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AG36E7后院运行到工艺用作柴油车辆柴油车的燃料用作燃料。博尔特港(Burry Port Carmarthenshire West Wales UK)
英国威尔士卡马森郡伯里港的后院作业,处理用过的食用油,用作柴油车辆的燃料。 图片来源:Jeff Morgan 02 / Alamy Stock Photo。
技术
2017年7月19日8:00

深入:使用生物燃料削减运输排放的挑战

jocelyn·努珀利

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07.19.17.
jocelyn·努珀利

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19.07.2017 |上午8:00
技术 深入:使用生物燃料削减运输排放的挑战

一份新的报告称,液体生物燃料在实现英国的气候变化目标方面仍然发挥着重要作用。

皇家工程学院分析,由英国交通部(DfT)和现已不存在的能源和气候变化部(DECC)委托,审查与使用生物燃料有关的最重要的可持续性问题。必威体育在线注册

它辩称,一些生物燃料可以帮助英国满足欧盟和英国规则所需的温室气体排放量。

它还提供潜在的潜在选项,用于减少脱脂运输部门的排放,如航空,运输和重型货车(HGV)。

但报告警告说,在某些情况下,生物燃料的使用可能会导致一些问题,比如土地使用变化、土地退化和粮食价格上涨造成的连锁排放。

该报告说,明智的政策可以通过促进使用非粮食作物和废弃物来生产生物燃料,并抑制与不可持续的土地使用变化有关的原料,从而最大限度地减少这些负面影响。

必威手机官网Carbon Brief对该报告的主要发现进行了分解,概述了英国生物燃料的现状。

政策背景下

术语表
生物燃料:生物乙醇是一种以酒精为基础的生物燃料,通常由小麦和甘蔗等淀粉和糖作物生产,与汽油混合后用于机动车辆。同时,生物柴油是一种…阅读更多

在过去的十年里,世界各地对生物燃料的兴趣不断上升,将其作为一种减少交通排放的手段。目前,已有60多个国家启动了生物燃料项目,并制定了将生物燃料融入燃料池的目标。

在英国,交通2015年29%的二氧化碳排放量,发电后第二大来源。自1990年以来,本行业的排放几乎没有变化。

2008年,英国介绍了可再生运输燃料义务(RTFO)是支持运输中可再生燃料供应的主要机制。

这需要2.5%的公路运输燃料2008/09年度来自生物燃料,比2011年的比例增加到4.75%。它适用于每年为英国市场提供超过45万升公路运输燃料的公司。

对于所谓的第一代生物燃料来说,这尤其令人担忧。第一代生物燃料是从粮食或动物饲料作物(如小麦或大豆)中提取的,而不是从能源作物或废弃物中提取的。必威体育在线注册

  • 第一代生物燃料是由食物和动物作物生产的生物燃料。它们用于更换化石燃料并削减排放。但是,他们的使用可能是间接地延伸到更高的排放,例如通过间接增加森林砍伐。
  • 生物燃料通常被分为两类:第二代和第三代。
  • 第二代或“先进”的生物燃料是由不能用于食物的来源生产的生物燃料。这些包括专用的能量作物,如Miscanthus,必威体育在线注册农业和锯木厂残留物,木质废物和用过的食用油。
  • 皇家工程学院评估超过250个单独的研究发现,这些往往具有比第一代生物燃料更大的潜力,以减少温室排放,虽然只有没有土地使用的情况。
  • 第三代生物燃料,有时也称为晚期生物燃料,是由藻类产生的生物燃料。根据报告,在他们目前的发展状态下,这些不是可行的选择:他们的排放目前高于来自化石燃料的排放,而且他们不经济生产。报告发现,藻类生产可能仍然限于高价值产品,例如化妆品,膳食补充剂或特种化学品,持续时间。

rfo预计将被延长,到2020年,生物燃料的份额将达到10%,与欧盟2009年的目标一致可再生能源指令(红色必威体育在线注册).这需要一个最低10%的份额到2020年,可再生能源将必威体育在线注册在成员国的运输部门得到广泛应用。

然而,人们对生物燃料的生产可能导致土地使用的变化——例如森林砍伐——而这减少了节省的排放,甚至在某些情况下增加的排放超过了化石燃料的替代。还有人担心,生物燃料原料的增长可能会加剧土地、水资源和生态系统的退化。

除了对减排的不确定性感到不安之外,人们还担心,使用粮食作物生产生物燃料可能导致农产品价格上涨。报告指出,到目前为止,关于这一问题的严重性及其与粮食安全的关系,各方几乎没有达成一致。另一方面,生物燃料市场也可以作为一种平衡,在正常年份吸收粮食作物的过剩产量,并在意外供应中断的年份提供缓冲。

