Является ли древесина зеленым источником энергии? Ученые разделены
Попытки объявить древесину низкоуглеродным топливом встревожили экологов.
- 5 января 2017 г.
- Уоррен Корнуолл
Делиться:
Потребовалось полвека, чтобы желудь превратился в 20-метровый дуб, стоящий здесь, в лиственном лесу Северной Каролины, недалеко от берегов реки Северо-Восточный Кейп-Фир. Но чтобы превратить дуб в топливо для топки европейской электростанции, нужно всего несколько секунд.
Лесозаготовительная машина — помесь танка и однорукого краба — хватается за дерево металлической клешней. С визгом вращающееся лезвие вгрызается в ствол. В конце концов, самые толстые части этого дерева и сотни других из этого леса будут распилены на пиломатериалы. Но ветки таких больших деревьев, а также целые маленькие или изогнутые деревья отправляются на специализированную мельницу, где их сжимают в крошечные древесные гранулы. Переброшенные через Атлантический океан, они, скорее всего, будут питать гигантскую электростанцию в Соединенном Королевстве, которая обеспечивает почти 10% электроэнергии страны.
Под шум лесозаготовок Боб Абт, экономист по лесному хозяйству из Университета штата Северная Каролина (штат Северная Каролина) в Роли, объясняет, почему эта трансатлантическая торговля древесными гранулами процветает: политика, промышленные группы и некоторые ученые стремятся сделать сжигание большего количества древесины для производства электроэнергии стратегией сокращения выбросов углекислого газа (CO2). Они утверждают, что в отличие от угля или природного газа древесина является топливом с низким содержанием углерода. Углерод, выделяющийся при вырубке и сжигании деревьев, снова поглощается, когда на их месте вырастают новые деревья, что ограничивает его воздействие на климат.
Идея привлекательна проста, говорит Абт, член экспертной группы, изучающей концепцию Агентства по охране окружающей среды США (EPA). «Здесь вырастет еще одно дерево и снова улавливает углерод. Так что мы просто перерабатываем углерод».
Тем не менее, попытки правительств всего мира объявить древесину углеродно-нейтральным топливом, что дает право на льготный режим в соответствии с налоговыми, торговыми и экологическими нормами, вызвали ожесточенные споры. Критики утверждают, что учет переработки углерода гораздо сложнее, чем кажется.Они говорят, что предпочтение древесины может фактически увеличить выбросы углерода, а не ограничить их, на многие десятилетия, и что ветровая и солнечная энергия — без выбросов с самого начала — лучше подходят для климата. Некоторые ученые также обеспокоены тем, что политика, продвигающая древесное топливо, может спровоцировать глобальный бум лесозаготовок, который уничтожает биоразнообразие лесов во имя защиты климата.
«Это, по сути, говорит Конго, Индонезии и любой другой лесной стране мира: «Если вы вырубите свои леса и будете использовать их для получения энергии, это не только не плохо, но и хорошо», — говорит Тим Поискингер, старший научный сотрудник Институт мировых ресурсов в Вашингтоне, округ Колумбия, изучавший углеродное воздействие производства энергии на базе древесины.
Дубы в Северной Каролине направляются к британской электростанции во многом из-за единственного числа: ноль. Это количество CO2, которое европейские электростанции могут выбрасывать при сжигании древесины. Это, конечно, неправда, и в некоторых случаях дровяные печи на самом деле выбрасывают больше CO2 из своих дымовых труб на единицу произведенной электроэнергии, чем печи, работающие на угле или природном газе. (Отчасти это связано с тем, что древесина может иметь более высокое содержание воды, чем другие виды топлива, и часть ее энергии уходит на кипячение воды.) Но в соответствии с амбициозным планом Европейского Союза от 2009 года по производству 20% электроэнергии из возобновляемых источников к 2020 году. , регулирующие органы одобрили ранее принятое решение о признании древесины углеродно-нейтральным топливом для целей учета выбросов.
В ответ на это некоторые страны, в том числе Великобритания, Бельгия, Дания и Нидерланды, построили новые электростанции, работающие на дровах, или переоборудовали электростанции, работающие на угле, на древесину. Великобритания проявила наибольший энтузиазм, поскольку правительство предоставляет субсидии на древесные гранулы, что делает их конкурентоспособными по сравнению с ископаемым топливом. На крупнейшей в стране электростанции мощностью 4000 мегаватт в Северном Йоркшире владелец Drax Group переоборудовал половину печей для сжигания древесных гранул.
