"Biobränsle" är ett stort modeord i transportkretsar nuförtiden, och av goda skäl. Växtbaserat bränsle kan produceras nästan var som helst, kommer från en förnybar resurs och ger ofta renare utsläpp än petroleumbaserat bränsle. Med internationella trender som svänger mot hållbara transporter verkar bränslen som majsbaserad etanol och biodiesel från soja, switchgrass och palmolja vara ett bra steg mot renare, grönare motorvägar.
Men biobränslen är inte helt kostnadsfria. Ett antal faktorer spelar in i alla bränslekostnader, både ekonomiskt och miljömässigt, och biobränsle kommer inte alltid ut som det mest hållbara alternativet. Det är sant att ett växtbaserat bränsle kommer från en förnybar källa, medan fossila bränslen så småningom kommer att ta slut. Men ta hänsyn till ett antal andra komplicerande aspekter, och biobränsle har ofta ett högt pris.
Många vanliga grödor skulle ekonomiskt kunna producera biobränsle i vissa delar av världen. Men i andra regioner skulle samma växter vara omöjliga - eller extremt kostsamma - att odla. Likaså kan gödselmedlet, vattnet och marken som krävs för att producera tillräckligt med biobränsle för att minska fossilbränsleförbrukningen avsevärt skapa andra problem, allt från ökade föroreningar till minskad tillgång till mat.
Biobränslen, och processen att integrera dem i våra bränsleanvändningsvanor, kan bli kostsamt. Låt oss titta på några av nackdelarna med biobränslen och få ett nytt perspektiv på de bränslen vi kan se mer av i framtiden.
InnehållDen här relaterar till de små mångfärgade kartorna på baksidan av fröpaket. De trasiga ränderna som sträcker sig från öst till väst är odlingszoner:regioner där vattenförsörjning, temperatur och solljus skapar gästvänliga klimat för vissa typer av växter. Om du bor i zon 5, till exempel, kommer du sannolikt att ha problem med att odla en växt som kräver den långa växtsäsongen och hög värme i zon 10 [källa:Burpee].
Biobränslegrödor skiljer sig inte från petunior eller paprika i detta avseende. Vissa grödor kommer att växa bättre i vissa regioner och kanske inte växer alls i andra. Och även om utbudet av oljeproducerande grödor som anses vara livskraftiga för produktion av biobränsle är tillräckligt brett för att passa de flesta odlingszoner, kommer de mest produktiva grödorna helt enkelt inte att växa överallt. Konsumenter som bor i en lågproducerande region skulle behöva ha biobränsle med lastbil eller transport till dem, vilket ökar både kostnaderna och mängden utsläpp som produceras i produktion och transport [källa:Pimentel].
Forskare arbetar för att öka biobränsleavkastningen från vädertoleranta grödor [källa:Lau]. Men på ungefär samma sätt som apelsiner aldrig kommer att bli en kontantgröda i Alaska, kommer det alltid att finnas vissa regioner som helt enkelt inte kan stödja storskalig produktion av biobränslerika grödor.
Fråga vilken som helst grundskoleelev vad en växt behöver för att växa, och han eller hon kommer förmodligen att nämna två saker:solljus och vatten. Medan den första ligger lite utanför biobränsleproducenternas kontroll, är den andra kärnan i en potentiellt allvarlig nackdel med växtbaserade bränslen:Vattenbehovet för vissa biobränsleproducerande grödor kan sätta en ohållbar press på lokala vattenresurser om de inte hanteras klokt.
En studie från 2009 tyder på att efterfrågan på biobränsle redan sätter stress på färskvattenförsörjningen i Great Plains och centrala sydväst [källa:McKenna], i brådskan att producera tillräckligt med majsbaserad etanol för att möta federala alternativa energikrav. Centralt för problemet är majsens relativt höga vattenbehov. Forskare undersöker sätt att genetiskt framställa mindre törstiga grödor och noggrant planera vilka biobränslegrödor som ska planteras i en viss region kan mildra detta problem [källa:Lau]. Men storskalig biobränsleproduktion – särskilt med majs och i torra delar av världen – kommer att behöva dela ändliga vattenresurser med dricks- och bevattningsbehov.
