.1 millones de galones en 2005 a 15.4 millones de galones en 2015.

Nuestro estudio examinó datos de 2005-2013 durante este fuerte aumento en el uso de combustible renovable. En lugar de suponer que la producción y el uso de biocombustibles era carbono neutral, comparamos explícitamente la cantidad de CO2 absorbida en las tierras de cultivo con la cantidad emitida durante la producción y el consumo de biocombustibles.

El crecimiento del cultivo existente ya saca grandes cantidades de CO2 de la atmósfera. La pregunta empírica es si la producción de biocombustibles aumenta la tasa de absorción de CO2 lo suficiente como para compensar completamente las emisiones de CO2 producidas. cuando el maíz se fermenta en etanol y cuando se queman los biocombustibles.

La mayoría de los cultivos que se dedicaron a biocombustibles durante este período ya se estaban cultivando; el principal cambio fue que los agricultores vendieron más de su cosecha a los fabricantes de biocombustibles y menos a los alimentos y la alimentación animal. Algunos agricultores ampliaron la producción de maíz y soja o conmutada a estos productos de cultivos menos rentables.

Pero mientras las condiciones de crecimiento permanezcan constantes, las plantas de maíz eliminan CO2 de la atmósfera a la misma velocidad, independientemente de cómo se use el maíz. Por lo tanto, para evaluar adecuadamente los biocombustibles, se debe evaluar la absorción de CO2 en todas las tierras de cultivo. Después de todo, el crecimiento del cultivo es la "esponja" CO2 que saca el carbono de la atmósfera.

Cuando realizamos dicha evaluación, encontramos que desde 2005 hasta 2013, la absorción acumulativa de carbono en las tierras de cultivo de EE. UU. Aumentó en los teragramas 49 (un teragrama equivale a un millón de toneladas métricas). Las áreas plantadas de la mayoría de los otros cultivos de campo disminuyeron durante este período, por lo que este aumento en la absorción de CO2 puede atribuirse en gran medida a cultivos cultivados para biocombustibles.

Durante el mismo período, sin embargo, las emisiones de CO2 de la fermentación y quema de biocombustibles aumentaron con los teragramas 132. Por lo tanto, la mayor absorción de carbono asociada con el crecimiento del cultivo compensó solo el 37 por ciento de las emisiones de CO2 relacionadas con los biocombustibles de 2005 a través de 2013. En otras palabras, los biocombustibles están lejos de ser carbono neutral.

Los flujos de carbono y la 'bañera climática'

Este resultado contradice la mayoría de los trabajos establecidos sobre biocombustibles. Para entender por qué, es útil pensar en la atmósfera como una bañera que está lleno de CO2 en lugar de agua.

Muchas actividades en la Tierra agregan CO2 a la atmósfera, como el agua que fluye de un grifo a la bañera. La fuente más importante es la respiración: el carbono es el combustible de la vida y todos los seres vivos "queman carbohidratos" para alimentar sus metabolismos. La quema de etanol, gasolina o cualquier otro combustible a base de carbono abre aún más el "grifo" CO2 y agrega carbono a la atmósfera más rápido que los procesos metabólicos naturales.

Otras actividades eliminan CO2 de la atmósfera, como el agua que sale de la bañera. Antes de la era industrial, el crecimiento de la planta absorbía más que suficiente CO2 para compensar el CO2 que las plantas y los animales respiraban en la atmósfera.

Hoy, sin embargo, en gran medida a través del uso de combustibles fósiles, estamos agregando CO2 a la atmósfera mucho más rápidamente de lo que la naturaleza lo elimina. Como resultado, el "nivel de agua" de CO2 aumenta rápidamente en la bañera climática.

Cuando los biocombustibles se queman, emiten aproximadamente la misma cantidad de CO2 por unidad de energía que los combustibles derivados del petróleo. Por lo tanto, el uso de biocombustibles en lugar de combustibles fósiles no cambia la rapidez con que CO2 fluye a la bañera climática. Para reducir la acumulación de niveles atmosféricos de CO2, la producción de biocombustibles debe abrir el drenaje CO2, es decir, debe acelerar la velocidad neta a la que se elimina el carbono de la atmósfera.

Cultivar más maíz y soja ha abierto un poco más el "drenaje" de absorción de CO2, principalmente al desplazar otros cultivos. Eso es especialmente cierto para el maíz, cuyos altos rendimientos eliminan el carbono de la atmósfera a un ritmo de dos toneladas por acre, más rápido que la mayoría de los otros cultivos.

Sin embargo, la expansión de la producción de maíz y soja para biocombustibles aumentó la absorción de CO2 solo lo suficiente para compensar el porcentaje de 37 del CO2 directamente relacionado con el uso de biocombustibles. Además, distaba de ser suficiente para compensar otras emisiones de GEI durante la producción de biocombustibles a partir de fuentes que incluyen el uso de fertilizantes, operaciones agrícolas y refinación de combustibles. Además, cuando los agricultores convierten pastizales, humedales y otros hábitats que almacenan grandes cantidades de carbono en tierras de cultivo, se producen grandes liberaciones de CO2.

