Pourquoi les biocarburants s'avèrent être une erreur climatique

Pourquoi les biocarburants s'avèrent être une erreur climatique

Depuis le 1973 embargo pétrolier, La politique énergétique américaine a cherché à remplacer les carburants de transport à base de pétrole par des alternatives. Une option importante est l'utilisation de biocarburants, tels que l'éthanol à la place de l'essence et du biodiesel au lieu du diesel ordinaire.

Le transport génère un quart des émissions de gaz à effet de serre des États-UnisIl est donc crucial d'aborder l'impact de ce secteur pour la protection du climat.

De nombreux scientifiques considèrent les biocarburants intrinsèquement neutre en carbone: ils supposent que les plantes de dioxyde de carbone (CO2) absorbent de l'air à mesure qu'elles se développent complètement, ou «neutralisent», le CO2 émis lorsque les carburants fabriqués à partir de plantes brûlent. De nombreuses années de modélisation informatique basées sur cette hypothèse, y compris travail soutenu par le Département américain de l'énergie, a conclu que l'utilisation de biocarburants pour remplacer l'essence réduisait considérablement les émissions de CO2 provenant du transport.

Notre nouvelle étude jette un nouveau regard sur cette question. Nous avons examiné les données sur les cultures afin d'évaluer si une quantité suffisante de CO2 était absorbée sur les terres agricoles pour équilibrer le CO2 émis lorsque les biocarburants sont brûlés. Il s'avère qu'une fois prises en compte toutes les émissions associées à la croissance des cultures intermédiaires et à la fabrication de biocarburants, les biocarburants augmentent les émissions de CO2 au lieu de les réduire.

Boom des biocarburants, erreur climatique

Les politiques fédérales et étatiques ont subventionné l'éthanol de maïs depuis les 1970, mais les biocarburants ont été soutenus en tant qu'instrument de promotion de l'indépendance énergétique et de réduction des importations de pétrole après les attentats 11 et 2001 de septembre. Dans 2005 Congrès a adopté le Norme sur le carburant renouvelable, qui a obligé les raffineurs de carburant à mélanger 7.5 milliards gallons d'éthanol dans l'essence par 2012. (A titre de comparaison, cette année les Américains ont utilisé 133 milliards gallons d'essence.)

En 2007 Congrès a considérablement élargi le programme RFS avec le soutien de certains grands groupes environnementaux. La nouvelle norme plus que triplé la consommation annuelle de carburant renouvelable aux États-Unis, qui est passée de 4.1 milliards de gallons dans 2005 à 15.4 milliards de gallons dans 2015.

Notre étude examiné les données de 2005-2013 pendant cette forte augmentation de l'utilisation de carburant renouvelable. Plutôt que de supposer que la production et l'utilisation de biocarburants était neutre en carbone, nous avons explicitement comparé la quantité de CO2 absorbée sur les terres cultivées à la quantité émise lors de la production et de la consommation de biocarburants.

La croissance des cultures existantes prélève déjà de grandes quantités de CO2 hors de l'atmosphère. La question empirique est de savoir si la production de biocarburants augmente suffisamment le taux d'absorption de CO2 pour compenser complètement les émissions de CO2 produites quand le maïs est fermenté en éthanol et quand les biocarburants sont brûlés.

La plupart des cultures utilisées dans les biocarburants pendant cette période étaient déjà cultivées; le principal changement était que les agriculteurs vendaient une plus grande partie de leur récolte aux fabricants de biocarburants et moins aux aliments et aux aliments pour animaux. Certains agriculteurs ont augmenté la production de maïs et de soja ou commuté à ces produits de cultures moins rentables.

Mais tant que les conditions de croissance restent constantes, les plants de maïs prennent CO2 hors de l'atmosphère au même rythme, peu importe la façon dont le maïs est utilisé. Par conséquent, pour évaluer correctement les biocarburants, il faut évaluer l'absorption de CO2 sur toutes les terres cultivées. Après tout, la croissance des cultures est l'éponge CO2 qui extrait le carbone de l'atmosphère.

Lorsque nous avons effectué une telle évaluation, nous avons constaté que de 2005 à 2013, l'absorption cumulée de carbone sur les terres agricoles américaines augmentait de 49 teragrammes (un teragramme est un million de tonnes métriques). Les superficies plantées de la plupart des autres grandes cultures ont diminué au cours de cette période, de sorte que cette augmentation de l'absorption de CO2 peut être attribuée en grande partie aux cultures destinées aux biocarburants.