减少兴趣

由于所有这些原因,决策者增加生物燃料使用的热情已经减弱。尤其是在2008年政府委托的一次行动之后审查前环境署首席执行官埃德•加拉格尔教授建议,只有在避免土地利用变化排放的情况下,才应该实施高于5%的目标。英国目前的减排目标仍为4.75%,远低于欧盟2020年规定的10%。

气候变化委员会(CCC)也有建议谨慎,以确保生物燃料在生命周期上节省实际排放,称,生物燃料在运输中的作用应该是长期的限制。但是,它有推荐政府应将生物燃料的道路 - 燃料能量份额升至2020,到2030年的11%和11%。必威体育在线注册

由于生物燃料市场是由法律要求融入公路运输燃料的法律要求,因此当前预期的皇家工程学会报告说明,目前令人不愿意增加RTFO对英国生物燃料植物的财务困难。

尽管英国保持了在其能源结构中增加生物燃料的总体承诺,但自2013/14年以来,其生物燃料的使用实际上略有下降,如下图所示。必威体育在线注册液体生物燃料目前占英国总运输燃料供应的3%左右(请注意,4.75%生物燃料的目标仅适用于道路运输燃料)。

英国按燃料类型划分的生物燃料供应情况。资料来源:英国皇家工程院液体生物燃料的可持续性基于2017年的生物燃料数据从运输部门。

生物燃料的困难

术语表
间接土地利用变化(ILUC):当生物燃料需求导致生物燃料作物种植地以外的土地使用发生变化时,就会出现这种情况。例如,如果以前在土地上种植粮食作物的农民……阅读更多

英国皇家工程院(Royal Academy of Engineering)的新报告称,生物燃料的挑战在于其复杂性。它们的碳足迹取决于各种因素,从土壤碳含量随时间的变化到全球供应链的演变。

对生物燃料最大的担忧是间接土地使用变化(ILUC),在一个地方转向生物燃料生产可能导致大量温室气体排放到许多英里以外。

上周,该报告的合著者在报告发布前对记者说Roger Kemp.,兰卡斯特大学的教授们说:

“在一个地方切换到生物燃料生产可能导致CO2的大量偏远,结果对于不同国家和不同的燃料作物可能是不同的。不用说,这些计算很复杂,没有关于要考虑的内容的一般协议,或者你上去的食物链有多远。“

下图显示了来自世界各地不同地点的各种食物作物的生物乙醇的碳足迹,在与或不直接或间接地利用变化(LUC)的情况下。垂直扩散代表不同结果的范围,这也取决于研究方法。该图将排放量与当前所需的排放量进行比较欧盟规定

第一代生物乙醇的碳足迹,有或没有土地使用变化(LUC)。图表包括汽油的参考碳足迹(黑线);欧盟要求到2016年减排至少35%(红色虚线);现在需要节省50%(红色虚线)。资料来源:英国皇家工程院液体生物燃料的可持续性基于41个单独的生物燃料研究的Meta分析。

结果表明,如果土地使用发生变化,将显著增加生物燃料的碳足迹。

重要的是,许多情况下的碳储蓄缺乏50%的欧盟要求。一些研究发现基于小麦的生物燃料,比它取代的汽油具有更高的排放,如果其生产导致土地使用变化。

分析表明,只有甘蔗可以可靠地预期达到50%的阈值,而且只有在它避免土地使用变化的情况下。小麦和甜菜在某些环境或地理条件下能够达到这一目标,而荟萃分析表明,以玉米为基础的生物燃料减少的排放量不足以达到50%的门槛。

值得注意的是,不同作物之间的差异(如小麦的高碳足迹)可能与作物一般生长的特定土地使用变化有关,而不是特定作物的固有特性。

用于衍生自非食物的生物乙醇,第二代作物的生物乙醇计算的碳足迹的范围如下图所示。

第二代生物乙醇的碳足迹。图表包括汽油的参考碳足迹(黑线);欧盟要求到2016年减排至少35%(红色虚线);现在需要节省50%(红色虚线)。资料来源:英国皇家工程院液体生物燃料的可持续性基于对大约31个独立的生物燃料研究的元分析。

它表明,与第一代以粮食为基础的生物燃料相比,节约温室气体的可能性要大得多。然而,值得注意的是,这些结果代表了各种各样的原料、生产路线、技术假设和方法差异:例如,一些研究考虑了ILUC的排放,而另一些则没有。

该报告还指出,大多数关于来自英国常用的烹饪油(UCO)的生物柴油的研究发现,其碳足迹比传统柴油低60%至90%。

报告的共同作者Adisa azapagic.是曼彻斯特大学可持续化学工程教授告诉记者:

