将植物转化为能源的最佳方式是什么?

一项新研究比较了生物燃料和生物电力


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玉米制乙醇的环境案例持续减弱。根据《科学》杂志上的一项新研究,将这种粮食作物转化为乙醇并不是最佳利用玉米粒碳水化合物中所蕴含能量的方式。这是因为将玉米发酵成乙醇所提供的内燃机液体燃料能量,不如燃烧玉米粒发电来驱动电机。

加州大学默塞德分校的环境工程师艾略特·坎贝尔(Elliott Campbell)领导了这项研究,他解释说:“我们一直在研究可用于种植能源作物的土地面积,并且我们很想知道如何最有效地利用这些作物。我们发现,在给定的生物量下,使用电力比使用乙醇可以产生更多的运输和温室气体抵消。”

这项新研究表明,燃烧生物质发电而不是将其转化为乙醇(由玉米粒或植物的其他部分制成,即所谓的纤维素乙醇)在电动汽车中每英亩可以提供多 81% 的运输里程,即使考虑到当今昂贵电池的生命周期成本。“生产电动汽车的投入能量是生产[内燃汽车]能量的1.5倍,”坎贝尔说。“电池目前在我们的生命周期评估的车辆生产部分需要大量的能量投入。”

平均而言,从各种来源的作物(玉米粒到柳枝稷),将植物转化为能源的方式,以及车辆尺寸(从小型汽车到SUV)来看,生物电力每英亩为运输提供了多 56% 的能源,即使考虑到生产乙醇会产生其他有用的产品,例如牛饲料。举一个例子:一辆由生物电力驱动的小型卡车可以在城市和高速公路上行驶近15,000英里(24,000公里),而内燃机同类车型只能行驶8,000英里(13,000公里)。

从大气角度来看,种植生物质在发电厂燃烧并使用电力驱动汽车,每英亩可以避免10吨二氧化碳排放,或比乙醇多抵消 108% 的排放。“电力途径的另一个方面是,大多数排放物集中在一个地点,这可能为更好地控制排放物提供了机会,”坎贝尔指出。“这也可能将[其他空气污染]排放物定位在影响可能不如今天汽车行驶的地方那样有害的地方。”

当然,这种交通运输的生物电力未来也依赖于配备电池和电机的汽车和卡车的广泛可用性。可再生燃料协会发言人马特·哈特维格(Matt Hartwig)认为:“在车辆和电力传输技术方面必须进行大量创新才能使之成为现实。”该协会是一个拥有乙醇-电动混合动力汽车的乙醇贸易协会。“与此同时,美国人仍然需要液态运输燃料。如果目标是让更多的燃料来自可再生能源而不是进口石油,那么像乙醇这样的燃料是当今唯一产生影响的技术。”

他补充说:“理论上,你可以拥有一辆使用可再生燃料驱动[内燃机]的插电式混合动力车,从而完全消除对石油的需求。”

奥巴马政府似乎同意,在2009年拨款7.86亿美元用于生物燃料研究,并成立了生物燃料机构工作组,以研究如何最好地满足国会授权的可再生燃料标准,该标准要求到2022年将乙醇等可再生燃料的量增加到360亿加仑。

但是美国环境保护署(和加利福尼亚空气资源委员会)指出,将玉米转化为乙醇实际上可能成为温室气体排放和其他意外环境影响的重要来源,主要是通过推动农业扩张及其随之而来的污染——正如之前在《科学》杂志上发表的研究证明的那样。

然而,所有使用生物质——无论是用于乙醇还是电力——都存在排挤粮食作物的风险,以及对大量水的需求。“如果不能避免这些类型的影响,这两种途径都可能完全是灾难性的,”坎贝尔承认。“这将是一个受限的土地面积和生物量,因此我们可以从这片受限的土地中榨取多少运输和温室气体抵消?看来电力途径可能会给我们带来更多的回报。”

燃烧生物质发电,同时捕获发电厂的二氧化碳排放物,实际上可以导致负碳发电——从大气中去除二氧化碳。“通过在发电厂封存烟气中的二氧化碳,生物电力途径可能导致从空气中净去除二氧化碳,”研究人员写道,这可能有助于解决导致气候变化的温室气体水平不断上升的问题。

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