Biobränsleproduktion med livsmedelsgrödor som majs, sojabönor och sorghum har potential att drastiskt förändra världens tillgång till prisvärd mat. Biobränslenas enkla utbud och efterfrågan ekonomi – öka efterfrågan på till exempel majs och majs blir dyrare – kan utgöra ett hot mot vissa regioners livsmedelssäkerhet , eller tillgången till överkomlig näringsrik mat för regionens befolkning [källa:Naylor].
Den ökade efterfrågan på mat-biobränslegrödor kan ha en positiv effekt för växtodlarna, i form av högre priser på deras produkter. Men det priset sipprar snabbt ner till konsumenterna. En grisuppfödare kan till exempel behöva betala några extra dollar per skäppa för att köpa majs för att mata sina boskap. Det leder direkt till dyrare bacon och skinka i mataffären [källa:Carey]. För de miljarder människor som bara lever på några få dollar per dag kan till och med en liten ökning av matpriserna sätta deras tillgång till rätt näring i fara.
Ett sätt att motverka detta ligger i enkel diplomati:Globaliseringen av världshandeln innebär att det nu är enklare än någonsin att flytta livsmedel från en del av världen till en annan som svar på ökad efterfrågan. Men lätt tillgång till livsmedelsimport och lättheten att exportera beror på en lång rad politiska och sociala faktorer. Att förlita sig på produkter från halva världen för att mata en hungrig nation är ett riskabelt pris att betala för en utbredd biobränsleintegration i världens energiförsörjning.
Det verkade som en vinn-vinn-idé:den europeiska efterfrågan på biobränsle skulle öka, delvis drivet av regler som syftade till att minska utsläppen av växthusgaser. Branschforskare hade hittat ett svar i palmolja, en relativt lätttillverkad biobränslekälla. Plantageägare förberedde sin verksamhet för att möta efterfrågan ...
… och miljökaos uppstod. Enligt vissa uppskattningar orsakade expansionen av indonesiska palmoljeplantager den stora majoriteten av landets avskogning i slutet av 80- och 90-talet. Och produktionsmetoder med hög konsumtion - att flytta palmolja med petroleumdrivna lastbilar och bruket att dränera och bränna torvmossar för att förbereda jordbruksmark - har gjort den sydostasiatiska nationen till en av världens ledande utsläppare av växthusgaser [källa:Rosenthal].
Det indonesiska palmoljeproblemet är egentligen en kombination av biobränslenas nackdelar. Den regionala karaktären hos högproducerande växter som palmolja gör att vissa delar av världen är jordbruksguldgruvor:Efterfrågan på biobränsle motiverar plantager att expandera snabbt. Men om det inte görs med ett öga för att spara resurser och upprätthålla andan att minska utsläppen genom växtbaserade bränslen, kan denna upptrappning av produktionen leda till större miljöproblem än de den är avsedd att lösa.
Detta är ett problem som biobränslegrödor delar med livsmedelsgrödor, trädgårdar och gräsmattor över hela världen. Alla dessa växter växer bättre när de ges gödsel. Men dessa gödselmedel kan ha skadliga effekter på den omgivande miljön, och utökad biobränsleproduktion kan innebära ett stort föroreningshot mot färskvattenkällor.
Många gödselmedel innehåller kväve och fosfor. Även om båda dessa tillsatser främjar snabb och rejäl tillväxt i många grödor, har de en baksida. Överanvändning eller olämplig applicering kan lämna överskott av gödselmedel i jorden, som sedan sköljs genom regionala vattendelar och in i bäckar, floder, sjöar och underjordiska akviferer. Och när kemikalierna väl finns i vattenförsörjningen kan dåliga saker hända.
Fosfor har varit inblandad som en utlösare av lokala algblomningar:De små vattenväxterna livnär sig på det och fortplantar sig snabbt, och dödar ofta andra växter och vattenlevande djur genom att minska mängden syre i vattnet eller genom att frigöra giftiga kemikalier. Kväve i dricksvatten kan leda till en mängd hälsoproblem, inklusive methemoglobinemi , ett tillstånd som hindrar spädbarn från att använda syret i blodet [källa:Rosen och Horgan]. Noggrann applicering av gödningsmedel kan hjälpa till att förhindra omfattande föroreningsproblem, men att utöka biobränsleproduktionen för att möta världens efterfrågan öppnar dörren för fler misstag i detta område.