“总的来说,第二代[非粮食]生物燃料在减少温室气体排放方面比第一代生物燃料有更大的潜力,同样是在没有土地使用变化的情况下。因此,从第一代生物燃料到第二代生物燃料的政策转变是一个积极的政策发展,应该得到进一步的鼓励。”

然而,该报告也指出,低油价意味着,在当前的经济环境下,一些第二代生物燃料的经济可行性仍然值得怀疑。

政策的未来

在欧盟层面,关于如何解决生物燃料导致的间接土地使用变化的问题已经进行了长时间的辩论,一些组织,比如地球之友,呼吁完全停止将粮食作物用作生物燃料。

对欧盟政策提出的修正案为用于满足国家目标的生物燃料制定了更严格的标准。这些内容包括最低温室气体排放量的上升与2017年1月的化石燃料相比,化石燃料相比,从35%到50%,并排除在泥炭或高碳股上的土地上种植的生物燃料。

欧盟还提出了7%的上限,从农业土地上种植的作物的运输能量比例提高了7%的章程,这可以朝着其2020年的可再生能源目标计算必威体育在线注册。

更远提出了修正欧盟委员会宣布2016年11月将在2030年减少这一限额至3.8%。这一发展受到批评生物燃料行业用于破坏生物燃料的投资非政府组织因为在逐步淘汰以食物为基础的生物燃料、转而支持交通电气化方面做得太少。

这些提案还将把到2021年比化石燃料替代能源节省的温室气体最低限度提高到70%,并为先进生物燃料设定了一个分目标,从2021年公路和铁路能源消耗的0.5%开始,到2030年提高到3.6%。必威体育在线注册

英国在一定程度上继续支持生物燃料的发展。

例如,2015年,政府授予2500万英镑用于三个项目,以演示和扩大第二代或第三代生物燃料的规模。另外还有2000万英镑宣布2016年下半年,目标是使用“先进的可再生燃料”实现hgv的脱碳和航空。

与此同时,DfT去年运行了一个咨询关于RTFO的变更,包括计划在基于作物的生物燃料上设置较低的英国帽的计划比7%设定的欧盟将在2015年出台更多措施,以确保有资格获得额外奖励的废物是真正的废物。

这份新报告基本上欢迎这些建议。然而,政府自2017年1月咨询结束以来,没有宣布引入这些变化。

英国也尚未澄清脱欧后是否将继续执行欧盟的生物燃料规定,尽管它将继续遵守这些规定,直到真正离开欧盟。

混合的一部分

新报告还认为英国必须使用所有可能的低碳技术和燃料 - 包括生物燃料 - 如果是为了击中它气候变化法案目标为2050年的温室气体排放量80%。

目前预期的广泛采用电动车,结合电力系统的脱碳,最终将减少汽车和轻型货车的排放。但报告称,至少在几十年内,其他交通工具(如航空、航运和高载重物运载工具)的化石燃料替代品可能会更少。

报告的作者说,这些领域应该是长期生物燃料使用的重点。然而,到目前为止,这些部门的进展情况都很少。

在航空中,主要限制是需要易于符合该行业的高性能规格的易用燃料。

燃料规格在运输中有点不太严格,但本机燃料目前不用于英国的海运。这是因为燃料选择主要由价格,可用性和加载速度,报告说明。生物燃料也可能产生挑战,因为需要长时间存放燃料。

报告称,在hgv中使用生物燃料也存在技术挑战,在可预见的未来,hgv很可能继续使用柴油驱动,而不是电气化。例如,试验表明,一些重型燃料发动机可能与生物柴油的高混合不兼容,而生物燃料的使用在某些情况下可能导致部件磨损加剧或每加仑汽油行驶里程降低。后一个问题尤其重要,因为燃料成本占hgv运营成本的主要部分。

生物燃料在世界各地

当前英国生物燃料生长的停滞在全球生产持续上升的时候。生物乙醇产量增加了2005年至2015年的980亿升的三倍,而生物柴油产量近八倍增加至30亿升。

下图显示了过去十年生物燃料生产的增长情况。请注意,加氢处理植物油(HVO)是一种生物柴油,通过氢处理植物油和脂肪,而不是其他生物柴油的甲醇。

2006年至2016年生物乙醇燃料(黄色),生物柴油(橙色),生物柴油(橙色)和加氢植物油(HVO; Brown)生产的全球趋势。资料来源:Ren21,可再生于2017年

在全球范围内,目前约4%的运输燃料是生物燃料,生物燃料在运输部门的可再生能源贡献中占绝大多数。必威体育在线注册

据此,大约0.8%的能源供应中的0.8%来自于2015年的生物燃料必威体育在线注册。Ren21报告上个月发布的可再生能源的全球地位。

美国和巴西主导了世界生产生物燃料的生产,2015年在2015年生产近四分之三,主要来自玉米和甘蔗。

英国的生物燃料从何而来?

