木材是绿色能源吗? 科学家们存在分歧

木材是绿色能源吗? 科学家们存在分歧

花了半个世纪的时间,一棵橡树长到20米高的橡树上,这棵橡树站在东北角恐惧河岸边的北卡罗来纳州硬木森林里。 但是,将橡木变成欧洲发电厂炉子的燃料只需几秒钟。

伐木机 - 坦克和单臂螃蟹之间的交叉 - 用金属爪抓住树。 尖叫着,旋转的刀片刺穿了行李箱。 最终,这棵树的最厚的部分和来自这片森林的数百个其他部分将切成木材。 但是像这样的大树的枝条,以及整个小树或弯曲的树木,都会去一个专门的工厂挤压成小木屑。 它们运往大西洋,可能最终为英国一家大型发电厂提供燃料,该发电厂供应该国近10%的电力。

在伐木的轰鸣声中,罗伯特北卡罗来纳州立大学(北卡罗来纳州立大学)的森林经济学家鲍勃·阿布特解释了为什么这种跨大西洋的木质颗粒贸易正在蓬勃发展:决策者,行业团体和一些科学家的推动使燃烧更多的木材用于电力控制二氧化碳(CO2)排放的策略。 他们认为,与煤炭或天然气不同,木材是一种低碳燃料。 树木被砍伐和焚烧时释放的碳在新树木生长时再次被吸收,限制了它对气候的影响。

Abt是一位正在研究美国环境保护署(EPA)概念的专家小组成员,他说这个想法非常简单。 “另一棵树将在这里生长,再次吸收碳。所以我们只是回收碳。”

然而,世界各国政府采取措施将木材指定为碳中性燃料 - 使其有资格在税收,贸易和环境法规下获得有益待遇 - 引发了激烈的争论。 批评者认为,碳回收的核算远比看上去复杂得多。 他们说,对木材的青睐实际上可以促进碳排放,而不是几十年来遏制它们,并且风能和太阳能从一开始就没有排放 - 对气候来说是更好的选择。 一些科学家还担心,促进木材燃料的政策可能会引发全球伐木繁荣,以气候保护的名义摧毁森林生物多样性。

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从北卡罗来纳州Duplin县的伐木场砍下的一些树木将被挤压成木屑,在发电厂中燃烧。

©Katie Bailey

“这基本上告诉了刚果和印度尼西亚以及世界上其他所有森林覆盖的国家:'如果砍伐你的森林并用它们来获取能量,那不仅不坏,也不错,'”蒂姆•辛格尔(Tim Searchinger)说道。华盛顿特区的世界资源研究所,研究了木材能源的碳影响。

北卡罗来纳州的橡树正在前往英国一家发电厂,主要原因是一个数字:零。 这是欧洲发电厂在燃烧木材时可以声称的二氧化碳排放量。 当然,事实并非如此,在某些情况下,木材燃烧炉实际上每单位发电量的烟囱排放的二氧化碳比燃烧煤或天然气的二氧化碳要多。 (在某种程度上,这是因为木材的含水量比其他燃料高,而且它的一些能量也会沸腾掉。)但根据欧盟雄心勃勃的2009年计划,到2020年将20%的电力用可再生资源生产监管机构赞同早先决定将木材指定为碳中性燃料,用于排放核算。

作为回应,一些国家 - 包括英国,比利时,丹麦和荷兰 - 已经建造了新的燃木电厂或将燃煤电厂改造成木材。 英国一直是最热情的国家之一,政府提供木屑补贴,使其与化石燃料竞争。 在该国最大的发电站,北约克郡的一个4000兆瓦的庞然大物,所有者德拉克斯集团已经将一半的炉子改造成燃烧木屑。

对于燃料,德拉克斯和其他公司一直在关注世界各地的森林。 美国东南部的北卡罗来纳州和其他州,充满了快速增长的松树和硬木以及来自欧洲的短途货轮旅行,已经成为木质颗粒的主要来源。 据位于佐治亚州雅典的Forisk Consulting公司称,美国出口几乎全部来自东南部,从2005年的零增长到2016年的650多万吨。 到2021年,颗粒出口量预计将增长到900万吨。

繁荣引起了美国决策者的注意。 国会的立法者在林产品部分的支持下提出了立法,这些立法将遵循欧盟的领导,并宣布木质颗粒为碳中性燃料,这可能会鼓励美国电力公司转向木材。 到目前为止,这些提案尚未成为法律,部分原因是奥巴马政府的怀疑。

但是他们让一些环保组织和科学家们感到震惊。 今年2月,65名科学家,其中许多来自主要大学,写了一封信给参议院领导人,他们警告说,碳中性标签会鼓励砍伐森林并增加温室气体排放。 但一个月后,超过100位科学家在给EPA的一封信中采取了相反的观点,称“可持续森林生物质能源的碳效益已经确立。”

