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自从1973年石油禁运以来，美国的能源政策一直在寻求用替代燃料取代以石油为基础的运输燃料。一个突出的选择是使用生物燃料，比如用乙醇来代替汽油，用生物柴油来代替普通柴油。
运输业产生了美国四分之一的温室气体排放，因此解决运输业的影响对气候保护至关重要。
许多科学家认为生物燃料本质上是碳中性的:他们认为植物在生长过程中从空气中吸收的二氧化碳完全抵消或“中和”了植物燃料燃烧时排放的二氧化碳。基于这一假设的多年计算机建模，包括美国能源部支持的工作，得出的结论是，使用生物燃料取代汽油显著减少了交通运输中的二氧化碳排放。
我们的新研究用新的眼光看待这个问题。我们检查了作物数据，以评估农田是否吸收了足够的二氧化碳，以平衡生物燃料燃烧时排放的二氧化碳。事实证明，一旦所有与种植原料作物和制造生物燃料相关的排放都被考虑在内，生物燃料实际上增加了而不是减少了二氧化碳的排放。
生物燃料的繁荣是一个气候错误
自20世纪70年代以来，联邦和州政策已经补充了玉米乙醇，但生物燃料作为促进能源独立性和减少石油进口的工具，在2001年9月11日袭击之后获得了支持。2005年，国会制定了可再生燃料标准，在2012年之前将燃料炼油厂混合75亿加仑的乙醇。（相比，美国人使用1330亿加仑的汽油。）
2007年，在一些主要环保组织的支持下，国会大幅扩大了可再生燃料标准计划。新标准使美国每年的可再生燃料消耗量增加了两倍多，从2005年的41亿加仑增加到2015年的154亿加仑。
我们的研究调查了2005-2013年可再生燃料使用急剧增加期间的数据。我们并没有假设生产和使用生物燃料是碳中性的，而是明确地比较了农田吸收的二氧化碳量与生物燃料生产和消费过程中排放的二氧化碳量。
现有的农作物生长已经从大气中吸收了大量的二氧化碳。经验问题是，生物燃料生产增加的二氧化碳吸收速度是否足以完全抵消玉米发酵成乙醇和生物燃料燃烧时产生的二氧化碳排放。
在这一时期，大部分用于生产生物燃料的作物都已经被种植了;主要的变化是农民把更多的收成卖给了生物燃料制造商，而把更少的收成卖给了食品和动物饲料。一些农民扩大了玉米和大豆的生产，或者从利润较低的作物转向这些商品。
但只要生长条件保持不变，无论如何使用玉米，玉米植株从大气中吸收二氧化碳的速度都是相同的。因此，要正确评估生物燃料，就必须评估所有农田的二氧化碳吸收情况。毕竟，农作物的生长是吸收大气中碳的二氧化碳“海绵”。
当我们进行这样的评估时，我们发现从2005年到2013年，美国农田的累积碳吸收增加了49个太格(一个太格是100万吨)。在此期间，大多数其他大田作物的种植面积都有所减少，因此二氧化碳吸收的增加在很大程度上可以归因于用于生物燃料的作物。
然而，在同一时期，发酵和燃烧生物燃料产生的二氧化碳排放量增加了132万亿克。因此，从2005年到2013年，与作物生长相关的碳吸收只抵消了与生物燃料相关的二氧化碳排放的37%。换句话说，生物燃料远非天生的碳中性。
碳流动和“气候浴缸”
这一结果与大多数已经确立的生物燃料研究结果相矛盾。为了理解其中的原因，我们可以把大气想象成一个充满二氧化碳而不是水的浴缸。
地球上的许多活动都会增加大气中的二氧化碳，就像水从水龙头流入浴缸一样。最大的来源是呼吸:碳是生命的燃料，所有生物都“燃烧碳水化合物”来为新陈代谢提供动力。燃烧乙醇、汽油或任何其他碳基燃料将进一步打开二氧化碳的“水龙头”，并以比自然代谢过程更快的速度将碳添加到大气中。
其他的活动从大气中去除二氧化碳，比如水从浴缸中流出。在工业时代之前，植物生长吸收的二氧化碳足以抵消动植物吸入大气的二氧化碳。
然而，今天，在很大程度上通过化石燃料使用，我们将CO2添加到大气中的速度迅速，而不是自然消除它。结果，CO2“水位”在气候浴缸中迅速上升。
当生物燃料被燃烧时，它们为石油燃料的每单位能量的二氧化碳量大致相同。因此，使用生物燃料而不是化石燃料不会改变CO2流入气候浴缸的快速。为了减少大气二氧化碳水平的累积，生物燃料生产必须打开CO2排水 - 即，它必须加快从大气中除去碳的净速率。