В качестве топлива Drax и другие фирмы присматриваются к лесам по всему миру. Северная Каролина и другие штаты на юго-востоке Соединенных Штатов, заполненные быстрорастущими соснами, а также лиственными породами и расположенные всего в нескольких минутах от Европы, стали основным источником древесных гранул. Экспорт США, почти весь с юго-востока, вырос с нуля в 2005 году до более чем 6,5 миллионов метрических тонн в 2016 году, по данным Forisk Consulting, фирмы в Афинах, штат Джорджия. Ожидается, что к 2021 году экспорт окатышей вырастет до 9 миллионов метрических тонн.
Бум привлек внимание американских политиков. Законодатели в Конгрессе при поддержке некоторых представителей лесной промышленности предложили закон, который будет следовать примеру Европейского Союза и объявлять древесные гранулы углеродно-нейтральным топливом, что может побудить энергетические компании США перейти на древесину. Пока эти предложения не стали законом, отчасти из-за скептицизма со стороны администрации Обамы.
Но они встревожили некоторые экологические группы и разделили ученых. В феврале этого года 65 ученых, многие из крупных университетов, написали письмо лидерам Сената, предупреждая, что углеродно-нейтральный ярлык будет способствовать вырубке лесов и увеличению выбросов парниковых газов. Но месяц спустя более 100 ученых выразили противоположную точку зрения в письме в EPA, заявив, что «углеродные преимущества устойчивой энергии лесной биомассы хорошо известны».
Абт и его коллеги из группы экспертов Агентства по охране окружающей среды пытаются разобраться в этих совершенно разных точках зрения. Сын лесника лесозаготовительной компании в Джорджии, Абт может ловко переключаться с разговора с лесорубом о машинах на описание сложных компьютерных моделей, которые он строит, чтобы имитировать то, что может произойти в мире, где будет больше электростанций, работающих на древесном топливе. Итог, говорят исследователи, зависит от множества предположений об экологии леса и экономическом поведении землевладельцев, а также от временного горизонта расчетов.«Существует четыре или пять различных подходов, которые вы можете использовать для измерения воздействия парниковых газов на энергию лесной биомассы», — говорит Мадху Кханна, экономист-эколог из Университета Иллинойса в Шампейне и председатель группы экспертов EPA. «Существуют огромные различия в ответах, которые вы можете получить».
Один вид модели фокусируется на биологической картине, подсчитывая, сколько углерода выбрасывается при сжигании биомассы и сколько времени потребуется экосистеме для повторного поглощения этого углерода. Расчеты относительно просты. Но детали — например, какие деревья вырубаются, и являются ли новые деревья быстрорастущими соснами или медленнорастущими лиственными породами — могут повлиять на то, насколько велик этот первоначальный углеродный долг и сколько времени потребуется, чтобы погасить его. .
Из-за задержки между выбросами и поглощением исследования, использующие этот подход, часто обнаруживают, что широкое использование древесного топлива вызывает всплески выбросов, которые могут длиться десятилетиями, ускоряя темпы глобального потепления. Исследователи, работающие с Советом по защите природных ресурсов (NRDC), экологической группой, пришли к выводу, что завод по сжиганию древесины будет иметь более высокие чистые выбросы углерода, чем сопоставимый угольный завод в течение первых 4 или более десятилетий эксплуатации. Аналогичное исследование, опубликованное в Журнале устойчивого лесного хозяйства в 2013 году, показало, что парниковые газы от электростанции, работающей на древесине из лесов Новой Англии, превышают выбросы от аналогичной угольной электростанции почти на полвека.
Суть климата может меняться в зависимости от того, как далеко в будущее заглядывают исследователи. Группа EPA, в которой сидят Абт и Ханна, поддержала долгосрочную точку зрения. В своем последнем проекте группа рекомендует вести учет углерода за 100-летний период, основываясь на исследованиях, предполагающих, что планете требуется столько времени, чтобы ощутить полное воздействие кумулятивных выбросов парниковых газов.Такие длинные подсчеты дают новым лесам достаточно времени для созревания и повторного захвата углерода, благодаря чему древесина кажется ближе к углеродно-нейтральной.
Но некоторые ученые возражают, что такие длительные временные рамки затушевывают риск того, что краткосрочный всплеск выбросов, вызванный крупномасштабным сжиганием древесины, нанесет непоправимый ущерб. «Если мы растаем арктические льды в ближайшие 20 лет, они не вернутся», — говорит Уильям Шлезингер, биогеохимик и почетный президент Кэриского института экосистемных исследований в Миллбруке, штат Нью-Йорк, который входит в научный консультативный совет Агентства по охране окружающей среды.