Au cours de la même période, toutefois, les émissions de CO2 provenant de la fermentation et de la combustion de biocarburants ont augmenté de 132 teragrams. Par conséquent, la plus grande absorption de carbone associée à la croissance des cultures n'a compensé que le pourcentage 37 des émissions de CO2 liées aux biocarburants de 2005 à 2013. En d'autres termes, les biocarburants sont loin d'être intrinsèquement neutres en carbone.

Les flux de carbone et la «baignoire climatique»

Ce résultat contredit la plupart des travaux établis sur les biocarburants. Pour comprendre pourquoi, il est utile de penser à l'atmosphère baignoire qui est rempli de CO2 au lieu de l'eau.

De nombreuses activités sur Terre ajoutent CO2 à l'atmosphère, comme l'eau qui coule d'un robinet dans la baignoire. La source la plus importante est la respiration: le carbone est le carburant de la vie et tous les êtres vivants «brûlent les glucides» pour alimenter leur métabolisme. Brûler de l'éthanol, de l'essence ou tout autre carburant à base de carbone ouvre davantage le «robinet» CO2 et ajoute du carbone à l'atmosphère plus rapidement que les processus métaboliques naturels.

D'autres activités retirent le CO2 de l'atmosphère, comme l'eau qui sort d'une baignoire. Avant l'ère industrielle, la croissance des plantes absorbait plus que suffisamment de CO2 pour compenser le CO2 que les plantes et les animaux respiraient dans l'atmosphère.

Aujourd'hui, cependant, en grande partie grâce à l'utilisation de combustibles fossiles, nous ajoutons CO2 à l'atmosphère beaucoup plus rapidement que la nature ne l'enlève. En conséquence, le «niveau d'eau» CO2 augmente rapidement dans la baignoire climatique.

Lorsque les biocarburants sont brûlés, ils émettent à peu près la même quantité de CO2 par unité d'énergie que les carburants pétroliers. Par conséquent, l'utilisation de biocarburants à la place des combustibles fossiles ne change pas la rapidité avec laquelle CO2 s'écoule dans la baignoire climatique. Pour réduire l'accumulation de CO2 dans l'atmosphère, la production de biocarburants doit ouvrir le drain CO2, c'est-à-dire accélérer le taux net d'élimination du carbone de l'atmosphère.

La culture de plus de maïs et de soja a ouvert un peu plus le «drain» d'absorption de CO2, principalement en déplaçant d'autres cultures. C'est particulièrement vrai pour le maïs, dont les rendements élevés éliminent le carbone de l'atmosphère à raison de deux tonnes par acre, plus rapidement que la plupart des autres cultures.

Néanmoins, l'expansion de la production de maïs et de soja pour les biocarburants a augmenté l'absorption de CO2 juste assez pour compenser 37 pour cent du CO2 directement lié à l'utilisation de biocarburants. En outre, il était loin d'être suffisant pour compenser d'autres émissions de GES pendant la production de biocarburants provenant de sources telles que l'utilisation d'engrais, les opérations agricoles et le raffinage du carburant. En outre, lorsque les agriculteurs convertissent les prairies, les zones humides et d'autres habitats qui stockent de grandes quantités de carbone dans les terres cultivées, de très importants rejets de CO2 se produisent.

Modélisation erronée

Notre nouvelle étude a suscité la controverse parce que cela contredit plusieurs analyses antérieures. Ces études ont utilisé une approche appelée analyse du cycle de vieou ACV, dans laquelle les analystes additionnent toutes les émissions de GES associées à la production et à l'utilisation d'un produit. Le résultat est populairement appelé le produit "empreinte carbone. »

Les études ACV utilisées pour justifier et administrer les politiques sur les carburants renouvelables n'évaluent que les émissions - c'est-à-dire le CO2 qui circule dans l'air - et ne permettent pas d'évaluer si la production de biocarburants augmente la vitesse à laquelle les CO2 sont retirés de l'atmosphère. Au lieu de cela, l'ACV suppose simplement que, parce que les cultures énergétiques telles que le maïs et le soja peuvent être repoussées d'une année à l'autre, elles éliminent automatiquement autant de carbone de l'atmosphère qu'elles libèrent lors de la combustion des biocarburants. Cette hypothèse significative est codée en dur dans les modèles informatiques ACV.

