Sự cân bằng giữa yêu cầu về đất và nước cho sản xuất bioenergy quy mô lớn

GCB Bioenergy - Tập 8 Số 1 - Trang 11-24 - 2016
Markus Bonsch1,2, Florian Humpenöder1,2, Alexander Popp2, Benjamin Leon Bodirsky1,2, Jan Philipp Dietrich1,2, Susanne Rolinski2, Anne Biewald2, Hermann Lotze‐Campen3,2, Isabelle Weindl3,2, Dieter Gerten2, Miodrag Stevanović1,2
1Economics of Climate Change Technical University Berlin Strasse des 17. Juni 145 Berlin 10623 Germany
2Potsdam Institute for Climate Impact Research (PIK), Telegraphenberg, Potsdam 14473, Germany,
3Humboldt University of Berlin Unter den Linden 6 Berlin 10099 Germany

Tóm tắt

Tóm tắtNăng lượng sinh học được dự kiến sẽ đóng một vai trò quan trọng trong cơ cấu năng lượng tương lai vì nó có khả năng thay thế nhiên liệu hóa thạch và góp phần vào việc giảm thiểu biến đổi khí hậu. Tuy nhiên, việc trồng trọt năng lượng sinh học quy mô lớn có thể gây áp lực đáng kể lên các nguồn tài nguyên đất và nước. Mặc dù sản xuất năng lượng sinh học có tưới tiêu có thể giảm áp lực lên đất do năng suất cao hơn, nhưng các yêu cầu về nước tưới đi kèm có thể dẫn đến sự suy thoái của các hệ sinh thái nước ngọt và gây ra xung đột với các người sử dụng tiềm năng khác. Trong bài viết này, chúng tôi nghiên cứu sự đánh đổi giữa yêu cầu về đất và nước trong sản xuất năng lượng sinh học quy mô lớn. Để làm điều này, chúng tôi áp dụng một quỹ đạo cầu exogenous cho năng lượng sinh học từ các cây năng lượng chuyên dụng, nhằm hạn chế khí thải nhà kính trong lĩnh vực năng lượng xuống còn 1100 Gt carbon dioxide tương đương đến năm 2095. Chúng tôi sau đó sử dụng mô hình phân bổ sử dụng đất và nước toàn cầu không gian rõ ràng MAgPIE để dự đoán những hệ quả của mục tiêu năng lượng sinh học này đối với tài nguyên đất và nước toàn cầu. Chúng tôi phát hiện ra rằng việc sản xuất 300 EJ yr−1 năng lượng sinh học vào năm 2095 từ các cây năng lượng sinh học chuyên dụng có khả năng làm tăng gấp đôi lượng nước rút cho nông nghiệp nếu không có chính sách bảo vệ nước rõ ràng nào được thực hiện. Do lượng nước rút của con người hiện tại chủ yếu được chi phối bởi nông nghiệp và đã dẫn đến sự suy thoái hệ sinh thái và mất đa dạng sinh học, việc tăng gấp đôi này sẽ gây ra một mối đe dọa nghiêm trọng đối với các hệ sinh thái nước ngọt. Nếu sản xuất năng lượng sinh học có tưới tiêu bị cấm để ngăn chặn những tác động tiêu cực từ việc trồng trọt năng lượng sinh học lên các nguồn nước, yêu cầu về đất cho năng lượng sinh học nhằm đạt được mục tiêu năng lượng sinh học 300 EJ yr−1 sẽ tăng đáng kể (+ 41%) – chủ yếu là trên diện tích chăn thả và rừng nhiệt đới. Do đó, việc tránh các tác động môi trường tiêu cực từ sản xuất năng lượng sinh học quy mô lớn sẽ đòi hỏi các chính sách cân bằng giữa các yêu cầu về nước và đất liên quan.

Từ khóa

#bioenergy #sản xuất năng lượng #yêu cầu về đất và nước #biến đổi khí hậu #hệ sinh thái nước ngọt

Tài liệu tham khảo

10.1623/hysj.48.3.317.45290

10.1073/pnas.1011013108

AngelsenA BrownS LoiselC(2009)Reducing emissions from deforestation and forest degradation (REDD): an options assessment report.

10.1016/j.gloenvcha.2011.01.015

10.1007/s10584-005-3484-7

10.1073/pnas.0703333104

10.1111/j.1757-1707.2010.01088.x

10.1016/S0959-3780(02)00040-7

10.1016/j.ecolecon.2014.02.003

10.5194/bg-9-4169-2012

BodirskyB RolinskiS BiewaldA WeindlI PoppA Lotze‐CampenH(under review)Food demand projections for the 21st Century. under review for Food Security.

