یکی از مقاصد اصلی تولید محصولات بیو، حفظ محیط زیست است، اما با این وجود این مساله اساسی باید به دقت مورد بررسی قرار گیرد که آیا تولید محصولات بیوپالایشگاهی آسیبی به محیط زیست میرساند یا خیر؟ در این مورد نگرانیهای بسیاری وجود دارد که برخی از آنها را در ادامه این یادداشت مورد کنکاش قرار میدهیم.
تغییر نحوه استفاده از زمینهای زراعی و تاثیر آن بر تولید گازهای گلخانهای
در بخشهای پیشین به این موضوع پرداختیم که تاثیر محصولات بیوپایه بر روی انتشار گازهای گلخانهای بستگی به نوع خوراک مورد استفاده، نحوه استفاده از زمینهای زراعی و کارایی حاصل از ترکیب این دو عامل است. ارزیابی میزان انتشار گازهای گلخانهای حاصل از این گونه محصولات با استفاده از یک مدل کامل دورههای زندگی بستگی به این موضوع دارد که آیا تغییر نحوه استفاده از زمین را در تحلیل خود بگنجانیم یا خیر؟
تغییر نحوه استفاده از زمینهای زراعی بر توازن گازهای گلخانهای از طریق تبدیل اکوسیستمهای اولیه تاثیر میگذارد که نتیجه آن تولید کربن است. این متغیر کلیدی در تعیین دورههای زندگی واقعی گازهای آلاینده به تازگی کشف شده است و به دو بخش اصلی تقسیم میشود.[1]
تغییر مستقیم نحوه استفاده از زمین (DLUC)[2] در صورتی اتفاق میافتد که تولید خوراک مورد استفاده در مجتمعهایبیوپالایشگاهی (مانند دانه سویا که برای تولید بیودیزل استفاده میشود) جایگزین نحوه اولیه استفاده از زمین میشود (مثلا جنگل)، و از این طریق باعث تغییر میزان کربن ذخیره شده در زمین مورد نظر میشود. این تاثیر تاکنون در مقالات متعدد و به دقت مورد مطالعه قرار گرفته است اما ارزشهای قراردادی همواره ممکن است از ارزشهای واقعی متفاوت باشند. علاوه بر این، این نتیجه بستگی به انتخاب دوره زمانی نیز دارد.
البته بسیاری از کارشناسان و صاحبنظران در این مورد اتفاق نظر دارند که تولید خوراک لازم برای تولید بیوماس باعث کاهش مساحت جنگلها شده است و این نوعی از تغییر مستقیم نحوه استفاده از زمین است. نکته مهم این است که اگر ما به دنبال این هستیم که از بیوماس به عنوان یک منبع پایدار انرژی برای آینده استفاده کنیم، این اتفاق نباید رخ دهد.
نوع دوم تغییر در نحوه استفاده از زمین مدتهاست که مورد غفلت واقع شده است، دلیل اصلی این سهل انگاری عدم دقت در تشخیص کیفیت و کمیت این نوع تغییر است. این نوع تغییرات نیز باید متوازن باشند تا توازن انتشار گازهای گلخانهای نیز حفظ شود.
تغییر غیرمستقیم در کاربری زمین (ILUC)[3] نیز زمانی اتفاق میافتد که فشار بر روی بخش کشاورزی- به دلیل جایگزین شدن نحوه استفاده قبلی با تولید خوراک مورد نیاز برای تولید بیوماس- باعث تغییر کاربری زمینهای زراعی در سایر مناطق نیز بشود. جایگزینی کاربری فعلی زمین زراعی برای تولید بیوسوختها یا سایر محصولات بیو پایه میتواند باعث تغییرات کاربری زمین در سایر نقاط شود. در کل چهار نوع تغییر غیرمستقیم در کاربری زمین وجود دارد:
فضایی
موقتی
تغییر کاربری
تغییر فعالیت تولیدی
که هر کدام از این موارد به نوبه خود با مکانیسمهای متفاوت باعث میشوند که تولید بیوماس در نحوه فعالیت زمین زراعی تغییراتی را ایجاد نماید.
