Biyokütle

Şeker Kamışı mahsulü. ⓘ

Biyokütle, yaşayan ya da yakın zamanda yaşamış canlılardan elde edilen fosilleşmemiş tüm biyolojik malzemenin genel adıdır. Biyokütle, bir enerji kaynağıdır ve endüstriyel anlamda biyokütle, bu biyolojik maddelerden yakıt elde edilmesi ya da diğer endüstriyel amaçlarla kullanılması ile ilgilidir. Yaygın olarak, biyoyakıt elde etmek amacı ile yetiştirilen bitkiler ile lif, ısı ve kimyasal elde etmek üzere kullanılan hayvansal ve bitkisel ürünleri ifade eder. Biyokütleler, bir yakıt olarak yakılabilen organik atıkları da içerir. Buna karşın, fosilleşmiş ve coğrafi etkilerle değişikliğe uğramış, kömür, petrol gibi organik maddeleri içermez. Genellikle kuru ağırlıkları ile ölçülürler. ⓘ

Biyoyakıtlar, biyoetanol, biyobütanol, biyodizel ve biyogazlarla ilgilidir. ⓘ

Biyokütle elde etmek üzere, şeker kamışı, şeker pancarı, mısır, dallı darı, papatya, keten tohumu, ayçiçeği, kolza, soya fasulyesi gibi pek çok değişik bitki yetiştirilebilir. Petrol bağımlılığı azaltma ve küresel ısınma ile mücadelede yenilenebilir yakıtların artan önemi nedeniyle biyokütle üretimi büyüyen bir endüstri haline gelmiştir. ⓘ

Biyokütleler de, petrol ve kömür gibi, güneş enerjisinin depolanmış halidirler. Bitkiler güneş enerjisini fotosentez aracılığıyla tutarlar. ⓘ

Biyoyakıtların içerisindeki karbon, bitkilerin havadaki karbondioksiti parçalaması sonucu elde edildiği için, biyoyakıtların yakılması, dünya atmosferinde net karbondioksit artışına neden olmaz. Bu nedenle, pek çok insan, atmosferdeki karbondioksit miktarının artışına engel olabilmek için, fosil yakıtlar yerine biyoyakıtların kullanılması gerektiği görüşünü savunmaktadırlar. ⓘ

Biyoyakıtlar, enerji dışında yapı malzemesi, geri dönüşümlü kâğıt ve plastik üretiminde de kullanılırlar. İnsan eliyle biyokütle üretimi ve tüketimi aşağıdaki gibidir. ⓘ

EKOSİSTEM TİPİ	Alan	Ortalama Net Üretim	Dünya Üretim	Ortalama Biyokütle	Dünyadaki Biyokütle	En az yerine geçme oranı ⓘ
	milyon km²	gram(kuru)/m²/yıl	milyar ton/yıl	kg(kuru)/m²	milyar ton	yıl
Tropik yağmur ormanı	17.0	2,200	37.40	45.00	765.00	20.45
Tropik muson ormanı	7.5	1,600	12.00	35.00	262.50	21.88
Ilıman daimi yeşil orman	5.0	1,320	6.60	35.00	175.00	26.52
Ilıman geniş yapraklı ağaç ormanı	7.0	1,200	8.40	30.00	210.00	25.00
Kuzey ormanı	12.0	800	9.60	20.00	240.00	25.00
Akdeniz ormanı	2.8	750	3.45	18.00	50.40	24.00
Kültür ormanı ve çalılıklar	5.7	700	3.99	6.00	34.20	8.57
Savan	15.0	900	13.50	4.00	60.00	4.44
Ilıman yeşil alan	9.0	600	5.40	1.60	14.40	2.67
Tundra ve çam	8.0	140	1.12	0.60	4.80	4.29
Çöl, yarıçöl	18.0	90	1.62	0.70	12.60	7.78
Tam çöl, kaya, kum veya buz	24.0	3	0.07	0.02	0.48	6.67
Tarım alanı	14.0	650	9.10	1.00	14.00	1.54
Bataklık	2.0	2,000	4.00	15.00	30.00	7.50
Göller ve nehirler	2.0	250	0.50	0.02	0.04	0.08
Tüm kıtalar	149.00	774.51	115.40	12.57	1,873.42	16.23
Okyanus	332.00	125.00	41.50	0.003	1.00	0.02
Akıntı alanları	0.40	500.00	0.20	0.020	0.01	0.04
Kıta kıyıları	26.60	360.00	9.58	0.010	0.27	0.03
Yosun ve mercan alanları	0.60	2,500.00	1.50	2.000	1.20	0.80
Delta ve kıyı çalıları	9.56	1,500.00	2.10	1.000	1.40	0.67
Tüm sular	361.00	152.01	54.88	0.01	3.87	0.07
Genel toplam	510.00	333.87	170.28	3.68	1,877.29	11.02