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经济学家Bob Abt一直在研究木材燃料的经济和生态影响。

©Katie Bailey

Abt和他在EPA专家小组的同事正试图理清那些截然不同的观点。 作为格鲁吉亚伐木公司的林务员的儿子,Abt可以巧妙地从谈论机械与记录器转向描述他构建的复杂计算机模型,以模拟在更多燃木发电厂的世界中可能发生的事情。 研究人员说,底线取决于对森林生态学和土地所有者经济行为的多种假设,以及计算的时间范围。 “可以使用四种或五种不同的方法来衡量森林生物质能源对温室气体的影响,”伊利诺伊大学香槟分校的环境经济学家,环境保护局专家小组主席Madhu Khanna说。 “你可以获得的答案存在巨大差异。”

一种模型关注生物图像,计算生物量燃烧时排放的碳量,以及生态系统重新吸收碳所需的时间。 计算相对简单。 但是细节 - 比如什么样的树木被砍伐,以及新树木是快速生长的松树还是生长缓慢的硬木 - 可以影响最初的碳债务有多大,以及需要多长时间来偿还。

由于排放和吸收之间的滞后,采用这种方法的研究经常发现,木材燃料的广泛使用将导致可能持续数十年的排放峰值,从而加速全球变暖的步伐。 与环境组织自然资源保护委员会(NRDC)合作的研究人员得出结论,在最初的40年或更长时间的运营中,燃木电厂的净碳排放量将高于同类煤电厂。 2013年“可持续林业杂志”的一项类似研究发现,近半个世纪以来,来自新英格兰森林的木材发电厂的温室气体排放量将超过类似燃煤发电厂的排放量。

气候的底线可能会根据未来研究人员的同行程度而变化。 Abt和Knana所坐的EPA小组赞同长远看法。 在最新的草案中,该小组建议在100年的时间内进行碳核算,根据研究表明,地球需要很长时间才能感受到累积温室气体排放的全面影响。 如此长的标记使新森林有足够的时间成熟并重新获得碳,使木材看起来更接近碳中性。

但一些科学家反对说,如此长的时间尺度掩盖了大规模木材燃烧产生的排放近期飙升将导致无法消除的损害的风险。 “如果我们在未来20年融化北极冰,那就不会再回来了,”生物地球化学家,纽约米尔布鲁克卡里生态系统研究所的名誉主席威廉施莱辛格说,他是美国环保局科学顾问委员会的成员。

这些问题表明政策制定者应该谨慎行事,缅因州Kittery的NRDC林业科学家Sami Yassa说。 “我们的信念,”他说,“这些不确定因素需要得到解决,有利于避免对今天的森林造成损害。

我们认为这种生物质产业是这些森林面临的最大威胁之一,即使不是最大的威胁。

亚当梅肯,罗阿诺克河国家野生动物保护区

与此同时,Abt和其他一些研究人员正在寻求建模方法,试图考虑经济学和人类行为在塑造未来森林方面所发挥的重要作用。 在一个极端,伐木的森林可能会转变为农田或住宅区,从未有机会再生和吸收碳。 或者蓬勃发展的颗粒贸易可能会产生相反的效果:鼓励农民种植树木,在那里种植农作物或牧草,增加碳的效益。

一项使用Abt方法的研究提出了一个违反直觉的结论:从长远来看,东南地区的球团工业的扩张可能会提供碳的净效益。 那是因为它可以促使土地所有者种植更多的树木,从而增加碳储存量。 Abt和Khanna在2015年的环境研究快报研究中总结说,向欧洲运输松木颗粒可以产生经济和环境意义。 与煤炭相比,木材燃料在考虑到两种燃料的整个生命周期(包括生产和运输产生的排放)以及可能的土地使用变化时,将碳排放量减少了74%至85%。 Abt说,关键是“你不能只讲一个生物学故事。我的论点是忽视市场会给你更多错误答案。”

这是由Rocky Point北卡罗来纳州木材供应商Tommy Norris借调的观点。 他的公司Tri-State Land&Timber LLC购买了登录Duplin County工厂的权利。 他说,对木材的需求为土地所有者长期管理森林提供了动力,并可以防止它们转变为其他用途。 “如果你没有市场,”他说,“人们只会忽视他们的森林。”

北卡罗来纳州生态学家Asko Noormets在伐木场地东北约160公里处正在调查他认为是木质燃料难题的另一个重要且经常被忽视的部分。 它就在他的脚下。 在木材巨头Weyerhaeuser拥有的种植园的火炬松下,Noormets蹲在森林地面上的白色塑料管旁边。 作为一种机械装置的发动机呜呜声将一个小塑料圆顶落在管子的末端,传感器深深地吸入内部的二氧化碳,从土壤中升起。

