本文的作者約翰·德奇科（John DeCicco）系美國(guó)密歇根大學(xué)教授，他對(duì)于生物燃料是否碳中性的問題做了一系列的研究，這項(xiàng)研究得到了密歇根大學(xué)能源所的支持。

大豆和玉米是兩種在美國(guó)種植最廣泛的農(nóng)作物，也是用來制造生物燃料的主要原料。圖片來源：www.shutterstock.com

自1973年石油輸出國(guó)組織（OPEC）搞出的石油禁運(yùn)以來，美國(guó)的能源政策一直在尋找石油燃料的替代品。一種較好的選擇是使用生物燃料，如用乙醇代替汽油和生物柴油代替普通柴油。

交通運(yùn)輸所產(chǎn)生的氣體排放占美國(guó)溫室氣體排放量的四分之一，因此解決這部分的影響對(duì)保護(hù)氣候至關(guān)重要。

許多科學(xué)家認(rèn)為生物燃料是天生的碳中性能源：他們假設(shè)，植物在生長(zhǎng)完全時(shí)所吸收的二氧化碳將能與將該植物作為生物燃料燃燒所產(chǎn)生的二氧化碳完全抵消，或者“中和掉”。多年來的電腦建模都是基于這種假設(shè)，包括美國(guó)能源部開展的工作，而得出的結(jié)論是使用生物燃料替代汽油可以顯著減少交通運(yùn)輸?shù)亩趸寂欧帕俊?/p>

我們的研究用一種新的視角審視這個(gè)問題。我們檢查了農(nóng)作物的數(shù)據(jù)用來評(píng)估，農(nóng)場(chǎng)中吸收的二氧化碳是否能與生物燃料燃燒所產(chǎn)生的二氧化碳取得平衡。事實(shí)證明，如果考慮到使用不斷生長(zhǎng)的原材料作物以及生物燃料的生產(chǎn)過程，生物燃料事實(shí)上會(huì)增加二氧化碳的排放。

生物燃料的熱潮，氣候保護(hù)的失誤

自20世紀(jì)70年代以來美國(guó)聯(lián)邦政府及各州的政策都對(duì)玉米乙醇進(jìn)行補(bǔ)貼，但生物燃料獲得支持是在2001年9月11日恐怖襲擊后為了促進(jìn)能源獨(dú)立以及減少石油進(jìn)口。2005年，美國(guó)國(guó)會(huì)頒布了可再生燃料標(biāo)準(zhǔn)（RFS），它要求燃料煉油廠在2012年將75億加侖乙醇混入汽油（作為比較，在當(dāng)年美國(guó)人所用汽油為1330億加侖）。

2007年，在一些主要的環(huán)境組織支持下，國(guó)會(huì)大幅加強(qiáng)了可再生燃料標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃。而新的標(biāo)準(zhǔn)是美國(guó)年度可再生燃料消耗量的三倍以上，從2005年的41億加侖到2015年的154億加侖。

美國(guó)的生物質(zhì)能消耗量從2002年到2013年增長(zhǎng)了超過百分之六十，絕大部分是由于增加生物燃料的產(chǎn)量。圖片來源：能源情報(bào)署

研究調(diào)查了2005-2013年可再生燃料用量飛速增長(zhǎng)期間的數(shù)據(jù)。我們并沒有假設(shè)生產(chǎn)及使用生物燃料是碳中性的，只是精確地比較二氧化碳在農(nóng)田中的吸收量以及在生產(chǎn)及使用生物燃料時(shí)的釋放量。

作物生長(zhǎng)確實(shí)會(huì)從大氣中吸收大量的二氧化碳。需要證明的問題是，在玉米發(fā)酵成為乙醇以及生物燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的二氧化碳，是否能被作物及時(shí)抵消。

大部分被制成生物燃料的作物在該時(shí)期已經(jīng)被培育了很久；主要的變化是，農(nóng)民更多地將他們的收成賣給生物燃料制造者，少量成為食物以及動(dòng)物飼料。一些農(nóng)民擴(kuò)大玉米以及大豆的生產(chǎn)，或者將其他收益較少的作物換為這些產(chǎn)品。

但只要生長(zhǎng)條件保持不變，玉米植物將以同樣的速度從大氣中吸收二氧化碳，而不管這些玉米怎樣被使用。因此，為了正確評(píng)估生物燃料，我們必須對(duì)所有農(nóng)田二氧化碳的吸收進(jìn)行評(píng)估。畢竟，玉米的生長(zhǎng)是從大氣中吸收二氧化碳的“海綿”。

