生物質、生物燃料、生物能源和沼氣可持續嗎?

在下麵的指南中,我們將討論生物質、生物燃料、生物能源和沼氣是否可以通過幾個指標實現可持續發展。

摘要:生物質、生物燃料、生物能源和沼氣是可持續的嗎?

在本指南中,我們試圖涵蓋一些與生物質可持續發展有關的主要信息,以及生物燃料、生物能源和沼氣。

也許讓一些人感到驚訝的是,根據一些指標,生物質衍生能源並不是特別可持續的。

值得注意的是,生物質和這些能源的可持續性可能會發生變化,這取決於不同能源項目的不同變量。

我們在本指南中列出了其中的一些因素。

未來生物質工業的發展也可能改變可持續性評級和結果。

生物質、生物燃料、生物能源和沼氣在不同可持續性指標上的可持續性

生物質、生物燃料、生物能源和沼氣在不同可持續性指標中的評分可能包括:

稀缺性

生物質往往是一種非稀缺資源——它可以在相對較短的時間內種植、收獲,然後重新種植。

相比之下,化石燃料等其他能源往往需要很長時間才能形成,被認為是稀缺資源

資源和投入的使用

-資源使用總量

在第一代食用糧食作物生物量和後幾代生物量之間,資源和投入的使用是不同的。

這同樣適用於專門為生物質衍生應用而生長的專用生物質,以及作為副產物或副產物生產的生物質。

生產專用的生物質能需要一係列的資源。

有農業用地本身(農業用地本身是一種稀缺資源,與其他土地用途相比,將其用於生物質時會產生機會成本),還有水、能源/燃料,以及化肥和農藥等農業投入。

相比之下,以殘留物和廢物等不可食用生物質形式存在的第二代生物質原料可能具有更低的資源足跡,因為它們來自其他商品或產品的生產。

此外,像藻類這樣的第三代生物質原料不像第一代原料那樣需要農業用地,但可能需要水和能源等資源來生產。

-資源利用效率

衛報網站指出“……生物能源是對土地(和水)的低效利用”。還轉述了他們報告的其餘部分:

他們接著解釋了為什麼把儲存在植物和生物質中的能量(來自光合作用)轉化為可用的能量是低效的,產量也很低,而不是把這些生物質用於其他用途,比如食物

他們引用的研究表明,未來將沒有足夠的植物(因此也沒有足夠的生物質)來滿足世界的總能源需求。

他們指出,太陽能將陽光轉化為能源,比生物能源效率更高,用水量更少,並提供了統計數據,說明太陽能光伏係統如何在每公頃土地上產生更多的可用能源,以及使用太陽能作為能源的電動機如何比使用生物質衍生燃料的內燃機更有效地利用土地

它們還表明,肥沃的農業土地可能更好地用於“食物、木材和碳儲存”,而不是用於生產生物質

汙染

——沼氣

特別是沼氣,使用厭氧生物消化器可能會造成汙染

其中一些汙染可能集中在小型或脆弱的社區

沼氣的生產還依賴於一些汙染最嚴重的行業的副產品或副產品

從vox.com:

RNG對當地的空氣(汙染)和水的影響主要集中在脆弱的社區

RNG加劇了空氣汙染問題(因為它的化學性質與天然氣相同),並且在泄漏或燃燒時具有相同的影響

[可再生天然氣]依賴於垃圾填埋場和工廠化農場的穩定供應,而這些垃圾填埋場和工廠化農場產生的汙染正是電氣化所消除的。

——生物燃料

生物燃料在燃燒時會釋放出空氣汙染物

一些報告表明,與一些化石燃料相比,它們釋放出更多的特定空氣汙染物

不過,其他報告指出,生物燃料有一些特性,可以幫助它們燃燒得更清潔

由於生物柴油含有更多的氧氣,因此與普通柴油相比,生物柴油的氮氧化物排放量明顯更高(福布斯網站)。

從eia.gov:

與不含乙醇的汽油相比,乙醇和乙醇-汽油混合物燃燒時更清潔,辛烷值更高,但它們也有來自油箱和分配設備的更高的蒸發排放[導致臭氧和煙霧空氣汙染物]。

汽油在與乙醇混合之前需要額外加工以減少蒸發排放

[就生物柴油而言]生物柴油中的氧氣可以改善燃燒,從而減少顆粒物排放、一氧化碳和碳氫化合物(azocleantech.com)

來自vox.com:“RNG的生產來源本身就是大汙染源,(加州)最大的兩個沼氣來源是垃圾填埋場和工廠化農場的糞便。”

環境惡化

化石燃料的開采明顯會在幾個方麵破壞環境

然而,專用的生物質作物可能有一些農業常見的環境問題,農業用地和土壤的侵蝕就是一個例子。

新一代生物質的環境退化影響可能不那麼顯著,這取決於它們的來源和生產方式。

溫室氣體排放

-了解生物質與化石燃料的不同碳循環

生物質能源和化石燃料之間的區別是:

化石燃料是從地下開采出來的。燃燒化石燃料將儲存在地下的碳釋放到大氣中。一些像CCS這樣的係統可以捕獲碳,但通常不包括在計算中

另一方麵,對於生物質,二氧化碳從大氣中開始,然後被生物質吸收,然後在生物質衍生能源轉換或燃燒時再次釋放到大氣中。因此,溫室氣體被循環回到空氣中,而不是從地麵吸收並增加到大氣中。然後,新的生物質可以在使用過的生物質的地方再次吸收二氧化碳

-關於排放計算和假設的爭論和細微差別

來自生物質能源的溫室氣體排放是爭論和細微差別的主題。

計算的方式以及在計算和研究中所作的假設都會影響排放數據的結果。

這篇文章底部“來源”列表中列出的physicsworld.com指南很好地解釋了計算和假設的差異如何改變生物質衍生商品和產品的碳排放足跡

衛報網站還討論了計算如何影響排放足跡的結果

以下是來自physicsworld.com的一些重要觀點的轉述摘要:

[使用的生物質-廢物和殘留物vs專用生物質,如何運輸到生物質工廠,以及其他因素,都會影響生物質和生物質能源的二氧化碳足跡]

[此外,對碳排放的計算基於以下假設:碳是否會立即被新的生物量生長所捕獲,以及燃燒的生物量在自然界腐爛時是否會自然釋放二氧化碳]

[總的來說,不同生物質原料類型的碳債償還時間存在激烈爭議——它可能取決於與生物質生長、管理和最終加工方式有關的變量]

[在英國,一些生物質發電廠比它們取代的燃煤發電廠排放更多的二氧化碳]

[然而,丹麥也有一家熱電聯產工廠,由於使用不同的原料,在當地采購原料,並最大限度地生產能源,它可以更快地償還碳債務]

從theguardian.com:

大多數計算都聲稱,相對於燃燒化石燃料,生物能源可以減少溫室氣體排放,但這並不包括生物燃料燃燒時釋放的二氧化碳。

他們排除了它,基於這樣的假設,即二氧化碳的釋放與生長生物量的植物吸收的二氧化碳相匹配並隱含地抵消了

然而,如果這些植物無論如何都要生長,簡單地將它們轉化為生物能源並不能從大氣中去除任何額外的碳,因此也不能抵消燃燒生物質所產生的排放。

此外,當天然林被砍伐以產生生物能源或取代用於種植生物燃料的農田時,溫室氣體排放量就會上升。

-原料和生產中影響排放的變量

每個計算都是不同的,因為每個能源項目都有不同的變量。

從所使用的原料類型,到所使用的能量轉換或生產方法,再到其他因素,這些變量都會影響排放足跡。

vox.com:“對於建築中生物甲烷的使用……生物甲烷的碳排放取決於所使用的原料和其他情況。”

從azocleantech.com:

[乙醇作為生物燃料是否比汽油排放更低取決於所使用的原料和所使用的生產過程]

如果使用特定的作物,如果使用甘蔗渣提供電力和熱量,那麼與傳統汽油相比,每升乙醇的二氧化碳排放量更低……

[在其他情況下,與汽油相比,每升乙醇可能產生更少的二氧化碳]