10.1111/j.1365-2486.2006.01305.x

10.1073/pnas.96.11.5952

Chaturvedi V, 2013, Climate mitigation policy implications for global irrigation water demand, Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change, 18, 1

10.1017/CBO9781139151153.006

10.1890/1051-0761(2001)011[0343:GMACIG]2.0.CO;2

Creutzig F, 2014, Bioenergy and climate change mitigation: an assessment, GCB Bioenergy

10.1016/j.enconman.2007.03.005

10.1016/j.ecolmodel.2012.03.002

10.1016/j.ecolmodel.2013.05.009

10.1016/j.techfore.2013.02.003

10.1017/S1464793105006950

10.2134/agronj2006.0286c

10.1073/pnas.1222474110

10.1016/j.enpol.2012.04.066

10.1080/07900620701723570

FAO, 2010, Global Forest Resources Assessment 2010: Main Report

FAO, 2013, FAO Statistical Database

FAOSTAT(2005)Database collection of the food and agriculture organization of the United Nations.

10.1002/bbb.313

10.2135/cropsci2009.10.0564

10.1016/j.gloenvcha.2012.10.018

10.2166/wp.2008.054

10.1073/pnas.0812619106

10.1002/bbb.295

10.1038/nclimate1746

10.1073/pnas.0704243104

10.1016/j.cosust.2010.10.007

10.1088/1748-9326/8/3/031004

10.1175/2011JHM1324.1

10.1016/S0167-8809(03)00019-7

10.1371/journal.pone.0032688

IIASA(2013)SSP Database (version 0.93).International Institute for Applied Systems Analysis (IIASA).

Intergovernmental Panel on Climate Change(2000)Working Group III Emissions scenarios. a special report of IPCC Working Group III.Intergovernmental Panel on Climate Change Geneva.

10.1088/1748-9326/4/1/014004

KijneJW BarkerR MoldenD(2004)Water productivity in agriculture: limits and opportunities for improvement. Cab Intl 332 pp.

10.1525/bio.2013.63.2.6

10.1007/s10584-013-0940-z

10.1016/j.landusepol.2012.03.020

10.1073/pnas.1211349110

10.1007/s10666-009-9204-8

10.1111/j.1574-0862.2008.00336.x

10.1016/j.ecolmodel.2009.10.002

10.1111/agec.12092

10.1016/j.agwat.2009.03.023

10.1002/bbb.306

10.1111/agec.12088

NarayananBG WalmsleyTL(2008)Global trade assistance and production: the GTAP 7 data base.

10.1016/j.foreco.2012.10.010

O'Neill BC, 2013, A new scenario framework for climate change research: the concept of shared socioeconomic pathways, Climatic Change, 122, 401

10.1016/j.cosust.2013.06.009

PardeyPG AlstonJM PiggottR(2006)Agricultural R & D in the Developing World: Too Little too late?International Food Policy Research Institute (IFPRI) Washington DC USA.

10.5194/hessd-10-14987-2013

10.1111/j.1365-2427.2009.02272.x

10.1111/j.1365-2427.2009.02204.x

10.1016/j.gloenvcha.2010.02.001

10.1016/j.biombioe.2010.06.014

10.1088/1748-9326/6/3/034017

10.1016/j.ecolecon.2011.11.004

10.1007/s10584-013-0926-x

10.1007/s10584-013-0965-3

10.1146/annurev.environ.030308.090351

10.1029/2007WR006331

10.1073/pnas.0704767105

10.1016/j.gloenvcha.2011.09.013

10.1126/science.1151861

Searle S, 2014, A reassessment of global bioenergy potential in 2050, GCB Bioenergy

10.1080/02508060008686794

SiebertS HoogeveenJ FrenkenK(2006)Irrigation in Africa Europe and Latin America ‐ Update of the Digital Global Map of Irrigation Areas to Version 4. Frankfurt Hydrology Paper 05. Institute of Physical Geography Rome Italy.

10.1002/bbb.296

10.1080/02508060408691785

10.1525/bio.2012.62.10.11

10.1111/gcb.12160

10.1016/j.cosust.2013.11.011

10.1023/A:1023625519092

10.1029/2008GL035296

Thông tin
Thông tin xuất bản

GCB Bioenergy

Tập 8 Số 1

11-24

Thông tin tác giả