當(dāng)我們進(jìn)行這樣的評(píng)估時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)，從2005年到2013年，美國(guó)農(nóng)田累計(jì)的碳吸收量增加了4900萬噸。而大部分其他農(nóng)田作物的種植面積在此期間有所下降，因此二氧化碳吸收量的增加可以在很大程度上歸因于種植生物燃料作物。

不過與此同時(shí)，生物燃料的發(fā)酵以及燃燒所釋放的二氧化碳增加了1.32億噸。因此，從2005年到2013年作物生長(zhǎng)的碳吸收量只抵消了生物燃料37%的碳排放量。換句話說，生物燃料根本就不是碳中性的。

碳流動(dòng)和“大氣浴缸”

這個(gè)結(jié)果與使用生物燃料的初衷相矛盾。為了更容易地理解其原理，可以將大氣想象成充滿二氧化碳的浴缸。

地球上的很多活動(dòng)會(huì)增加大氣中的二氧化碳，就像水從水龍頭流入浴缸一樣。其中最大的來源是呼吸：碳是生命的燃料，所有的生物通過“燃燒碳水化合物”來推動(dòng)新陳代謝。燃燒乙醇、汽油或者其他碳基的燃料會(huì)開大二氧化碳的“水龍頭”，并比自然代謝過程更快地增加大氣中的碳。

另外一些活動(dòng)可以去除大氣中的二氧化碳，就像水從浴缸中流走。在工業(yè)時(shí)代之前，植物生長(zhǎng)所吸收的二氧化碳足夠多，可以抵消植物和動(dòng)物呼吸排入大氣中的二氧化碳。

不過如今，大部分由于化石燃料的使用，我們將二氧化碳排入大氣的速度比自然消化的速度要快得多。結(jié)果就是，二氧化碳的“水位”在大氣浴缸中快速升高。

大氣中二氧化碳的濃度，由夏威夷的莫納羅亞天文臺(tái)記錄。該曲線呈鋸齒狀，因?yàn)槎趸妓矫磕陼?huì)隨植物生長(zhǎng)周期輕微上升和回落。圖片來源：斯克里普斯海洋研究所

當(dāng)生物燃料燃燒時(shí)，同樣能量單位所釋放的二氧化碳量與石油燃料相當(dāng)。因此，使用生物燃料取代化石燃料并不能改變二氧化碳流入大氣浴缸的速度。為了限制大氣中二氧化碳水平的增長(zhǎng)，生物燃料生產(chǎn)必須打開二氧化碳的排水口——也就是，必須要加快大氣中排除碳的凈速率。

通過取代其他農(nóng)作物，種植更多的玉米和大豆可以將二氧化碳的“排水口”開得更大。特別是玉米，它可以更多地從大氣中吸收碳，大約是每英畝兩噸，比其他大部分農(nóng)作物都快。

盡管如此，用于生產(chǎn)生物燃料而擴(kuò)大生產(chǎn)的玉米和大豆僅能抵消37%燃燒生物燃料所產(chǎn)生的二氧化碳。此外，在生產(chǎn)生物燃料過程中，例如發(fā)酵、農(nóng)場(chǎng)經(jīng)營(yíng)以及燃料煉制還會(huì)產(chǎn)生其他的溫室氣體，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能被抵消。再有，當(dāng)農(nóng)民將草原、濕地以及其他儲(chǔ)存大量碳的生態(tài)環(huán)境改造成農(nóng)田時(shí)，也會(huì)釋放大量的二氧化碳。

錯(cuò)誤的模型

我們的最新研究引發(fā)了爭(zhēng)議，因?yàn)樗c許多先前的分析相矛盾。這些研究使用的方法稱為生命周期分析（LCA），其中包括生產(chǎn)及使用某一產(chǎn)品所產(chǎn)生的所有溫室氣體。其結(jié)果俗稱為產(chǎn)品的“碳足跡”。

LCA被用來證明和管理可再生燃料政策，它僅僅評(píng)估二氧化碳的排放量，而不能評(píng)估生物燃料的生產(chǎn)是否可以加速農(nóng)田對(duì)大氣中二氧化碳的消除速率。相反，LCA只是簡(jiǎn)單的假設(shè)，由于像玉米以及大豆這種作物每年會(huì)重新生長(zhǎng)，它們自然能消除與生物燃料燃燒時(shí)所產(chǎn)生同樣多的碳。這個(gè)關(guān)鍵的假設(shè)被硬編碼到LCA的計(jì)算機(jī)模型中。