种植更多的玉米和大豆使二氧化碳吸收“流失”得更多一些，主要是通过替代其他作物。玉米的高产能以每英亩2吨的速度从大气中除去碳，比大多数其他作物都要快。
然而，扩大用于生物燃料的玉米和大豆产量只增加了与生物燃料使用直接相关的37%的二氧化碳吸收。此外，这还远远不足以抵消生物燃料生产过程中来自化肥使用、农场经营和燃料精炼等来源的其他温室气体(GHG)排放。此外，当农民将草原、湿地和其他储存大量碳的栖息地转换成农田时，就会产生大量的二氧化碳释放。
错误的建模
我们的新研究引发了争议，因为它与许多先前的分析相矛盾。这些研究使用了一种叫做生命周期分析(LCA)的方法，分析人员将生产和使用一种产品所产生的所有温室气体排放相加。其结果通常被称为产品的“碳足迹”。
用于证明和管理可再生燃料政策的LCA研究只评估了排放——即流入空气的二氧化碳——而未能评估生物燃料生产是否增加了农田从大气中去除二氧化碳的速度。相反，LCA只是假设，因为玉米和大豆等能源作物每年都可以再生，它们从大气中自动去除的碳量与生物燃料燃烧时释放的碳量相同。这个重要的假设被硬编码到LCA计算机模型中。
不幸的是，LCA是可再生燃料标准和加州低碳燃料标准的基础，后者是加州雄心勃勃的气候行动计划的关键元素。它也被其他机构、研究机构和对运输燃料感兴趣的企业所使用。
我曾经接受生物燃料本质上是碳中性的观点。20年前，我是第一篇建议在燃料政策中使用寿命周期的论文的主要作者。许多这样的研究已经完成，一项被广泛引用的荟萃分析发表在科学2006年发现，与石油汽油相比，使用玉米乙醇显著减少了温室气体排放。
然而，其他学者对大面积种植能源作物可能改变土地用途提出了担忧。在2008年初科学发表了两篇著名的文章。其中一篇文章描述了生物燃料作物如何直接取代了富含碳的栖息地，比如草原。另一项研究表明，种植生物燃料作物引发了破坏性的间接影响，比如毁林，因为农民争夺生产性土地。
LCA Accacterents使他们的模型更加复杂，以考虑燃料生产的这些后果。但是，由此产生的不确定因素变得如此之大，即不可能确定生物燃料是否有助于气候。2011年，一项国家研究委员会关于RFS的报告得出结论，玉米乙醇等作物的生物燃料尚未被认为减少温室气体排放，并可能实际上增加它们。“
不确定性激发了一种新的视角
这些不确定性促使我开始解构LCA。2013年，我发表了一篇论文气候变化这表明生物燃料生产抵消二氧化碳的条件比通常设想的要有限得多。在随后的一篇综述文章中，我详细介绍了在使用LCA评估生物燃料时所犯的错误。这些研究为我们的新发现铺平了道路，即在美国，到目前为止，可再生燃料对气候的危害实际上比汽油更大。
石油是美国最大的人为二氧化碳排放源，也是仅次于煤炭的全球第二大二氧化碳排放源。但我们的分析证实，作为应对气候变化的良方，生物燃料“比疾病本身更糟糕”。
减少和消除
科学为建立比生物燃料更有效、成本更低的气候保护机制指明了道路。减少运输燃料的二氧化碳排放有两大策略。首先，我们可以通过提高车辆效率，限制行驶里程，或替代真正的无碳燃料，如电或氢，来减少排放。
第二，我们从大气中清除二氧化碳的速度比生态系统目前吸收二氧化碳的速度更快。“生物圈再碳化”的策略包括重新造林、重建土壤碳以及恢复湿地和草原等其他富含碳的生态系统。
这些方法将有助于保护生物多样性——另一个全球可持续性挑战——而不是像生物燃料生产那样威胁生物多样性。我们的分析还提供了另一种见解:一旦碳从空气中去除，将能源和排放转化为生物燃料只是为了燃烧碳并重新释放到大气中，这几乎是没有意义的。
John DeCicco是密歇根大学的研究教授。本文最初发表于谈话。
11评论
＂...有两个广泛的
＂...减少运输燃料的二氧化碳排放有两大策略。首先，我们可以通过提高车辆效率，限制行驶里程，或使用真正的无碳燃料，如电或氢，来减少排放。”
基本上，世界将不得不把每个人，除了农民，从农村地区拉到城市，这样个人交通将是100%的电力。是的，这甚至包括我们最喜欢的编辑马丁。高速公路上将只会挤满燃烧柴油或柴油/电力混合动力车的自动驾驶卡车。城市之间的交通将只通过铁路或航空。你不希望人们自己在城市之间开车，因为这会增加电动汽车的磨损。电动汽车将主要是可回收的。我们会一直穿大麻衣服，因为你知道，合成纤维需要化石燃料，而棉花需要大量肥料。因为我们需要在最小的空间内容纳尽可能多的人，单户住宅和2-4单元住宅将会消失。除了精英，所有人都将住在密集的多层住宅中。为了防止每个人都疯掉，国家鼓励周末去乡村旅行。