Malheureusement, LCA est la base de la RFS ainsi que de la Californie Norme de carburant à faible teneur en carbone, un élément clé de l'ambitieux plan d'action climatique de cet État. Il est également utilisé par d'autres organismes, institutions de recherche et entreprises s'intéressant aux carburants de transport.

J'ai déjà accepté le point de vue selon lequel les biocarburants étaient intrinsèquement neutres en carbone. Il y a vingt ans j'étais l'auteur principal de le premier papier proposer l'utilisation de l'ACV pour la politique du carburant. Beaucoup de ces études ont été faites, et un méta-analyse largement citée publié dans Science dans 2006 a révélé que l'utilisation de l'éthanol de maïs réduisait significativement les émissions de GES par rapport à l'essence de pétrole.

Cependant, d'autres chercheurs ont soulevé des préoccupations sur la façon dont la plantation de vastes zones avec des cultures énergétiques pourrait modifier l'utilisation des terres. Au début 2008 Science a publié deux articles remarquables. Un a décrit comment les cultures de biocarburants habitats riches en carbone directement déplacés, comme les prairies. L'autre a montré que la culture de biocarburants a causé des dommages effets indirects, tels que la déforestation, alors que les agriculteurs rivalisaient pour des terres productives.

Les adhérents de LCA ont rendu leurs modèles plus complexes pour tenir compte de ces conséquences de la production de carburant. Mais les incertitudes qui en résultèrent devinrent si importantes qu'il devint impossible de déterminer si les biocarburants aidaient ou non le climat. Dans 2011 un Conseil national de recherches rapport sur le RFS a conclu que les biocarburants basés sur les cultures comme l'éthanol de maïs «n'ont pas démontré de façon concluante qu'ils réduisent les émissions de GES et pourraient même les augmenter».

Ces incertitudes m'ont incité à commencer à déconstruire l'ACV. Dans 2013, j'ai publié un article dans Climatic Change montrant que les conditions dans lesquelles la production de biocarburants pourrait compenser CO2 étaient beaucoup plus limités que généralement supposé. Dans une document d'examen ultérieur J'ai détaillé les erreurs commises lors de l'utilisation de l'ACV pour évaluer les biocarburants. Ces études ont ouvert la voie à notre nouvelle découverte qu'aux États-Unis, à ce jour, les carburants renouvelables sont plus nocifs pour le climat que l'essence.

Il est toujours urgent de réduire les émissions de CO2 provenant du pétrole, qui est la plus grande source d'émissions anthropiques de CO2 aux États-Unis et dans le Nord. le deuxième plus grand au monde après le charbon. Mais notre analyse affirme que, comme un remède contre le changement climatique, les biocarburants sont "Pire que la maladie".

Réduire et supprimer

La science ouvre la voie à des mécanismes de protection du climat plus efficaces et moins coûteux que les biocarburants. Il y a deux grandes stratégies pour atténuer les émissions de CO2 provenant des carburants de transport. Premièrement, nous pouvons réduire les émissions en améliorant l'efficacité des véhicules, en limitant les kilomètres parcourus ou en substituant des carburants véritablement sans carbone tels que l'électricité ou l'hydrogène.

Deuxièmement, nous pouvons retirer le CO2 de l'atmosphère plus rapidement que les écosystèmes ne l'absorbent maintenant. Stratégies pour "Recarboniser la biosphère" comprendre reboisement et boisement, la reconstitution du carbone du sol et la restauration d'autres écosystèmes riches en carbone tels que les zones humides et les prairies.

Ces approches aideront à protéger la biodiversité - un autre défi mondial de la durabilité - au lieu de la menacer comme le fait la production de biocarburants. Notre analyse offre également un autre aperçu: Une fois que le carbone a été retiré de l'air, il est rarement judicieux de dépenser de l'énergie et des émissions pour le transformer en biocarburant, uniquement pour brûler le carbone et le relâcher dans l'atmosphère.

A propos de l'auteur

John DeCicco, professeur de recherche, Université du Michigan

Cet article a été publié initialement le La Conversation. Lis le article original.\

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