Odun peletleri ⓘ

Biyokütle, ısı veya elektrik üretmek için yakıt olarak kullanılan bitki bazlı malzemedir. Örnek olarak odun ve odun artıkları, enerji bitkileri, tarımsal artıklar ve endüstri, çiftlik ve evlerden gelen atıklar verilebilir. Biyokütle doğrudan yakıt olarak kullanılabildiğinden (örneğin odun kütükleri), bazı insanlar biyokütle ve biyoyakıt kelimelerini birbirinin yerine kullanmaktadır. Diğerleri ise bir terimi diğerinin altında değerlendirmektedir. ABD ve AB'deki hükümet yetkilileri biyoyakıtı ulaşım için kullanılan sıvı veya gaz yakıt olarak tanımlamaktadır. Avrupa Birliği'nin Ortak Araştırma Merkezi katı biyoyakıt kavramını kullanmakta ve bunu enerji için kullanılan biyolojik kökenli ham veya işlenmiş organik madde, örneğin yakacak odun, odun yongası ve odun peleti olarak tanımlamaktadır. ⓘ

2019 yılında, ham petrolden 190 EJ, kömürden 168 EJ, doğal gazdan 144 EJ, nükleerden 30 EJ, hidroelektrikten 15 EJ ve rüzgar, güneş ve jeotermalden 13 EJ enerji üretilirken, biyokütleden 57 EJ (eksajul) enerji üretilmiştir. Modern biyoenerjinin yaklaşık %86'sı ısıtma uygulamaları için kullanılırken, %9'u ulaşım ve %5'i elektrik için kullanılmaktadır. Küresel biyoenerjinin çoğu orman kaynaklarından üretilmektedir. Yakıt olarak biyokütle kullanan enerji santralleri, güneş veya rüzgar çiftliklerinin ürettiği kesintili enerjinin aksine istikrarlı bir güç çıkışı üretebilir. ⓘ

IEA (Uluslararası Enerji Ajansı) 2017 yılında biyoenerjiyi en önemli yenilenebilir enerji kaynağı olarak tanımlamıştır. IEA ayrıca mevcut biyoenerji dağıtım oranının gelecekteki düşük karbon senaryolarında gerekli olan seviyelerin çok altında olduğunu ve hızlandırılmış dağıtıma acilen ihtiyaç duyulduğunu savunmuştur. IEA'nın 2050 yılına kadar Net Sıfır senaryosunda, geleneksel biyoenerji 2030 yılına kadar aşamalı olarak ortadan kaldırılmakta ve modern biyoenerjinin toplam enerji arzındaki payı 2020 yılında %6,6'dan 2030 yılında %13,1'e ve 2050 yılında %18,7'ye yükselmektedir. 2014 yılında IRENA (Uluslararası Yenilenebilir Enerji Ajansı), geleneksel biyoenerjinin küçük bir katkısıyla (6 EJ) 2030 yılında biyokütleden üretilen enerjinin iki katına çıkacağını öngörmüştür. IPCC (Hükümetlerarası İklim Değişikliği Paneli), doğru yapıldığı takdirde biyoenerjinin önemli bir iklim azaltım potansiyeline sahip olduğunu savunmaktadır ve IPCC'nin azaltım yollarının çoğu, 2050 yılında biyoenerjiden önemli katkılar içermektedir (ortalama 200 EJ.) Bazı araştırmacılar, düşük emisyon tasarrufu, yüksek başlangıç karbon yoğunlukları ve/veya olumlu iklim etkilerinin gerçekleşmesi için uzun bekleme süreleri ile biyoenerji kullanımını eleştirmektedir. ⓘ

Gelecekte en büyük potansiyele sahip hammadde hammaddeleri lignoselülozik (yenilebilir olmayan) biyokütle (örneğin baltalıklar veya çok yıllık enerji bitkileri), tarımsal kalıntılar ve biyolojik atıklardır. Bu hammaddeler aynı zamanda iklim faydaları üretmeden önce en kısa gecikmeye sahiptir. Isı üretimi normalde elektrik üretiminden daha "iklim dostudur", çünkü kimyasaldan ısı enerjisine dönüşüm, kimyasaldan elektrik enerjisine dönüşümden daha verimlidir. Biyokütlenin yakılmasından elde edilen ısının alternatif yenilenebilir enerji kaynaklarından elde edilen ısıyla değiştirilmesi de daha zordur; bunlar ya daha maliyetlidir ya da verebilecekleri buharın maksimum sıcaklığı ile sınırlandırılmıştır. Katı biyoyakıt üretimi daha enerji verimli olduğundan, katı biyoyakıt muhtemelen sıvı biyoyakıttan daha iklim dostudur. ⓘ