Modelado erróneo

Nuestro nuevo estudio tiene provocó controversia porque contradice muchos análisis previos. Estos estudios usaron un enfoque llamado análisis del ciclo de vida, o LCA, en el cual los analistas suman todas las emisiones de GEI asociadas con la producción y el uso de un producto. El resultado popularmente se llama producto del producto "huella de carbono."

Los estudios de LCA utilizados para justificar y administrar políticas de combustibles renovables evalúan solo las emisiones, es decir, el CO2 que fluye al aire, y no evaluaron si la producción de biocombustibles aumentó la velocidad a la que las tierras de cultivo eliminaron CO2 de la atmósfera. En cambio, LCA simplemente asume que debido a que los cultivos energéticos como el maíz y la soja pueden volver a crecer de un año a otro, eliminan automáticamente la mayor cantidad de carbono de la atmósfera a medida que se liberan durante la combustión del biocombustible. Esta suposición significativa está codificada en los modelos informáticos LCA.

Desafortunadamente, LCA es la base de la RFS, así como de California Estándar de combustible bajo en carbono, un elemento clave del ambicioso plan de acción climática de ese estado. También lo utilizan otras agencias, instituciones de investigación y empresas con interés en combustibles para el transporte.

Una vez acepté la opinión de que los biocombustibles eran inherentemente carbono-neutrales. Hace veinte años yo era el autor principal de el primer papel proponiendo el uso de LCA para la política de combustible. Muchos de esos estudios se realizaron, y una Metanálisis ampliamente citado publicado en Science en 2006 encontró que el uso de etanol de maíz reduce significativamente las emisiones de GEI en comparación con la gasolina de petróleo.

Sin embargo, otros estudiosos expresaron su preocupación sobre cómo plantar vastas áreas con cultivos energéticos podría alterar el uso de la tierra. A principios de 2008 Science publicó dos artículos notables. Uno describió cómo los cultivos de biocombustibles hábitats directamente desplazados ricos en carbono, como pastizales. El otro mostró que el cultivo de biocombustibles provocaba daños efectos indirectos, como la deforestación, ya que los agricultores compitieron por tierras productivas.

Los adherentes de LCA hicieron sus modelos más complejos para dar cuenta de estas consecuencias de la producción de combustible. Pero las incertidumbres resultantes crecieron tanto que se hizo imposible determinar si los biocombustibles estaban ayudando o no al clima. En 2011 un Consejo Nacional de Investigación informe sobre el RFS llegó a la conclusión de que los biocombustibles basados ​​en cultivos como el etanol de maíz "no se ha demostrado de manera concluyente que reduzcan las emisiones de GEI y de hecho podrían aumentarlas".

Estas incertidumbres me impulsaron a comenzar a deconstruir LCA. En 2013, publiqué un artículo en Cambio Climático que muestra que las condiciones bajo las cuales la producción de biocombustible podría compensar a CO2 fueron mucho más limitados de lo que comúnmente se supone. En una documento de revisión posterior Describí los errores cometidos al usar LCA para evaluar los biocombustibles. Estos estudios allanaron el camino para nuestro nuevo hallazgo de que en los Estados Unidos, hasta la fecha, los combustibles renovables en realidad son más dañinos para el clima que la gasolina.

Todavía es urgente mitigar el CO2 del petróleo, que es la fuente más grande de emisiones antropogénicas de CO2 en los Estados Unidos y segundo más grande a nivel mundial después del carbón. Pero nuestro análisis afirma que, como una cura para el cambio climático, los biocombustibles son "Peor que la enfermedad".

Reducir y eliminar

La ciencia señala el camino hacia los mecanismos de protección del clima que son más efectivos y menos costosos que los biocombustibles. Existen dos estrategias amplias para mitigar las emisiones de CO2 de los combustibles de transporte. En primer lugar, podemos reducir las emisiones mejorando la eficiencia del vehículo, limitando las millas recorridas o sustituyendo combustibles verdaderamente libres de carbono como la electricidad o el hidrógeno.

En segundo lugar, podemos eliminar CO2 de la atmósfera más rápidamente de lo que los ecosistemas lo están absorbiendo ahora. Estrategias para "Recarbonizar la biosfera" incluir reforestación y forestación, reconstruir el carbono del suelo y restaurar otros ecosistemas ricos en carbono como los humedales y las praderas.

Estos enfoques ayudarán a proteger la biodiversidad -otro desafío de sostenibilidad global- en lugar de amenazarlo como lo hace la producción de biocombustibles. Nuestro análisis también ofrece otra idea: una vez que se ha eliminado el carbono del aire, rara vez tiene sentido gastar energía y emisiones para procesarlo en biocombustibles solo para quemar el carbono y volver a liberarlo en la atmósfera.

Sobre el Autor

John DeCicco, Profesor de Investigación, Universidad de Michigan

Este artículo se publicó originalmente el La conversación. Leer el articulo original.\

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