或
我们可以听从霍金博士的建议，离开这块石头。
我的两个美分。讽刺。P;
城市化不是电气化交通的先决条件。
电池技术（价格）的年度改善意味着EVS不再被降级到50英里/天的通勤汽车或电气化的轻轨。在生命周期基础上，即使仅被光伏电池充电，也可以比化石燃烧器更便宜。EVS和PV都是陡峭的成本下降轨迹，因为制造量增加，并且无处不在地没有自然资源或其他障碍。
如果适当地补偿了网格的价值（涉及电力市场的一些重写），智能EV充电器可以使电气化运输仍然便宜。
与化石燃料相比，电动汽车驱动列车的磨损非常小，最大的因素是电池随着时间的推移而退化。而且电动汽车在很大程度上已经是可回收的，因为即使是用过的电动汽车电池也能作为电网存储(在电表的两边)保持价值，价格比新电网电池低。日产汽车已经在欧洲参与了商业化的电网存储产品，将Leaf电池作为运输电池重新使用。
短程电气化轻型飞机也将出现，但至少还需要10年或20年。
大多数人还没有预见到，但至少有两个国家将在2030年前禁止内燃机轻型卡车和汽车的销售，其中一个国家(印度)是高速增长的汽车市场。根据制造商的预测，到2025年，美国将很难买到一辆不充电的新车或轻型卡车，即使它装有内燃机。
从中期来看，美国的长途卡车更有可能使用天然气或天然气/电力混合动力车，而不是柴油/柴油-电力。我们离引爆点只差一次油价飙升(还记得每桶100美元的油价吗?)它们已经在这里了，但目前在柴油价格较低的情况下，在4-5年的生命周期中，它们的成本是中性的，这限制了市场渗透率的上升。
https://freightliner.com/trucks/natural-gas/
http://www.greencarreports.com/news/1094087_why-arent-natural-gas-powered-long-haul-semi-trucks-selling-better
考虑到在新的生产技术下，天然气的btu是多么便宜，不需要油价翻倍，就会在经济上大幅有利于天然气的长途运输。从非二氧化碳空气污染含量的角度来看，使用天然气燃烧器无疑是一个胜利。
@dana dorsett。
啊是的。我忘记了天然气。多年来，欧洲的司机一直可以将汽车改装成天然气。比柴油燃烧更清洁。使用天然气的汽车在换油之间可以比使用柴油多行驶数千英里。+ +
另一方面，如果放松污染控制(EGR和尿素喷射)，柴油的单位体积能耗更高，可以显著提高效率。当然，它们会更脏，但它们会节省燃料，它们应该以最大效率运行，因为道路上将不再有轻型卡车/汽车。
木材和乙醇
作者（或比我自己更开悟的人）可以解释所有生物量是否可以以这种方式批评吗？例如，燃烧的木材对乙醇同样差？在伯灵顿，VT我们想说我们的网格是100％可再生的，但如果木芯片发电厂我们拥有的是GHG的净生产商，让事情看起来不那么乐观。在较小的规模上，有效的木材燃烧炉呢？
回应山姆·比尔
山姆,
很多人都试图回答你提出的问题。这个话题是有争议的，并不是所有的专家都同意。
GBA已经发表了许多关于这个主题的文章。你可能想先阅读下面的文章。
燃木发电厂有意义吗?
NRDC：燃烧的树木是一个“环境灾难”
生物质发电:它有多绿色?
绿色家园应该烧木吗？
木头变得复杂
早在2010年，在邻近的同样森林覆盖的马萨诸塞州，州政府委托进行了一项研究，以确定发电机使用木质生物质燃料与使用化石燃料时的收支平衡点。182页的报告全文如下:
http://www.mass.gov/eea/docs/doer/renewables/biomass/manomet-biomass-report-full-hirez.pdf
执行概要在这里:
http://www.mass.gov/eea/docs/doer / renewables/biomass/manomet-biomass-report-executivesummary.pdf.