Det kan tyckas kontraintuitivt till en början, men vissa forskare hävdar att utbredd biobränsleproduktion är ett negativt summaspel:Att producera tillräckligt med biodiesel eller etanol för att ersätta en gallon petroleumbränsle, hävdar de, kräver energi som motsvarar flera liters värde av petroleumbränsle. [källa:Pimentel].
För att uttrycka det på ett annat sätt, tänk på ett majsfält som odlas för etanol. Det kan producera 100 liter av bränslet av en säsongs skörd. Men om traktorerna som sköter fältet bränner 75 liter bränsle under säsongen, förbränner lastbilen för att transportera majsen till en processor 20 liter på resan, och processorn använder energin från 40 liter bränsle för att köra sin destillationsutrustning, är den etanol som produceras verkligen ett miljövänligt bränsle med låga utsläpp? Lägg till andra resurskostnader i ekvationen, såsom de liter sötvatten som behövs för att odla växterna och mängden gödselmedel som behövs för att hålla dem friska, och det blir ännu svårare att likställa biobränsle med verkliga energi- och koldioxidbesparingar.
En studie från 2005 föreslog att det, med nuvarande jordbruks- och produktionsteknik, tar allt från 27 till 118 procent mer energi för att producera en liter biodiesel än den energi den innehåller [källa:Pimentel]. Även om teknik så småningom kan minska dessa förhållanden, är förhållandet mellan input och output energi för modern biobränsleproduktion en stor nackdel med dess utbredda användning.
Många biobränslegrödor används för att tillverka biodiesel. Oljan i deras frön pressas ut, filtreras och omvandlas till bränsle med hjälp av en kemisk process. Men medan olika grödor kan bli biodiesel genom samma process, kan det resulterande bränslet variera mycket i sin förmåga att producera kraft. Med andra ord, inte alla biobränslegrödor skapas lika.
För det första är det frågan om avkastning. Mängden vegetabilisk olja som finns tillgänglig i ett tunnland grödor kan variera kraftigt, från 18 liter per acre för majs till 635 liter för oljepalm [källa:Journey to Forever]. Och återigen, inte varje klimatregion är lämplig för en högavkastande gröda som skulle kunna producera ekonomiskt lönsam biodiesel [källa:Burpee].
För det andra är oljan som dessa växter producerar inte lika. Tänk på oljorna i ditt kök:Även om olivoljan i skåpet är lätt att hälla upp har ister och grönsaksfettet en pastaliknande konsistens. Dessa skillnader i tillstånd vid en given temperatur kommer från oljornas molekylära sammansättning. Molekylbindningarna i oljor med låg halt av mättade fetter, som förblir flytande vid lägre temperaturer, varierar från de rika på mättade fetter, som ofta bildar fasta ämnen i medeltemperaturintervall.
Denna skillnad har en effekt på oljornas livskraft som bränsle. En uppenbar övervägande är gelen, eller grumlingspunkten:Ett bränsle som blir fast långt över vattnets fryspunkt skulle inte vara särskilt användbart på en kall plats. Följaktligen är det vettigt att leta efter en omättad olja som biobränslekälla.
Men det finns en annan komplikation som uppstår med detta val. Många omättade oljor har oönskade brännegenskaper:De lämnar gummiaktiga rester i en motor när de används som bränsle. Hydrogenerande , eller att behandla oljan med väte, kan mildra detta problem, men ökad bearbetning innebär ökade kostnader [källa:Journey to Forever].
Symbolerna för jordbruksframgång i många delar av världen är oändliga fält av majs, sojabönor eller vete, med identiska grödor som sträcker sig så långt ögat kan se. Tyvärr är den bilden också ett tecken på monokultur, ett jordbruksproblem som kan tänkas bli mycket värre på grund av biobränslen.
Monokultur hänvisar till bruket att odla en kraftigt koncentrerad gröda, snarare än att växla olika grödor genom en bondes åkrar över tiden. Även om detta är en ekonomiskt attraktiv metod som spelar ut stordriftsfördelar för att göra grödan mer lönsam för jordbrukaren, kan det ha allvarliga miljömässiga nackdelar. Hundratals - till och med tusentals - av obrutna tunnland av en gröda erbjuder ett oemotståndligt mål för växtskadegörare; skadedjurspopulationer kan explodera bortom kontroll i en så frestande miljö. Likaså försvinner de näringsämnen som sätts tillbaka i jorden genom växtföljd och låter åkrar lägga i träda under intensivt monokulturellt jordbruk. Långåriga monokulturgårdar måste använda mycket mer konstgödsel än sina mer hållbara jämnåriga, vilket ökar vattenföroreningarna. Och den unika karaktären hos en monokulturgröda ökar risken för en total förlust för bonden; föreställ dig skadan om en allvarlig stam av majsblödning drabbade en etanolproducerande majsgård [källa:Altieri].