Biyokütle kategorileri

Biyokütle ya doğrudan enerji için hasat edilen biyokütle (birincil biyokütle) ya da kalıntılar ve atıklar olarak kategorize edilir: (ikincil biyokütle): ⓘ

Doğrudan enerji için hasat edilen biyokütle

Doğrudan enerji için hasat edilen başlıca biyokütle türleri odun, bazı gıda bitkileri ve tüm çok yıllık enerji bitkileridir: Doğrudan enerji için hasat edilen odunsu biyokütle, çoğunlukla geleneksel pişirme ve ısınma amacıyla hasat edilen ağaç ve çalılardan oluşmaktadır (çoğunlukla gelişmekte olan ülkelerde.) Küresel olarak geleneksel pişirme ve ısınma için yılda 25 EJ harcanmaktadır. IEA, geleneksel biyoenerjinin sürdürülebilir olmadığını ve 2050'ye kadar Net Sıfır senaryosunda 2030'da aşamalı olarak ortadan kaldırılacağını savunmaktadır. Kısa rotasyonlu baltalıklar ve kısa rotasyonlu ormanlar da doğrudan enerji için hasat edilmektedir ve sağlanan enerji içeriği 4 EJ'dir. Bu ürünler sürdürülebilir olarak görülmektedir ve potansiyelin (çok yıllık enerji ürünleriyle birlikte) 2050 yılına kadar yılda en az 25 EJ olacağı tahmin edilmektedir. ⓘ

Enerji için hasat edilen başlıca gıda mahsulleri şeker üreten mahsuller (örneğin şeker kamışı), nişasta üreten mahsuller (örneğin mısır) ve yağ üreten mahsullerdir (örneğin kolza tohumu). Şeker kamışı çok yıllık bir ürünken, mısır ve kolza tek yıllık ürünlerdir. Şeker ve nişasta üreten mahsuller biyoetanol yapımında, yağ üreten mahsuller ise biyodizel yapımında kullanılır. ABD en büyük biyoetanol üreticisi iken, AB en büyük biyodizel üreticisidir. Küresel biyoetanol ve biyodizel üretimindeki enerji içeriği sırasıyla yılda 2,2 ve 1,5 EJ'dir. Enerji için hasat edilen gıda mahsullerinden elde edilen biyoyakıt "birinci nesil" veya "geleneksel" biyoyakıt olarak da adlandırılır ve nispeten düşük emisyon tasarrufuna sahiptir.

2010, 2020 ve 2030 yıllarında tarıma uygun toplam arazi miktarı, halihazırda kullanılan arazi ve biyoenerji için kullanılabilir arazi.

Çok yıllık enerji bitkileri, yüksek verim ve "[...] tek yıllık bitkilere göre (çok) daha iyi bir ekolojik profil [...]" nedeniyle "[...] enerji üretimi için tercih edilen bitki kategorisi [...]" olarak görülmektedir. Bununla birlikte, bu ürünlerin ticari üretimi şu anda küresel ölçekte önemli değildir. Birleşik Krallık'ta hükümet 2021 yılında çok yıllık enerji bitkileri ve kısa rotasyonlu ormancılık için ayrılan alanların 10.000 hektardan 704.000 hektara çıkacağını açıklamıştır. IRENA'nın 2030 yılı için küresel tahmini 33-39 EJ olup muhafazakâr olarak değerlendirilmektedir. Sadece çok yıllık enerji bitkileri için teknik küresel enerji potansiyelinin yıllık 300 EJ olduğu tahmin edilmektedir.

IRENA'ya göre, 1,5 milyar hektar (3,7×10⁹ dönüm) arazi şu anda gıda üretimi için kullanılırken, "[...] yaklaşık 1,4 milyar hektar [hektar] ek arazi uygundur ancak bugüne kadar kullanılmamıştır ve bu nedenle gelecekte biyoenerji arzı için tahsis edilebilir." Ancak bu arazinin %60'ı sadece 13 ülkenin elinde bulunmaktadır. IPCC, dünyada biyoenerjiye uygun 0,32 ila 1,4 milyar hektar arasında marjinal arazi olduğunu tahmin etmektedir. AB projesi MAGIC (Endüstriyel Ürün Yetiştirmek için Marjinal Araziler), Avrupa Birliği'nde (12 EJ) çok yıllık ürün Miscanthus × giganteus için uygun 45 milyon hektar (449 901 km2; İsveç ile karşılaştırılabilir büyüklükte) ve genel olarak biyoenerji için uygun 62 milyon hektar (619 182 km2; Ukrayna ile karşılaştırılabilir büyüklükte) kullanılabilir marjinal arazi olduğunu tahmin etmektedir. ⓘ

