Как биотопливо может сократить выбросы углерода, производить энергию и восстанавливать мертвые земли

Двадцать первый век переживает беспокойное детство. Прошло восемь лет, и он столкнулся с двумя опасностями: изменением климата и надвигающимся энергетическим кризисом. Решения для обеих задач пользуются большим спросом, и многие доллары и фунты стерлингов, потраченные на исследования, направляются на разработку экологически чистых возобновляемых ресурсов.

Пожалуйста, уважайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Биотопливо — продукт живых существ — безусловно, отвечает всем требованиям, будучи возобновляемым и биоразлагаемым. Но всегда есть подвох. В настоящее время биотопливо в основном связано с уборкой отдельных культур, выращенных на плодородных почвах, таких как кукуруза или сахарный тростник, или отходов, таких как солома.

В обращении Джорджа Буша к Конгрессу США в январе 2007 года биотопливо на основе кукурузы сыграло важную роль в снижении зависимости США от нефти. Но маловероятно, что эти виды топлива сильно повлияют на энергетические потребности Америки.

Топливным растениям нужна земля для роста, и выбор становится либо использовать существующие сельскохозяйственные угодья, которые обеспечивают столь необходимую пищу для растущего населения, либо расчищать естественные земли и наносить ущерб экосистемам, которые они питают. Любые новые культуры также необходимо орошать и обрабатывать потенциально загрязняющими удобрениями и пестицидами. А воду, химикаты и урожай необходимо транспортировать на автомобилях, работающих на ископаемом топливе.

На первый взгляд кажется, что биотопливо создает больше проблем, чем решает.В идеальном мире мы бы получали биотопливо из сельскохозяйственных культур, выращенных на используемых землях, не имеющих никакой другой сельскохозяйственной ценности, с минимальной химической помощью. Но такой мир может быть совсем рядом, благодаря ученым из Университета Миннесоты. Два года назад Дэвид Тилман, Джейсон Хилл и Кларенс Леман нашли доказательства того, что ключом к биотопливу, не требующему особого ухода, является разнообразие.

Пожалуйста, уважайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Трио выращивало растения на 152 участках на деградированной в сельском хозяйстве почве с низким уровнем азота, необходимого для выращивания сельскохозяйственных культур. Они были орошены один раз, когда посевы были посажены, и остались нетронутыми удобрениями. Они обнаружили, что участки, на которых выращивались различные растения, производили гораздо больше энергии, чем участки с одним видом, причем самые продуктивные участки содержали 16 различных видов.

Эти так называемые участки «с низким потреблением, высоким разнообразием» или LIHD содержали смесь скромных древесных растений, бобовых и трав, таких как дикий люпин, золотарник и просо просо. Они производили в три раза больше энергии, чем монокультуры. единичные виды.

Тилман обнаружил, что каждый гектар участков LIHD дает 68 гигаджоулей энергии в год, но из-за того, что они требуют минимального обслуживания, им нужно всего 4 гигаджоуля, чтобы погасить энергетический долг производства, сбора урожая и транспортировки. На перерабатывающих заводах топливо может быть преобразовано в бензин, дизельное топливо и электричество. Таким образом, каждый гектар участков LIHD производит более чем на 50% больше полезной энергии на заброшенной почве, чем другие культуры на плодородных почвах.

Часть успеха культур LIHD заключалась в том факте, что бобовые могут засевать обедненные почвы ценным азотом. За десять лет эксперимента уровень азота на участках LIHD увеличился на четверть. Биологическое разнообразие на каждом участке также защищало от болезней и мародерствующих видов, никогда не позволяя ни одному захватчику закрепиться.Это значительно снизило потребность в пестицидах и химических средствах защиты.

Предоставление альтернативы ископаемому топливу — это лишь один из способов, с помощью которого биотопливо LIHD может помочь сократить выбросы углерода — они также действуют как поглотители углерода. Монокультурные культуры, такие как кукуруза и соя, производят меньше парниковых газов, чем бензин и дизельное топливо на основе нефти, но они по-прежнему являются углеродоположительными — их производство приводит к чистому увеличению выбросов углекислого газа.

Напротив, Тилман обнаружил, что биотопливо LIHD является углеродно-отрицательным, удаляя углекислый газ из атмосферы и сохраняя его как в почве, так и в растущих корнях самих растений. Этот накопленный CO2 превышает общий объем выбросов при производстве и транспортировке более чем в десять раз, и каждый гектар урожая улавливает около 4 тонн углекислого газа в год. По сравнению с биотопливом на основе кукурузы, сокращение выбросов парниковых газов, достигаемое за счет топлива LIHD, было в 6-16 раз больше.

В настоящее время в мире насчитывается не менее 500 миллионов гектаров сельскохозяйственных заброшенных земель, которые не служат плодотворным целям и могут быть использованы для посева сельскохозяйственных культур LIHD. Полученный урожай биотоплива может заменить 13% мирового потребления нефти и 19% потребностей в электроэнергии.

Биотопливо LIHD кажется мечтой защитников окружающей среды и может обеспечить очень редкую беспроигрышную ситуацию для мировых поставщиков энергии. Они представляют собой способ обеспечения возобновляемой энергии при одновременном сокращении выбросов углерода, сохранении биоразнообразия, а также использовании и обновлении деградировавших земель. Это возможность, которую ученые должны исследовать дальше, а мировые политики должны начать воспринимать ее всерьез.

Ссылка: Д. Тилман, Дж. Хилл, К. Леман (2006). Углеродно-отрицательное биотопливо из биомассы пастбищ с низким потреблением и большим разнообразием. Science, 314 (5805), 1598-1600 DOI: 10.1126/science.1133306

[Эта статья была первоначально написана два года назад, когда статья впервые вышла в свет, и с тех пор дебаты о биотопливе, очевидно, значительно расширились.У меня не было времени, чтобы полностью обновить эту часть, поэтому, пожалуйста, не стесняйтесь добавлять свои мысли, обновления и критические замечания по поводу исследования в комментариях. – Ред.]