结果是，林业实践和热效率很重要(非常重要!)，除了热电联产(CHP)热电联产机之外，使用木材作为发电燃料无法达到达到碳中和(或比燃烧天然气低碳)所需的热效率。但在合理的林业实践中，严格使用木材作为取暖燃料有时可以做到。
基于这项研究的马萨诸塞州法规不允许热效率低于40%的发电机获得可再生能源积分(RECs)，热效率在40-60%之间的发电机只获得一半的可再生能源积分，而完全的可再生能源积分为60%或更高。没有一种简单的循环发电机能达到40%，但chp有时可以。
大多数经美国环保署(EPA)评定的柴火炉的效率都能达到75%以上，但如果相对而言的化石燃料以90%的效率浓缩天然气，它可能无法在合理的时间框架内实现收支平衡。如果比较化石燃料是2号，石油燃烧效率可能是85%。
编辑添加的总结”碳债务偿付”时间在执行概要图3表明热木只需5年成为碳中性对# 6油烧热输出(类似足以# 2油),但对热24年使用的天然气。虽然24年是一段很长的时间，但相对于累积的碳排放和森林木材生长的生命周期，它仍然足够接近一个合理的回报时间。90多年的木材燃烧能源的“回报”不是这样的。(结束编辑)
但是在新英格兰大多数愚蠢的25%热效率的生物质发电机燃烧森林残留物并没有真正帮助碳的情况-这些东西最好还是作为固碳土壤。
我碰巧住在一个森林寄生昆虫隔离区(亚洲天牛)，任何离开隔离区的木材A:必须切割到1/2"以下，B:用密封容器运输到生物质燃烧器设施。考虑到这些物质在城市森林里堆积的速度之快，我毫不犹豫地把它们用在环境保护署(EPA)的木炉子上，热效率在75%以上，而不是把它们运到路边的生物质燃烧器上，以25%的热效率燃烧。
在英国，他们给燃煤电厂提供绿色积分(实际上没有)，这些燃煤电厂至少使用可持续生长的木屑颗粒作为燃料组合的一部分，这已经成为美国东南部部分地区的一大出口业务。与新英格兰目前的生物质燃烧发电机相比，这些操作的规模相形见绌。
谢谢Dana & Martin
谢谢你花时间。
木质生物质
很明显，雅各布森计划在试图绘制一条通向可再生能源未来的合理路径时，故意忽略了生物质能，以避免成本为代价。
我相信这是出于对烟灰影响的担心。生物质很难清洁燃烧，甚至气化锅炉也会排放出令人担忧的pm2.5——这种非常微小的颗粒会传播很长一段距离，导致全球变暖，而且越来越被认为是一个重大的公共健康问题。环境保护署在这方面有很好的数据，因此一直在加强对木质火炉的监管，这引起了很多行业的愤怒。
正如达纳在这幅图中指出的林业实践也很重要。除非采取强有力的措施，否则更大规模地开发木质生物量很可能对已经在许多方面受到压力的森林生态系统的健康造成重大破坏。营养出口是一个问题。
因此，不幸的是，当你超越碳中和的简单概念时，木质生物质受到了一些相当严重的打击。
应对达纳
“EVS和PV都是陡峭的成本下降轨迹，因为制造量增加，并且无处不在地没有自然资源或其他障碍。”
我读到过锂的供应相对短缺，而且大部分锂都被潜在的经济和军事对手中国控制着。我们是不是从地缘政治的煎锅(中东)跳进了远东地缘政治的火海?
你关于锂的信息不是(电子邮件保护)柯特凯尔
最大的可开采锂矿藏在玻利维亚(尚未大规模开采)，但目前最大的已开发生产商在澳大利亚、智利和阿根廷(按顺序递减)。中国目前在锂矿开采方面远远排在第四位。但稀土元素并非稀有元素，如果美国(内华达州)唯一运营的稀土矿在全球卡特尔或其他情况下无法满足当地需求，那么在美国开发新矿(目前排名第8)并不困难。阿富汗也有可开采的锂矿藏。澳大利亚去年的产量为13400吨，令其他国家相形见绌。(中国的产量只有2300吨。)
锂离子不是唯一的潜在的电池电量，它恰好是由于在20世纪90年代推出的能量密度和气缸长寿的进步是最开发的，用于便携式电子（手机和圈顶电脑。）铝电池技术表现出一些潜力高能量，但它尚未商业化。在锂短缺的情况下，其他化学物质可以很快升起。
作者说的无碳是什么意思?
这篇文章第三段的最后一段与之前的大部分内容相矛盾。“有两种广泛的策略来减少运输燃料的二氧化碳排放。首先，我们可以通过提高车辆效率，限制行驶里程，或使用真正的无碳燃料，如电或氢，来减少排放。”
既不从天空和运输车辆燃料箱中自由地落下电力也不均落下。在目前的情况下，平均供应带电或氢气的汽车具有显着的碳足迹。通常来自加工/燃烧化石燃料或生物量。引用的句子提出了作者在这篇文章中的大部分中的同样的错误 - 这是对不同技术的温室气体影响的琐碎假设是不准确的。车辆缺乏排放量不等于“真正的碳自由”，就像碳螯合树增长不等于碳中立的生物燃料能量生产。目前，普通电动汽车从网格上充电，每英里的碳比一辆高效的汽车燃烧汽油从一英里下降。
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