Monokultur är inte ett problem begränsat till produktion av biobränsle; det är en fråga som har studerats i flera år i relation till storskalig produktion av livsmedelsgrödor. Men eftersom många populära biobränslegrödor, som majs och sojabönor, också är populära livsmedelskällor för stora delar av världen, är det naturligt att problemen relaterade till monokultur kan bli mycket värre när konsumenterna efterfrågar mer biobränsle.
Bönder av majs, sojabönor och bomull - alla potentiella biobränslekällor - planterar i allt större utsträckning genetiskt modifierade versioner av dessa växter [källa:United States Department of Agriculture]. Detta är inte den selektiva avel som bönder har utövat i åratal; genetiskt modifierade grödor förändras i labbet för att tolerera herbicider bättre, bekämpa skadedjur eller ge högre avkastning.
I teorin låter detta som ett fantastiskt sätt att hålla jämna steg med efterfrågan på biobränslegrödor. När allt kommer omkring skulle en bättre skörd sänka priserna och säkerställa att det finns tillräckligt med majs eller sojabönor till hands för att mata och driva världen, eller hur? Men i fall som verkar lika mycket science fiction som de är vetenskapliga fakta, har genetiskt modifierade grödor av misstag utvecklat oavsiktliga – och ibland farliga – egenskaper.
Ett utmärkt exempel på detta inträffade i början av 2000-talet. Under de första testerna av en modifierad majsstam upptäckte forskare att grödan, som hade konstruerats för att bekämpa en nattfjäril som är känd för att byta majs, producerade pollen som möjligen kunde döda larver från monarkfjärilen. Forskare slog larm och ytterligare tester från akademiska forskare och industriforskare bekräftade att majsens pollen utgjorde ett hot mot monarker. Vid den tiden hade majsen funnits på marknaden i en säsong. Tack och lov sålde den inte så bra, så få åkrar planterades med den. Hade det varit säsongens populära majsstam kunde det ha varit en ekologisk katastrof när monarker migrerade genom den majstunga amerikanska mellanvästern [källa:Mellon och Rissler].
Den kanske enklaste av biobränslenas nackdelar är den mest uppenbara:det är inte petroleumbaserat bränsle, så det kommer att fungera annorlunda i motorer som är designade för petroleumbaserat bränsle.
Majsbaserad etanol, till exempel, har en högre densitet än bensin; bränsleinsprutare måste vara större i en motor som endast använder etanol för att matcha bränsleflödet hos en jämförbar bensinmotor. Och alkoholbränslen (inklusive etanol) kan korrodera eller skada en del av metall- och gummibeslagen som används i bensindrivna motorer. Omvandlingen från ett bränsle till ett annat kräver i vissa fall en rad nya insprutare, packningar och bränsleledningar. Och när motorn väl är igång betyder skillnaderna i förbränningsegenskaper mellan bensin och etanol att den etanolkonverterade motorn måste få sin tändning justerad för att fungera korrekt [källa:Tsuneishi].
Biodiesel klarar sig inte mycket bättre. På grund av den högre gelpunkten än petroleum hos många biodieselproducerande oljor kan en biodieselmotor vara svår - om inte omöjlig - att starta i kallt väder. Problemet är ännu värre för ren vegetabilisk olja, som används som bränsle i så kallade "greasecars". Förare av fordon som använder dessa bränslen har ofta värmeenheter installerade för att hålla bränsletanken och ledningarna fria från gelat bränsle, eller installera dubbla bränslesystem som spolar motorn med petroleumdiesel vid start och avstängning. Ett antal tillverkare säljer komponenter för biodiesel och smörjbilskonverteringar, och oförskämda pysslar hittar ofta sätt att övervinna gelningsproblemet. Men omvandlingarna lägger tid och pengar till biobränsleekvationen, något som kan vara avskräckande för potentiella biobränsleanvändare.
För att lära dig mer om biobränslen, klicka till nästa sida.