مطالعاتی که تاکنون بر روی تغییر کاربری زمینهای زراعی، به ویژه در مورد تولید اتانول از ذرت در آمریکا، انجام شده است، نتایج بسیار مختلفی را در بر داشته است. تخمینهای اولیه توسط محققان مختلف حاکی از این بود که میزان انتشار گازهای گلخانهای حاصل از تولید اتانول از ذرت در آمریکا در ازای هر یک مگاژولاتانول تولیدی 100 گرم دیاکسید کربن تولید میشده است. اما بعدها در مطالعهای که توسط هرتل[4] صورت گرفت، نشان داد که در ازای هر مگاژولاتانول تولیدی تنها 27 گرمدیاکسید کربن تولید میشده است؛ رقمی که تقریبا یک چهارم تخمین اولیه بود. هرچند حتی این میزان هم کافی بود تا کارشناسان نتیجهگیری کنند که تولید اتانول از ذرت در مقایسه با تولید آن از گازوئیل چندان مزیتی ایجاد نمیکند.[5]
نمودار 1 میزان انتشار گازهای گلخانهای در اثر تغییر کاربری زمین را نشان میدهد. دادههای مربوط به تغییرات مستقیم و غیرمستقیم در انتشار گازهای گلخانهای، به جز دورههای زندگی آنها[6]، در این نمودار از موسسه اوئکو، دارمستت[7]، جمعآوری شده است ( فقط غیر مستقیم (25%)= اگر تغییر کاربری زمین غیرمستقیم باشد در این صورت ربسک جایگزینی خوراک تنها 25 درصد است).
آخرین تحقیقاتی که در مورد میزان انتشار گازهای گلخانهای در اثر تولید اتانول از ذرت انجام شده است، میزان انتشار دیاکسید کربن را بین 38 تا 48 گرم به ازای هر مگاژولاتانول برآورد کرده است. البته لازم به ذکر است که در این تحقیق تغییر کاربری غیرمستقیم زمین را در نظر گرفته نشده است و بر کارایی دوره زندگی و مصرف انرژی تمرکز کرده است.[8] البته مطالعات بسیار جامع و کاملتری در این زمینه توسط تاینر و همکارانش[9] صورت گرفته است؛ آنها در این تحقیق به این نتیجه رسیدند که تاثیر نهایی تغییر کاربری غیرمستقیم زمین در اثر تولید اتانول از ذرت بر محیط زیست آمریکا تنها تولید 15 گرم دیاکسید کربن به ازای هر مگاژولاتانول تولید شده است. البته فرض این مطالعه این بوده است که سهم تغییر کاربری زمین در تولید گازهای گلخانهای تنها 25 تا 34 درصد بوده است.[10]
نمودار 1- میزان انتشار گازهای گلخانهای در اثر تغییر کاربری زمین
در حال حاضر، هنوز هم نااطمینانیهای بسیاری در مورد تغییر کاربری غیرمستقیم زمین وجود دارد و متدولوژی فعلی بر انتخابهای داوطلبانه دورههای تولید بیوسوختها استوار است.[11]
بسته به متدولوژی که برای تخمین میزان انتشار گازهای گلخانهای انتخاب میشود، تغییر کاربری زمین میتواند تاثیر مثبت یا منفی بر توازن انتشار این گازها در اثر تولید محصولات پالایشگاهی داشته باشد. تبدیل جنگلها، باتلاقها و علفزارها به زمینهای زراعی معمولا باعث انتشار کربن در اتمسفر میشود (تاثیر منفی). در حالیکه، اگر زمینهایبلااستفاده یا دشتهای غیر زراعی تبدیل به زمین زراعی شوند، از دو جهت مزیت ایجاد میکنند: یکی از جهت افزایش تولید بیوماس و دومی از جهت افزایش ذخیره کربن در زمینهای زراعی.
تغییر کاربری جنگلهای استوایی، علفزارها و بیشهزارها به منظور تولید بیوسوخت از مواد خوراکی در برزیل، جنوب شرقی آسیا و ایالات متحده آمریکا، باعث بدهی کربن به دلیل تولید بیوسوختمیشود زیرا انتشار دیاکسید کربن را 17 تا 420 برابر افزایش میدهد.
از آنجایی که زمین در طول زمان، بیوماس بیشتری تولید میکند و به این دلیل که تولید بیوماس به صورت سالانه باعث کاهش انتشار این گازها میشود، در بلندمدت این بدهی جبران میشود. نمودار 2 میزان بدهی کربن و زمان مورد نیاز برای جبران بدهی توسط تولید بیوسوخت را برای 9 سناریوی مختلف نشان میدهد. این سناریوها در محور افقی نشان داده شدهاند. همچنین این مساله در دو حالت مختلف بررسی شده است. در حالت A میزان بدهی کربن شامل دیاکسید کربن، انتشارات حاصل از خاک و در جو و تولید بیوماس در زیر خاک که نتیجه تبدیل اقلیم اولیه است. در حالت B تعداد سالهای مورد نیاز، پس از تبدیل به تولید بیوماس، برای جبران بدهی کربن در مقایسه با تولید سوخت فسیلی محاسبه شده است.[12]
نمودار 2- بدهی کربن و زمان مورد نیاز برای جبران آن در سناریوهای مختلف
زمانی که میزان انتشار آلایندهها محاسبه میشود، باید تاثیر خالص آن بر بدهی کربن مورد بررسی قرار گیرد نه اینکه صرفا مزایای مستقیم آن به منظور تولید بیوماس مد نظر قرار گیرد. اگر بخواهیم این مساله را با بیانی ساده مطرح کنیم، به منظور کاهش انتشار گازهای آلاینده، باید میزان کربن تولید شده در زمین بیشتر از ذخیره کربنی باشد که به طور مستقیم یا غیر مستقیم و در نتیجه تغییر کاربری زمین تجزیه شده است.[13]
تا همین دوره اخیر، اکثر مطالعاتی که توازن تولید بیوسوختها را مورد مطالعه قرار میدهند متوجه نشده بودند که تغییر کاربری زمین تا چه حد کیفیت بیوسوخت را به عنوان یک منبع پایدار انرژی تحت تاثیر قرار میدهد.
