Klimatyczny koszt biopaliw bywa wyższy niż paliw kopalnych

Biopaliwa wytwarzane z resztek organicznych, w tym roślin – wydają się być dobrym zastępnikiem dla paliw kopalnych i pomysłem na ograniczanie emisji gazów cieplarnianych z różnych działów gospodarki. Ich wykorzystanie może wręcz wiązać się z niemal zerowymi emisjami netto: rośliny pobierają CO₂ z atmosfery, po czym są przerabiane np. na biometan, którego spalanie uwalnia ten wcześniej pochłonięty CO₂ (czytaj więcej na ten temat). Tak jest w teorii, gdyż w rzeczywistości sytuacja jest bardziej skomplikowana. Uwzględnienie różnych czynników związanych z całym cyklem produkcji biopaliw, może mocno zaburzyć ten bilans powodując, iż całkowite emisje z ich stosowania mogą wręcz przewyższać te… z paliw kopalnych. Sytuacja taka w szczególności dotyczy biopaliw uzyskiwanych z biomasy roślinnej.

Ilustracja 1. Zbiór kukurydzy na kiszonkę/biomasę. Zdjęcie: Bob Nichols/USDA, domena publiczna.

Wszystkie rośliny używane w przemysłowej produkcji biopaliw wymagają odpowiedniej uprawy pozwalającej uzyskać wysokie plony. Uprawa wiąże się w większości przypadków z zabiegami naruszającymi wierzchnią warstwę gleby. Sprzyja to rozkładowi zawartej w niej materii organicznej, czemu towarzyszą emisje CO₂. Im gleba bardziej bogata w materię organiczną, tym te emisje są większe. Na końcu skali znajdują się gleby organiczne np. torfowe. Ich osuszanie na cele rolnicze oraz uprawa, skutkująca dalszą degradacją, wiążą się z bardzo dużymi emisjami CO₂. Na tyle dużymi, iż mogą one wielokrotnie przewyższyć ilość CO₂ pobraną z atmosfery przez uprawiane rośliny.

Na ten problem wskazuje m.in. opublikowany w tym roku w Nature Climate Change artykuł pod kierownictwem prof. Chrisa Evansa, specjalisty biogeochemii torfowisk z Brytyjskiego Centrum Ekologii i Hydrologii. Naukowcy przyjrzeli się w nim uprawom kukurydzy na surowiec do produkcji biometanu prowadzonym na osuszonych torfowiskach w Wielkiej Brytanii. Okazało się, iż w tym przypadku same emisje z gleby, wliczane do całościowego śladu węglowego biometanu z kukurydzy, mogą przekraczać choćby trzykrotnie ilość CO₂ emitowanego ze spalania równoważnej ilości gazu ziemnego (Evans i in., 2024).

Biodiesel niekoniecznie lepszy od ropy

Podobna sytuacja ma miejsce w przypadku np. biodiesla uzyskiwanego z owoców palm olejowych uprawianych na osuszonych torfowiskach tropikalnych. Emisje ze spalania takiego biodiesla, gdy uwzględni się emisje z gleby, mogą być od 3 do choćby 40 razy wyższe w porównaniu do diesla „kopalnianego”. Niszczenie głębokich torfowisk, które tworzyły się dziesiątki tysięcy lat, uwalnia „starożytny” węgiel organiczny, co powoduje, iż emitowany na skutek tych działań CO₂ jest bardziej podobny pod względem wpływu na klimat do CO₂ z paliw kopalnych niż do tego pochodzącego ze spalania materii organicznej uczestniczącej w bieżącym cyklu węglowym (np. drewna) (Evans i in., 2024) (zobacz też: Torfowiska – kolejne dodatnie sprzężenie zwrotne zmiany klimatu)

Ilustracja 2. Komora fermentacyjna biogazowni projektu prowadzonego na U.C. Davis. Zdjęcie: KQED Quest/flickr, licencja CC BY-NC 2.0

Nie tylko emisje z gleby

Dodatkowymi źródłami emisji gazów cieplarnianych w przypadku wytwarzania biopaliw z roślin są też np. stosowanie nawozów (emisje N₂O) czy rowy odwadniające (CH₄ z rozkładu materii organicznej zanurzonej w stojącej wodzie). W przypadku produkcji biogazu z kukurydzy uprawianej na glebach organicznych okazuje się, iż emisje związane z użyciem nawozów, transportem itp. sumarycznie są i tak niższe od tych z gleby. To pokazuje jak ważne jest uwzględnienie tych ostatnich przy określaniu emisji z całego cyklu produkcyjnego (LCA) biopaliwa. Bez tego jego ślad węglowy może zostać znacznie zaniżony. Podobnie może się stać, gdy potraktuje się wszystkie gleby organiczne jednakowo, bez rozróżniania ich według procentowej zawartości materii organicznej (emisje z tych „bogatszych” mogą być wielokrotnie wyższe od tych z „uboższych”), a także gdy nie wlicza się metanu z rowów odwadniających pola uprawne (Evans i in., 2024, Liang i in, 2024) (zobacz też: Z pól do morza – nawozy a środowisko i klimat).

Biometan nie zawsze może być dobrym rozwiązaniem

Precyzyjne określenie śladu węglowego biopaliw jest konieczne, gdyż często są one uznawane za jedno z ważnych rozwiązań mitygacyjnych. Od 2000 r. produkcja samego biometanu zwiększyła się na świecie czterokrotnie, a szacunki IEA dotyczące dalszego wzrostu są równie optymistyczne. Problem w tym, iż jeśli nie będziemy w stanie wyeliminować biopaliw bardziej emisyjnych niż paliwa kopalne, może się okazać, iż trudno jest dzięki nim zbliżać się do celów dekarbonizacyjnych w transporcie czy ogrzewaniu. Szczególnie, iż pod uprawy energetyczne potrzebne są tereny, które mogłyby zostać wykorzystane na inne cele: uprawy roślin jadalnych czy zalesianie, a w przypadku gleb organicznych – zostać wycofane z produkcji rolnej i poddane renaturyzacji. Te ostatnie działania mogłyby mieć w wielu miejscach większy wpływ na lokalne ograniczanie emisji gazów cieplarnianych niż wykorzystanie biopaliw (IPCC, 2023, Evans i in., 2024).

Biopaliwa – tak, ale z rozsądkiem

Tymczasem gdyby produkcja biometanu w procesach beztlenowych (fermentacji) miała zaspokoić 6-9% światowego zapotrzebowania na energię pierwotną, czyli ilość możliwą do osiągnięcia według szacunków producentów biopaliw, wymagałoby to znacznego zwiększenia obszaru upraw energetycznych np. kukurydzy, tak aby zajmowały one ok. 7% światowej ziemi rolnej. Biorąc pod uwagę, iż ekspansja rolnictwa na tereny naturalne jest jedną z głównych przyczyn wylesiania i związanych z tym emisji CO₂, a także zmniejszania bioróżnorodności, można się zastanawiać czy jest to warte swojej ceny – szczególnie gdy dokładnie policzymy „klimatyczny” bilans produkcji biopaliw z roślinnej biomasy (Ritchie, 2021, Evans i in., 2024).