Küresel orman alanı olan 4 milyar hektarın üçte biri odun üretimi veya diğer ticari amaçlar için kullanılmaktadır. Ormanlar küresel olarak enerji için kullanılan tüm biyokütlenin %85'ini sağlamaktadır. Ormanlar ayrıca AB'de enerji için kullanılan tüm biyokütlenin %60'ını sağlamaktadır ve en büyük orman biyokütle enerji kaynağı odun kalıntıları ve atıklarıdır. ⓘ

Kalıntı ve atık şeklindeki biyokütle

Kalıntılar ve atıklar, çoğunlukla enerji dışı amaçlarla hasat edilen biyolojik malzemeden elde edilen yan ürünlerdir. En önemli yan ürünler odun kalıntıları, tarımsal kalıntılar ve belediye/endüstriyel atıklardır:

Odun artıkları, ormancılık faaliyetlerinden veya odun işleme endüstrisinden kaynaklanan yan ürünlerdir. Kalıntılar toplanıp biyoenerji için kullanılmasaydı, orman tabanında veya çöplüklerde çürüyecek (ve dolayısıyla emisyon üretecek) ya da ormanlarda veya ahşap işleme tesislerinin dışında yol kenarında yakılacaktı (ve emisyon üretecekti).

Talaş, ahşap işleme endüstrisinden çıkan kalıntıdır. ⓘ

Ormancılık faaliyetlerinden elde edilen yan ürünler tomruk artıkları veya orman artıkları olarak adlandırılır ve ağaç tepeleri, dallar, kütükler, hasarlı veya ölmekte olan veya ölü ağaçlar, düzensiz veya bükülmüş gövde bölümleri, inceltmeler (daha büyük ağaçların büyümesine yardımcı olmak için temizlenen küçük ağaçlar) ve orman yangını riskini azaltmak için kaldırılan ağaçlardan oluşur. Tomruk artıklarının çıkarılma seviyesi bölgeden bölgeye farklılık göstermektedir, ancak sürdürülebilir potansiyel büyük olduğu için (yıllık 15 EJ) bu hammaddenin kullanımına yönelik artan bir ilgi vardır. AB'deki toplam orman biyokütlesinin %68'i ağaç gövdelerinden, %32'si ise kütük, dal ve üst kısımlardan oluşmaktadır. ⓘ

Ahşap işleme endüstrisinden elde edilen yan ürünler ahşap işleme artıkları olarak adlandırılır ve kesilmiş parçalar, talaş, talaş, ağaç kabuğu ve siyah likörden oluşur. Ağaç işleme artıkları yıllık toplam 5,5 EJ enerji içeriğine sahiptir. Ahşap peletler esas olarak ahşap işleme artıklarından yapılır ve toplam 0,7 EJ enerji içeriğine sahiptir. Odun yongaları hammaddelerin bir kombinasyonundan yapılır ve toplam 0,8 EJ enerji içeriğine sahiptir. ⓘ

Enerji için kullanılan tarımsal kalıntılardaki enerji içeriği yaklaşık 2 EJ'dir. Bununla birlikte, tarımsal kalıntılar kullanılmayan büyük bir potansiyele sahiptir. Tarımsal kalıntıların küresel üretimindeki enerji içeriğinin, en büyük payı samandan (51 EJ) olmak üzere yıllık 78 EJ olduğu tahmin edilmektedir. Diğerleri 18 ila 82 EJ arasında tahminlerde bulunmuştur. IRENA, hem sürdürülebilir hem de ekonomik olarak uygulanabilir olan tarımsal kalıntı ve atıkların kullanımının 2030 yılında 37 ila 66 EJ'ye yükselmesini beklemektedir. ⓘ

Belediye atıkları 1.4 EJ ve endüstriyel atıklar 1.1 EJ üretmiştir. Şehirlerden ve sanayiden kaynaklanan odun atıkları da 1,1 EJ üretmiştir. Odun atıkları için sürdürülebilir potansiyelin 2-10 EJ olduğu tahmin edilmektedir. IEA, atık kullanımının 2050 yılında yıllık 45 EJ'ye çıkarılmasını önermektedir. ⓘ