Такие проблемы предполагают, что политики должны действовать с осторожностью, говорит Сами Ясса, ученый-лесовод из NRDC в Киттери, штат Мэн. «Мы считаем, — говорит он, — что эти неопределенности необходимо разрешить, чтобы избежать ущерба» сегодняшним лесам.
Мы рассматриваем эту отрасль биомассы как одну из самых больших угроз, если не самую большую угрозу для этих лесов.
- Адам Мейкон, Национальный заповедник дикой природы на реке Роанок
Тем временем Абт и некоторые другие исследователи используют подходы к моделированию, которые пытаются учесть важную роль, которую экономика и поведение человека играют в формировании будущих лесов. С одной стороны, вырубленные леса могут быть превращены в сельскохозяйственные угодья или жилые участки, и у них никогда не будет возможности отрасти и поглотить углерод. Или бум торговли пеллетами может иметь противоположный эффект: стимулировать фермеров сажать деревья там, где когда-то росли сельскохозяйственные культуры или пастбищные травы, увеличивая выгоды от выбросов углерода.
В одном исследовании с использованием подхода Абта был сделан парадоксальный вывод: расширение производства пеллет на юго-востоке может принести чистую выгоду с точки зрения выбросов углерода в долгосрочной перспективе. Это потому, что это может побудить землевладельцев сажать больше деревьев, что приведет к большему накоплению углерода. А доставка сосновых пеллет в Европу для производства электроэнергии может иметь как экономический, так и экологический смысл, заключили Абт и Ханна в исследовании 2015 года, опубликованном в журнале Environmental Research Letters.По сравнению с углем древесное топливо сократило выбросы углерода на 74-85%, если принять во внимание весь жизненный цикл обоих видов топлива, включая выбросы от производства и транспорта, а также возможные изменения в землепользовании. Суть, говорит Абт, в том, что «вы не можете просто рассказать биологическую историю. Мой тезис состоит в том, что игнорирование рынков дает вам больше неверных ответов».
Это мнение поддержал Томми Норрис, поставщик древесины из Северной Каролины в Роки-Пойнт. Его компания Tri-State Land and Timber LLC купила права на вырубку леса в округе Даплин. По его словам, спрос на древесину создает для землевладельцев стимулы к управлению лесами в долгосрочной перспективе и может препятствовать их использованию для других целей. «Если у вас нет рынков, — говорит он, — люди просто будут игнорировать свои леса».
Примерно в 160 километрах к северо-востоку от места вырубки эколог из штата Северная Каролина Аско Ноорметс исследует то, что, по его мнению, является еще одной важной — и часто упускаемой — частью головоломки древесного топлива. Это прямо под его ногами. Под соснами на плантации, принадлежащей лесопромышленному гиганту Weyerhaeuser, Noormets приседает рядом с белой пластиковой трубой, встроенной в лесную подстилку. Мотор скулит, когда механизм сбрасывает небольшой пластиковый купол на конец трубы, а датчик глубоко вдыхает CO2 внутри, поднимающийся из почвы.
Измерения, проводимые каждые 30 минут в течение последних 11 лет, вызывают беспокойство у Ноорметса. Они предполагают, что лесозаготовки, будь то биотопливо или пиломатериалы, разъедают углерод, хранящийся под лесной подстилкой. Данные показывают, что каждый квадратный метр этого леса ежегодно теряет в атмосферу примерно 125 граммов углерода. Он предсказывает, что со временем лесозаготовки могут изнашивать эту плодородную торфяную почву до песчаного слоя, высвобождая большую часть содержащегося в ней углерода и разрушая ее долгосрочную продуктивность.
Когда он изучил выбросы от других управляемых лесов по всему миру, он обнаружил такие же повышенные темпы потери почвенного углерода.Ноорметс не уверен, чем вызваны потери, но он подозревает, что, нарушая почву, вырубка леса изменяет активность почвенных микробов, выделяющих CO2.
Мягкий ученый склонен к техническому жаргону. Но он говорит, что, когда впервые увидел цифры несколько лет назад, «я был в ужасе». Это связано с тем, что углерод в почве составляет значительную часть общего количества углерода, хранящегося в лесах, поэтому со временем его снижение может иметь серьезные последствия для климата.