过去11年中每30分钟进行一次测量,Noormets担心。 他们认为,无论是生物燃料还是木材,伐木都会侵蚀森林地下储存的碳。 数据表明,每平方米森林每年大约会损失125克碳。 他预测,随着时间的推移,伐木可以将这种肥沃的泥炭土壤磨到下面的沙层,释放出大部分碳并破坏其长期生产力。

当他查看世界各地其他管理森林的排放时,他发现土壤碳损失率也同样提高。 Noormets不确定是什么驱使损失,但他怀疑通过扰乱土壤,伐木改变了释放CO2的土壤微生物的活动。

木材是绿色能源吗? 科学家们存在分歧

木头颗粒

©Tatyana Aleksieva-Sabeva / Alamy股票照片

这位说话温和的科学家倾向于技术术语。 但他说,几年前他第一次看到这些数字时,“我吓坏了。” 这是因为土壤碳占森林中储存的碳总量的很大一部分,因此随着时间的推移,下降可能对气候产生重大影响。

对管理森林的其他研究发现,碳损失较少,或者长期下降的证据不足。 Abt说,如果Noormets的研究结果得到进一步的研究支持,他们可能会强制重新考虑木材燃料核算,这通常假设没有土壤碳损失。 “然后只是对地上碳进行建模会给你一个错误的答案。”

颗粒贸易也可能产生更直接的生态影响。 在北卡罗来纳州威廉斯顿附近的罗阿诺克河国家野生动物保护区,亚当梅肯沿着一条通过橡树的泥路漫步,如此厚重,他无法用手臂环绕一棵。 高耸的柏树将它们的根部展开到沼泽的土壤中。 这是一个底层硬木森林的教科书例子,梅肯说,他在北卡罗来纳州阿什维尔的环境组织Dogwood Alliance工作。 它拥有数十种植物,200多种鸟类和哺乳动物,包括麝鼠和黑熊。

作为野生动物保护区,这些树木远远超出了锯的范围。 但距离几公里远,这是一个不同的故事。 与美国西部的森林不同,这些森林主要由美国政府拥有,超过80%的东南森林都在私人手中。 梅肯担心,如果对木质颗粒的需求持续增长,它将为土地所有者提供另一种激励措施,让土地所有者能够记录相对多样化的硬木森林 - 这些森林已经占据了来自南方的颗粒的大约四分之一 - 并且将它们转化为更少的多样化但更快的增长松树种植园。

全球变化生物学生物能源期刊最近的一项研究得出结论认为,对木材燃料的需求增加可能导致北卡罗来纳州的一些硬木生态系统到2050年缩减约10%。一项配套研究发现,生活在这些森林中的一些物种也可能下降,包括蔚蓝的鸣鸟,一种蓝色的小鸣鸟,自20世纪60年代中期以来人口减少了近75%。 “我们认为这种生物质产业是这些森林面临的最大威胁之一,即使不是最大的威胁,”梅肯说。

木制品行业的官员表示,对破坏栖息地的担忧是没有根据的。 到目前为止,欧洲对木屑颗粒需求大幅增长的预测尚未得到证实,弗吉尼亚州里士满的美国工业颗粒协会执行主任Seth Ginther说。 他说,只有极少数欧洲国家正在补贴木质颗粒,并且许多拟议的美国颗粒植物从未实现过。 “市场的动摇方式,并没有那么多需求,”Ginther说。

总体而言,2013年,颗粒在东南部消耗了3%的木材,远远低于纸浆或木材。 Forisk Consulting的数据显示,预计至少有七家新的颗粒工厂将在未来5年内在该地区开始运营。

将颗粒物标记为碳中性的助推器和批评者现在都想知道当选总统唐纳德特朗普即将上任的政府如何看待木质燃料。 由于共和党很快将控制国会和白宫,NRDC的Yassa预测,来自木材丰富的国家的工业团体和政治家将再次强调他们的案例,即碳中和的木材名称对经济有利。 但随着特朗普和他的任命者发誓要废除国内气候规则并退出旨在促进使用气候友好型燃料的国际协议,目前尚不清楚碳中性标签将在美国带来多少标记。

然而,在世界其他地方,木材似乎赢得了支持。 随着这些国家寻求满足可再生能源配额,日本和韩国的颗粒需求正在增加。 2016年11月底,欧盟委员会建议将欧盟现有的木材燃料政策延长至2030年,并进行一些细微的改动。 这些政策决定表明关于木材和气候的争论远未结束。

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