Çok yıllık enerji bitkilerinden, kalıntılardan ve atıklardan elde edilen biyoyakıt bazen "ikinci nesil" veya "gelişmiş" biyoyakıt (yani yenilebilir olmayan biyokütle) olarak adlandırılır. Enerji için hasat edilen algler bazen "üçüncü nesil" biyoyakıt olarak adlandırılır. Yüksek maliyetler nedeniyle, alglerden ticari biyoyakıt üretimi henüz gerçekleşmemiştir. ⓘ

Biyokütle dönüşümü

Ham biyokütle, basitçe sıkıştırılarak (örneğin odun peletleri) veya genel olarak termal, kimyasal ve biyolojik olarak sınıflandırılan farklı dönüşümlerle daha iyi ve daha pratik bir yakıta dönüştürülebilir: ⓘ

Termal dönüşüm

Termal iyileştirme katı, sıvı veya gaz yakıtlar üretir ve ısı baskın dönüşüm faktörüdür. Temel alternatifler torrefaksiyon, piroliz ve gazlaştırmadır, bunlar esas olarak ilgili kimyasal reaksiyonların ne kadar ilerlemesine izin verildiğine göre ayrılır. Kimyasal reaksiyonların ilerlemesi temel olarak ne kadar oksijen bulunduğu ve dönüşüm sıcaklığı ile kontrol edilir.

İskoçya'da biyokütle tesisi.

Torrefaksiyon, organik maddelerin oksijensiz veya düşük oksijenli bir ortamda 400-600 °F'ye (200-300 °C) kadar ısıtıldığı hafif bir piroliz şeklidir. Isıtma işlemi, biyokütlenin en düşük enerji içeriğine sahip kısımlarını (gazlaştırma yoluyla) ortadan kaldırırken, en yüksek enerji içeriğine sahip kısımlar kalır. Yani, biyokütlenin yaklaşık %30'u torrefaksiyon işlemi sırasında gaza dönüştürülürken, %70'i genellikle sıkıştırılmış peletler veya briketler şeklinde kalır. Bu katı ürün suya dayanıklıdır, öğütülmesi kolaydır, korozif değildir ve orijinal biyokütle enerjisinin yaklaşık %85'ini içerir. Temel olarak kütle kısmı enerji kısmından daha fazla küçülmüştür ve bunun sonucu olarak torrefiye edilmiş biyokütlenin kalorifik değeri, elektrik üretimi için kullanılan kömürlerle (buhar/termal kömürler) rekabet edebilecek ölçüde önemli ölçüde artmıştır. Günümüzde en yaygın buhar kömürlerinin enerji yoğunluğu 22-26 GJ/t'dir. Hidrotermal yükseltme (bazen "ıslak" torrefaksiyon olarak da adlandırılır.) gibi faydalar sunabilecek daha az yaygın, daha deneysel veya tescilli başka termal süreçler de vardır. Hidrotermal yükseltme yolu hem düşük hem de yüksek nem içerikli biyokütle, örneğin sulu bulamaçlar için kullanılabilir. ⓘ

Piroliz, organik maddelerin oksijenin neredeyse tamamen yokluğunda 800-900 °F'ye (400-500 °C) ısıtılmasını gerektirir. Biyokütle pirolizi biyo-yağ, odun kömürü, metan ve hidrojen gibi yakıtlar üretir. Hidro-işleme, yenilenebilir dizel, yenilenebilir benzin ve yenilenebilir jet yakıtı üretmek için bir katalizör varlığında yüksek sıcaklıklar ve basınçlar altında hidrojen ile biyo-yağı (hızlı piroliz ile üretilen) işlemek için kullanılır. ⓘ

Gazlaştırma, sentez gazı veya sentez gazı olarak adlandırılan karbon monoksit ve hidrojen bakımından zengin bir gaz üretmek için organik maddelerin 1.400-1700 °F'ye (800-900 ° C) ısıtılmasını ve kaba kontrollü miktarlarda oksijen ve/veya buhar enjekte edilmesini gerektirir. Sentez gazı dizel motorlar için yakıt olarak, ısıtma için ve gaz türbinlerinde elektrik üretmek için kullanılabilir. Ayrıca hidrojeni gazdan ayırmak için işlenebilir ve hidrojen yakılabilir veya yakıt hücrelerinde kullanılabilir. Sentez gazı, Fischer-Tropsch sentez süreci kullanılarak sıvı yakıtlar üretmek için daha fazla işlenebilir. ⓘ