Другие исследования управляемых лесов обнаружили менее тревожные потери углерода или мало свидетельств долгосрочного сокращения. Тем не менее, если выводы Ноорметса подтвердятся дальнейшими исследованиями, они могут заставить переосмыслить учет древесного топлива, который часто предполагает отсутствие потерь углерода в почве, говорит Абт. «Тогда простое моделирование надземного углерода даст вам неверный ответ».
Торговля пеллетами также может иметь более непосредственное воздействие на окружающую среду. В Национальном заповеднике дикой природы на реке Роанок недалеко от Уильямстона, Северная Каролина, Адам Мейкон идет по грязной тропинке мимо дубов, настолько густых, что он не может обхватить один из них руками. Высокие кипарисы пускают корни в болотистую почву. Это хрестоматийный пример пойменного лиственного леса, говорит Мейкон, который работает в Dogwood Alliance, экологической группе, базирующейся в Эшвилле, Северная Каролина. Здесь обитают десятки видов растений, более 200 видов птиц и млекопитающих, включая ондатр и черных медведей.
Как убежище дикой природы, эти деревья находятся вне досягаемости пилы. Но всего в нескольких километрах это совсем другая история. В отличие от лесов на западе США, которые в основном принадлежат правительству США, более 80% юго-восточных лесов находятся в частных руках.Мейкон опасается, что, если спрос на древесные гранулы продолжит расти, это создаст еще один стимул для землевладельцев вырубать относительно разнообразные лиственные леса, на которые уже приходится примерно четверть пеллет, поступающих с юга, и превращать их в менее разнообразные, но быстро растущие леса. сосновые насаждения.
Недавнее исследование, опубликованное в журнале Global Change Biology Bioenergy, пришло к выводу, что повышенный спрос на древесное топливо может привести к сокращению некоторых экосистем лиственных пород Северной Каролины примерно на 10% к 2050 году. Сопутствующее исследование показало, что некоторые виды, обитающие в этих лесах, также могут исчезнуть, в том числе лазурная славка, маленькая голубая певчая птичка, популяция которой с середины 1960-х годов сократилась почти на 75%. «Мы рассматриваем эту отрасль биомассы как одну из самых больших угроз, если не самую большую угрозу для этих лесов», — говорит Мейкон.
Представители деревообрабатывающей промышленности говорят, что опасения по поводу масштабного разрушения среды обитания необоснованны. Пока прогнозы о резком росте спроса на древесные гранулы в Европе не оправдались, говорит Сет Гинтер, исполнительный директор Ассоциации промышленных пеллет США в Ричмонде, штат Вирджиния. По его словам, лишь несколько европейских стран субсидируют древесные пеллеты, а ряд предложенных в США заводов по производству пеллет так и не был реализован. «Судя по тому, как потряс рынок, спрос не так уж и велик», — говорит Гинтер.
В целом, в 2013 году на пеллеты было потрачено 3% древесины, вырубленной на юго-востоке, что намного меньше, чем на целлюлозу или пиломатериалы. Тем не менее, по данным Forisk Consulting, в ближайшие 5 лет в регионе ожидается ввод в эксплуатацию не менее семи новых заводов по производству пеллет.
И сторонники, и критики маркировки пеллет как углеродно-нейтральных теперь задаются вопросом, как будущая администрация избранного президента Дональда Трампа может относиться к древесному топливу.Поскольку Республиканская партия вскоре будет контролировать и Конгресс, и Белый дом, Ясса из NRDC прогнозирует, что промышленные группы и политики из богатых лесом штатов снова будут отстаивать свои доводы в пользу того, что углеродно-нейтральное обозначение древесины было бы хорошо для экономики. Но с учетом того, что Трамп и его назначенцы обещают отменить внутренние климатические правила и выйти из международных соглашений, направленных на поощрение использования экологически безопасных видов топлива, неясно, насколько престижным будет углеродно-нейтральный ярлык в Соединенных Штатах.
Однако в других странах мира древесина, похоже, пользуется поддержкой. Спрос на пеллеты растет в Японии и Южной Корее, поскольку эти страны стремятся выполнить квоты на возобновляемые источники энергии. А в конце ноября 2016 года Европейская комиссия рекомендовала продлить существующую политику Европейского союза в отношении древесного топлива до 2030 года с некоторыми незначительными изменениями. Такие политические решения говорят о том, что споры о древесине и климате далеки от завершения.