据REN21报道报告,英国生产不到世界生物燃料的2%。进口了大约四分之三的生物燃料。

如下图所示,英国最大的生物燃料供应国是英国自己、法国、西班牙、美国和荷兰(请注意鹿特丹)欧洲最大的港口因此,对于进口生物柴油和乙醇,因此,荷兰对英国的大部分供应都可能发起别处)。

2015/2016年全球对英国的生物燃料供应资料来源:交通运输部,生物燃料统计第8年(2015 - 2016年),报告6。

值得注意的是,原料或生物燃料的运输可以显着增加它们的碳足迹。报告称,发运增加了7%至38%的生物燃料总碳足迹超过10,000km。

英国使用的大多数生物燃料是由小麦(用于生物乙醇)和废弃食用油(UCO;生物柴油)。下图显示了英国国内和进口生物燃料供应的来源。与其他国家相比,英国使用从废物中提取的生物燃料(如UCO)的比例特别高,而近年来从玉米中提取的比例有所下降。

通过原料类型向英国供应生物燃料。资料来源:皇家工程学院,液体生物燃料的可持续性,使用来自Ren21的数据,可再生于2017年全球状态报告。

UCO在英国的盛行在一定程度上是由欧盟的“重复计算”规则推动的,该规则允许燃料供应商以来自废物或其他非食物生物质的一半数量的生物燃料达到混合义务。这份新报告建议英国保留这一原则,作为推动第二代生物燃料采用的一种方式。

2014年报告据估计,英国国内每年潜在可供应近1600万吨各类垃圾,可用于生产约30亿升生物燃料,约为英国目前消费量的两倍。绿色垃圾(如花园垃圾)、农业秸秆和废纸加在一起占了其中的五分之四以上。

然而,值得注意的是,其中一些垃圾是可以避免的,或者有其他用途,比如生产热量和电力,或者堆肥。

与此同时,英国目前仅生产非常少量的专用生物燃料能量作物。必威体育在线注册

在英国的生物燃料

在英国的生物燃料。Rosamund Pearce的Infographic进行碳简介。必威手机官网英国部分信息图表于2018年1月更新,以反映Ren21源数据中的错误,该数据不正确地表明英国产生大量的氢化植物油。这已经通过来自英国政府的数据更新。

从这里往哪里走

该报告汇集了关于生物燃料的未来不同研究的广泛估计。其中一些表明,在2050年之前,全球运输燃料的三分之一可能来自生物燃料,而其他人则预测更适中的潜力。

例如,国际能源机构(IEA)“必威体育在线注册技术路线图“考虑到2050年的全球运输燃料供应的27%的人可能构成27%,而OECD和BP项目2030年为生物燃料7%的份额。

但是,正如报告警告的那样,只有在采取基于风险的方法确保使用生物燃料减少温室气体排放的情况下,才必须增加生物燃料。

除了鼓励开发低风险的第二代生物燃料,该报告还支持对基于农作物的生物燃料的供应设定更严格的上限,以减少间接土地利用变化的风险。

报告还建议采取激励措施,确保在可能的情况下,将不适合粮食生产的边际土地用于从能源作物生产生物燃料。必威体育在线注册它还推动加强审计和认证计划,以确保考虑到当地的情况。

与此同时,报告认为,在由废物和残留物制成的生物燃料方面,需要明确和一致的分类,以避免意外的市场扭曲。

结论

英国继续犹豫了使用生物燃料去碳化运输部门,虽然计划进一步提高废物利用,而不是粮食作物生产它们可以打开大门,以更高的目标。

这份新报告称,英国政府应该加紧采取行动来增加生物燃料在运输中的使用,以解决排放。该分析认为有足够的原材料在英国制作生物燃料,并在五到十年内将混合义务增加到10%。

这个时间表会认为英国缺少欧盟2020目标的10%在公路运输燃料混合中10%的生物燃料供应数年,无论是目标继续申请。

重要的是,作者还认为生物燃料的未来发展需要调整,这取决于英国能源体系在未来几年的发展。必威体育在线注册

例如,报告称,风渣的快速增长可能导致剩余电力,可用于生产氢气。这是一个竞争的低碳燃料,可以在长期降低对生物燃料的需求。

来自这个故事的Sharelines
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