Kimyasal dönüşüm

Biyokütleyi, depolanması, taşınması ve kullanılması daha pratik olan bir yakıt üretmek veya sürecin bazı özelliklerinden yararlanmak gibi başka biçimlere dönüştürmek için bir dizi kimyasal süreç kullanılabilir. Bu süreçlerin çoğu büyük ölçüde Fischer-Tropsch sentezi gibi benzer kömür bazlı süreçlere dayanmaktadır. Transesterifikasyon olarak bilinen bir kimyasal dönüşüm süreci bitkisel yağları, hayvansal yağları ve gresleri biyodizel üretmek için kullanılan yağ asidi metil esterlerine (FAME) dönüştürmek için kullanılır. ⓘ

Biyolojik dönüşüm

Biyokütle doğal bir malzeme olduğundan, biyokütle moleküllerini parçalamak için doğada birçok biyolojik süreç gelişmiştir ve bu dönüşüm süreçlerinin birçoğundan yararlanılabilir. Çoğu durumda, dönüşüm sürecini gerçekleştirmek için mikroorganizmalar kullanılır: anaerobik sindirim, fermantasyon ve kompostlama. Fermantasyon biyokütleyi biyoetanole, anaerobik sindirim ise biyokütleyi yenilenebilir doğal gaza dönüştürür. Biyoetanol araç yakıtı olarak kullanılır. Biyogaz veya biyometan olarak da adlandırılan yenilenebilir doğal gaz, kanalizasyon arıtma tesislerindeki anaerobik çürütücülerde ve süt ve besi hayvanı işletmelerinde üretilir. Aynı zamanda katı atık depolama sahalarında da oluşur ve bu sahalardan yakalanabilir. Uygun şekilde işlenmiş yenilenebilir doğal gaz, fosil yakıt doğal gazı ile aynı kullanım alanlarına sahiptir. ⓘ

IRENA, büyük ölçekli uluslararası biyoenerji ticaretinin başarısı için yüksek yoğunluklu malların düşük maliyetlerle taşınması amacıyla biyokütle dönüşümünün gerekli olduğunu savunmaktadır. ⓘ

İklim etkisi

Daha önceleri biyoenerji için odunsu biyokütle kullanımı genellikle karbon nötr olarak kabul ediliyordu. Ancak araştırmacılar arazi kullanım değişikliği ve yaşlı orman kesiminin etkilerini hesaplamaya başladıklarında durum değişti. Şu anda ormancılık da dahil olmak üzere bir dizi biyoenerji yolunun gerçek karbon yoğunluğu hakkında canlı bir tartışma devam etmektedir. Eleştirmenler özellikle kısa ve orta vadeli iklim etkileri konusunda endişe duymaktadır. Eleştiriler hem araştırmacılar hem de çevre aktivistleri arasında ortaya çıkmıştır. Aynı zamanda, IPCC, IEA ve AB Ortak Araştırma Merkezi gibi etkili araştırma kuruluşlarındaki biyoenerji destekçileri hala biyoenerjinin doğru yapıldığında iklim dostu olduğunu savunmaktadır (aşağıya bakınız). Aşağıda, bu tartışmanın temel bilimsel argümanları sunulacaktır. ⓘ

Karbon muhasebesi ilkeleri

Farklı karbon muhasebesi metodolojileri, hesaplanan sonuçlar ve dolayısıyla bilimsel argümanlar üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Genel olarak karbon muhasebesinin amacı, bir enerji senaryosunun karbon yoğunluğunu, yani karbon pozitif, karbon nötr veya karbon negatif olup olmadığını belirlemektir. Karbon pozitif senaryoların net CO₂ yayıcısı olması muhtemeldir, karbon negatif projeler net CO₂ emicisidir, karbon nötr projeler ise emisyonları ve emilimi mükemmel bir şekilde dengeler. ⓘ

Hem doğal nedenlerin hem de insan uygulamalarının bir sonucu olarak karbon, atmosferik karbon havuzu, orman karbon havuzu, hasat edilen ağaç ürünleri karbon havuzu ve fosil yakıtlar karbon havuzu gibi karbon havuzları arasında sürekli olarak akar. Atmosferik karbon havuzu dışındaki havuzlardaki karbon seviyesi arttığında, atmosferdeki karbon seviyesi düşer ve bu da küresel ısınmanın azaltılmasına yardımcı olur. Araştırmacı bir havuzdan diğerine geçen karbon miktarını sayarsa, atmosferik karbon havuzu dışındaki karbon havuzlarında depolanan karbon miktarını en üst düzeye çıkaran uygulamalar hakkında fikir edinebilir ve tavsiye edebilir. Üç kavram özellikle önemlidir: karbon borcu, karbon geri ödeme süresi ve karbon parite süresi: Karbon borcu, örneğin ormanlar gibi yetişme alanlarından biyokütle çıkarıldığında tahakkuk eder. Ağaçlar kesildiğinde sayılır çünkü UNFCCC (ülkelerin emisyonlarını raporladıkları BM kuruluşu) emisyonların yanma olayı yerine bu noktada sayılması gerektiğine karar vermiştir. ⓘ