در یکی از این مطالعات این نتیجه گرفته شده بود که میزان انتشار گازهای گلخانهای حاصل از تولید اتانول از ذرت در طول 167 سال جبران خواهد شد، به این مفهوم که تا آن زمان میزان انتشار این گازها افزایش خواهد یافت. در نمودار 3 تاثیر افزایش تولید بیوسوختها بر قیمت کالاها ترسیم شده است. این نمودار بر اساس نظریه تعادل عمومی و با این فرض استخراج شده است که اتحادیه اروپا و آمریکای شمالی سوخت 10 درصد از وسائط نقلیه خود را با بیوسوخت جایگزین کردهاند.[14]
نمودار 3- تغییر قیمت کالاها در اثر گسترش تولید بیوسوختها
در یک مطالعه جدید که توسط آژانس حفاظت از محیط زیست آمریکا[15] انجام شده است زمان مورد نیاز برای جبران بدهی کربن در اثر تغییر کاربری زمین برای تولید اتانول از ذرت فقط 14 سال تخمین شده است.
مطالعات جداگانهای در برزیل و آمریکا صورت گرفته است که بر اساس آنها تولید پایدار بیوسوختهای نسل اول حاصل شده است. این امر حاکی از بهبود مداوم در تولید، چارچوبهای قانونی و ابداع و نوآوری صنایع است که به نوبه خود صنایع تولید بیو انرژی و بیو سوخت را احاطه کرده است.
با توجه به مباحثات فوق میتوان نتیجه گرفت که صرفنظر از متدولوژی به کار گرفته شده در مطالعه دورههای زندگی انتشار آلایندهها، میتوانبیوسوختها را با روشی تولید کرد که چنین تاثیرات منفی به حداقل برسد. در این راستا ضروریات قانونی باید به نوعی اصلاح شوند که تضمین کنند تنها تولید بیوسوختهایی از نظر تجاری موفقیت آمیز خواهند بود که تبدیل اقلیم اولیه در آنها حداقل باشد و کیفیت محیط زیست را بهبود بخشند. چنین رویکردی در مورد تولید مواد شیمیایی و سایر محصولات تولیدی در بیوپالایشگاهها نیز بسیار موثر خواهد بود.
[1]Searchinger, T., et al., Use of U.S. Croplands for Biofuels Increases Greenhouse Gases Through Emissions from Land-Use Change. Science, 2008. 319(5867): p. 1238-1240.
[2]Direct land-use change
[3]Indirect land-use change
[5]Hertel, T.W., et al., Effects of US Maize Ethanol on Global Land Use and Greenhouse Gas Emissions: Estimating Market-mediated Responses. Bioscience. 60(3): p. 223-231.
[6]Fritsche, U.R., Bioenergy GHG Emission Balances including Direct and Indirect Land Use Change Effects. 2009, Oeko-Institute.V.: Darmstadt.
[7]Oeko- Institute, Darmstadt
[8]Liska, et al., Improvements in Life Cycle Energy Efficiency and Greenhouse Gas Emissions of Corn Ethanol. Journal of Industrial Ecology, 2009.
[10]Tyner, et al., Land Use Changes and Consequent CO2 Emissions due to US Corn Ethanol Production: A Comprehensive Analysis. Department of Agricultural Economics, Purdue University, 2010.
[11]Mueller, S., 2008 National dry mill corn ethanol survey. Biotechnol. Lett, 2010.
[12]Fargione, J., et al., Land Clearing and the Biofuel Carbon Debt. Science, 2008. 319(5867): p. 1235-1238.
[13]Hill, J., et al.,Environmental, economic, and energetic costs and benefits of biodiesel and ethanol biofuels.
[14]Gallagher, E., The Gallagher Review of the indirect effects of biofuels production. The Renewable Fuels Agency, 2008.
[15]US Environmental Protection Agency