內(nèi)華達(dá)州、愛荷華州的林肯路能源乙醇廠。圖片來源：photolibrarian/Flickr

不幸的是，LCA是可再生燃料標(biāo)準(zhǔn)以及加利福尼亞州低碳燃料標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)（該州雄心勃勃的氣候行動(dòng)計(jì)劃中的一個(gè)關(guān)鍵要素）。它也被用于其他的機(jī)構(gòu)、研究所以及對(duì)交通運(yùn)輸燃料感興趣的企業(yè)中。

我曾一度接受了生物燃料是天生碳中性的這一觀點(diǎn)。二十年前，第一篇論文為了燃料政策建議使用LCA，而我是這篇論文的主作者。經(jīng)過許多研究，引用了多個(gè)文獻(xiàn)，這篇匯總型的分析被發(fā)表在2006年的《科學(xué)》雜志上，它表示使用玉米乙醇比起石油汽油可以顯著降低溫室氣體排放。

然而，其他學(xué)者擔(dān)心，大范圍種植能源作物可能會(huì)改變土地用途。在2008年初，《科學(xué)》雜志刊登了兩篇著名的文章。一篇描述了生物能源作物如何直接取代了富碳的自然環(huán)境，比如草原。另外一篇表明了種植用于生物燃料的作物所產(chǎn)生的間接破壞性影響，比如由于農(nóng)民爭(zhēng)奪肥沃土地所導(dǎo)致的森林砍伐。

LCA的后續(xù)開發(fā)者將他們的模型做得越來越復(fù)雜用以確認(rèn)燃料生產(chǎn)的影響。但由此產(chǎn)生的不確定性卻如此之大，以至于它已經(jīng)不可能確定生物燃料是否可以幫助改善氣候。2011年，國(guó)家研究理事會(huì)在可再生燃料標(biāo)準(zhǔn)的報(bào)告中得出的結(jié)論是，基于農(nóng)作物的生物燃料，如玉米乙醇，“還沒有被最終證明可以減少溫室氣體排放，并實(shí)際上可能會(huì)使其增加?！?/p>

這些不確定性促使我開始對(duì)LCA進(jìn)行解構(gòu)。2013年，我在《氣候變化》雜志上發(fā)表的論文表示，生物燃料生產(chǎn)所抵消的二氧化碳比假設(shè)的要少得多。在隨后的綜述論文中，我詳列了使用LCA對(duì)生物燃料進(jìn)行評(píng)估所產(chǎn)生的錯(cuò)誤。這些研究為我們?cè)诿绹?guó)的新發(fā)現(xiàn)提供了基礎(chǔ)，到目前為止，可再生燃料實(shí)際上比汽油對(duì)氣候更有害。

現(xiàn)在仍十分迫切需要減少石油的二氧化碳排放，這是美國(guó)最大的人為二氧化碳排放源，以及繼煤炭之后的全球第二大排放源。但是我們的分析可以確定，作為氣候變化的治愈方法，生物燃料“比疾病本身更糟糕”。

減少以及消除

科學(xué)指出，保護(hù)氣候的方法是，使用比生物燃料更有效且更經(jīng)濟(jì)的機(jī)制。這里有兩大策略用以減少交通運(yùn)輸燃料的二氧化碳排放。首先，我們可以通過提高車輛效率，限制行駛的里程或使用真正無碳的燃料如電動(dòng)或氫氣來減少排放。

其次，我們可以加快現(xiàn)在生態(tài)系統(tǒng)除碳的速度。采取措施“再造富碳生物圈”，包括綠化、再造林、重建含碳土壤以及恢復(fù)富含碳的生態(tài)系統(tǒng)，如濕地和草原。

保護(hù)儲(chǔ)碳的生態(tài)系統(tǒng)可以從大氣中去除更多的碳。圖片來源：美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局

這些方法將有助于保護(hù)生物多樣性——另一個(gè)全球可持續(xù)發(fā)展的挑戰(zhàn)——而不是像生物燃料生產(chǎn)那樣對(duì)其產(chǎn)生威脅。我們的分析還提供了另一種見解：從空氣中固碳，然后再用作燃料的做法，恐怕對(duì)于控制碳排放是毫無益處的。

編輯：馬韜

參考：

https:///biofuels-turn-out-to-be-a-climate-mistake-heres-why-64463

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