Karbon geri ödeme süresi, ormanın atmosferden eşdeğer miktarda karbonu yeniden emmesi yoluyla bu karbonun ormana "geri ödenmesi" için geçen süredir. ⓘ

Karbon eşitliği süresi, bir enerji senaryosunun başka bir senaryo ile karbon eşitliğine ulaşması için gereken süredir (yani başka bir senaryo ile aynı miktarda karbon depolamak.) Bu senaryolardan biri, örneğin ormanın hasat edilmeyen kısmında depolanmış sayılan karbon ile hasat edilen orman miktarı için kaybedilen karbonun sayıldığı bir biyoenerji senaryosu olabilir (bkz. Ancak, bu hasattan elde edilen odunsu yapı malzemeleri ve biyoyakıtlarda bulunan karbon miktarı, bu karbonun doğal olarak çürümesi veya enerji için yakılması için geçen süre boyunca biyoenerji senaryosunun karbon havuzlarına "geri sayılabilir". Alternatif senaryo, örneğin, karbonun tüm ormanda depolanmış olarak sayıldığı bir orman koruma senaryosu olabilir - biyoenerji senaryosundakinden daha büyük bir orman, çünkü hiç ağaç kesilmemiştir ve ayrıca büyümeye de devam etmiştir (biyoenerji senaryosunda depolanan karbonun kendi karbon seviyesini yakalamasını beklerken). Ancak, ormandaki karbonun "kilitlenmesi" aynı zamanda bu karbonun artık odunsu yapı malzemeleri ve biyoyakıt üretimi için kullanılamayacağı anlamına gelir ki bu da bunların başka kaynaklarla ikame edilmesi gerektiği anlamına gelir. Çoğu durumda, en gerçekçi kaynaklar fosil kaynaklardır, bu da buradaki orman koruma senaryosunun, sorumlu olduğu fosil yakıt emisyonlarının karbon havuzundan çıkarılmasıyla "cezalandırılacağı" anlamına gelir. (Bu fosil karbonun genellikle teknik olarak biyoenerji olmayan karbon havuzundan çıkarılmak yerine biyoenerji karbon havuzuna eklenmiş olarak sayıldığını ve "yer değiştirmiş" veya "kaçınılmış" fosil karbon olarak adlandırıldığını unutmayın). ⓘ

Biyoenerji senaryosu için net karbon borcu, orman koruma senaryosunun karbon havuzunda depolanan net karbon miktarı, biyoenerji senaryosunun karbon havuzlarında depolanan net karbon miktarından daha büyük olduğunda hesaplanır. Orman koruma senaryosunun karbon havuzunda depolanan net karbon miktarı, biyoenerji senaryosunun karbon havuzlarında depolanan net karbon miktarından daha küçük olduğunda biyoenerji senaryosu için net karbon kredisi hesaplanır. Bu durumda karbon eşitliği süresi, biyoenerji senaryosunun borçtan krediye geçmesi için gereken süredir. ⓘ

Özetlemek gerekirse, bir proje veya senaryo yalnızca kendi esasına göre, özellikle de çıkarılan karbonu geri ödeme süresine göre değerlendirilebilir (karbon geri ödeme süresi.) Ancak, karşılaştırma için alternatif senaryoların ("referans senaryolar" veya "karşı olgular" olarak da adlandırılır) dahil edilmesi yaygındır. Birden fazla senaryo olduğunda, bu senaryolar arasındaki karbon parite süreleri hesaplanabilir. Alternatif senaryolar, mevcut projeye kıyasla sadece mütevazı değişiklikler içeren senaryolardan radikal olarak farklı olanlara kadar çeşitlilik gösterir (örneğin, orman koruma veya "biyoenerji yok" karşı olgusalları). Genel olarak, senaryolar arasındaki fark, senaryoların gerçek karbon azaltım potansiyeli olarak görülür. Başka bir deyişle, alıntılanan emisyon tasarrufları göreceli tasarruflardır; araştırmacının önerdiği bazı alternatif senaryolara göre tasarruflar. Bu, araştırmacıya hesaplanan sonuçlar üzerinde büyük miktarda etki sağlar. ⓘ