-砍伐森林和植被也會影響碳足跡

當必須清除森林或草地以種植生物質時,在這個過程中釋放的碳比生物質所吸收的碳要多。土壤中儲存的碳也可能受到影響。

…研究發現,砍伐森林來種植生物量會導致碳懲罰,需要幾十年才能收回,因此最好是在以前砍伐的土地上種植生物量,如未充分利用的農田(nrel.gov)

[砍伐森林也會影響土壤和土壤儲存碳的能力,並影響碳循環](physicsworld.com)

-燃燒/燃燒過程中的排放

一些報告指出,生物燃料、沼氣和生物能源的碳排放量可能不像其他一些報告指出的那麼低。

一份報告指出,就生物能源而言,木材等生物質的效率低於煤炭。

當生物燃料燃燒時,它們每單位能量排放的二氧化碳量與石油燃料大致相同。

從vox.com:

[在建築中使用生物甲烷]…碳排放可能不像業界宣稱的那麼低碳…

[RNG是甲烷,所以當它燃燒時,它會釋放甲烷等溫室氣體]

在產生同樣的能量時,直接燃燒生物質比化石燃料排放出更多的二氧化碳(theguardian.com)

木材的燃燒和加工效率低於煤炭——[這意味著木材產生的每兆瓦時的電力比煤炭產生更多的二氧化碳](physicsworld.com)

-生命周期其他階段的排放

除了燃燒,在能源生命周期的其他階段也可以考慮排放。

來自vox.com:“[對於生物甲烷…]厭氧消化器…以2%到3%的速度泄漏甲烷,以一種很少在模型中捕捉到的方式增加了它們的生命周期溫室氣體。”

從vox.com:

(運輸)

從柴油轉向[生物甲烷,即可再生天然氣]RNG[因天然氣管道泄漏率而抵消氣候效益]

即使沒有泄漏,車輛燃燒甲烷也會釋放出二氧化碳、一氧化碳和氮氧化物。

-關於生物質衍生能源排放友好性的一般性聲明

幾份報告指出,沼氣和生物能源技術在實現碳排放目標方麵並不像其他一些報告所聲稱的那樣有效(至少是它們自己)。

在加州這樣的溫帶氣候中,RNG並不是建築脫碳的可行替代方案(vox.com)

[一些報告甚至說,在足夠快的時間內,生物能源無法實現碳中和,以實現氣候變化目標](physicsworld.com)

-與其他能源的排放量比較

從vox.com:

RNG可以在(某些地區的)背景下降低天然氣的碳強度

太陽能和風能是更健康的能源[盡管]……

Physicsworld.com還討論了能源“償還碳債”的概念

一個能源項目的前期碳債越多,能源或燃料的碳密集度越高,碳債償還所需的時間就越長

因此,在比較能源來源時,分析碳債務可能很重要

第二代和第三代生物質

第二代和第三代生物質可以提高能源產量,減少碳足跡,因為不需要種植作物和有機物質

與作為專用生物質種植的可食用食品和作物生物質相比,它們可以提供新的可能性,以及優點和缺點

生物質衍生能源的實用、經濟和其他考慮

我們把它們放在一起一份單獨的指南,我們討論與生物質、生物燃料、生物能源以及沼氣有關的其他考慮因素,如成本、性能和實際考慮因素

來源

1.https://www.vox.com/energy-and-environment/2020/2/14/21131109/california-natural-gas-renewable-socalgas

2.https://www.azocleantech.com/article.aspx?ArticleID=337

3.https://climate.mit.edu/ask-mit/why-arent-biofuels-more-prevalent

4.https://www.theguardian.com/environment/2015/jan/29/biofuels-are-not-the-green-alternative-to-fossil-fuels-they-are-sold-as

5.https://www.nrel.gov/research/re-biomass.html

6.https://physicsworld.com/a/biomass-energy-green-or-dirty/

7.https://www.forbes.com/sites/judeclemente/2015/06/17/why-biofuels-cant-replace-oil/?sh=4daad4c1f60f

8.https://www.eia.gov/energyexplained/biofuels/biofuels-and-the-environment.php

9.https://theconversation.com/biofuels-turn-out-to-be-a-climate-mistake-heres-why-64463

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