Karbon muhasebe sistemi sınırları

Karbon muhasebesi için sistem sınırları: Seçenek 1 (siyah) karbon hesaplamasını baca emisyonlarıyla sınırlar, seçenek 2 (yeşil) hesaplamayı orman karbon stokuyla sınırlar, seçenek 3 (mavi) hesaplamayı orman ve baca emisyonlarının birleşimiyle (tedarik zinciri) sınırlar ve seçenek 4 (kırmızı) hem baca emisyonlarını, hem ormanı hem de biyoekonomiyi (ahşap ürünlerinde karbon depolanması ve yer değiştiren fosil yakıtlar) içerir. ⓘ

Alternatif senaryo seçimine ek olarak, başka seçimlerin de yapılması gerekmektedir. "Sistem sınırları" olarak adlandırılan sınırlar, hangi karbon emisyonlarının/emilimlerinin gerçek hesaplamaya dahil edileceğini ve hangilerinin hariç tutulacağını belirler. Sistem sınırları zamansal, mekânsal, verimlilikle ilgili ve ekonomik sınırları içerir: ⓘ

Zamansal sistem sınırları

Zamansal sınırlar karbon sayımının ne zaman başlayacağını ve biteceğini tanımlar. Bazen "erken" olaylar hesaplamaya dahil edilir, örneğin ilk hasattan önce ormanda devam eden karbon emilimi gibi. Bazen de "geç" olaylar, örneğin fabrikaların yıkılması gibi ilgili altyapının ömrünü tamamlama faaliyetlerinin neden olduğu emisyonlar da dahil edilir. Bir proje veya senaryo ile ilgili karbon emisyonu ve emilimi zamanla değiştiğinden, net karbon emisyonu ya zamana bağlı olarak (örneğin bir zaman ekseni boyunca hareket eden bir eğri) ya da statik bir değer olarak sunulabilir; bu, tanımlanmış bir süre boyunca hesaplanan ortalama emisyonları gösterir. ⓘ

Zamana bağlı net emisyon eğrisi tipik olarak başlangıçta yüksek emisyon gösterecektir (eğer sayım biyokütle hasat edildiğinde başlarsa.) Alternatif olarak, başlangıç noktası dikim olayına kadar geri götürülebilir; bu durumda, arazi kullanım değişikliğinden kaynaklanan geri ödenecek bir karbon borcu yoksa ve ek olarak dikilen ağaçlar tarafından giderek daha fazla karbon emiliyorsa, eğri potansiyel olarak sıfırın altına (karbon negatif bölgeye) hareket edebilir. Emisyon eğrisi daha sonra hasatta yukarı doğru yükselir. Hasat edilen karbon daha sonra diğer karbon havuzlarına dağıtılır ve eğri bu yeni havuzlara taşınan karbon miktarı (Y ekseni) ve karbonun havuzlardan çıkıp atmosfer yoluyla ormana geri dönmesi için geçen süre (X ekseni) ile birlikte hareket eder. Yukarıda açıklandığı gibi, karbon geri ödeme süresi hasat edilen karbonun ormana geri dönmesi için geçen süredir ve karbon parite süresi ise iki rakip senaryoda depolanan karbonun aynı seviyeye ulaşması için geçen süredir. ⓘ

Statik karbon emisyon değeri, belirli bir zaman dilimi için ortalama yıllık net emisyonun hesaplanmasıyla elde edilir. Belirli bir zaman dilimi, ilgili altyapının beklenen ömrü (yaşam döngüsü değerlendirmeleri için tipiktir; LCA'lar), Paris anlaşmasından esinlenen politika ile ilgili zaman ufukları (örneğin 2030, 2050 veya 2100'e kadar kalan süre), farklı küresel ısınma potansiyellerine (GWP; tipik olarak 20 veya 100 yıl) dayalı zaman aralıkları veya diğer zaman aralıkları olabilir. AB'de, bir arazi kullanım değişikliğinin net karbon etkilerini ölçerken 20 yıllık bir zaman aralığı kullanılmaktadır. Genel olarak mevzuatta dinamik, zamana bağlı eğri yaklaşımı yerine statik sayı yaklaşımı tercih edilmektedir. Sayı, "emisyon faktörü" olarak ifade edilir (üretilen enerji birimi başına net emisyon, örneğin GJ başına kg CO₂e) veya daha da basit olarak belirli biyoenerji yolları için ortalama bir sera gazı tasarruf yüzdesi olarak ifade edilir. AB'nin Yenilenebilir Enerji Direktifi (RED) ve diğer yasal belgelerde kullanılan belirli biyoenerji yolları için yayınladığı sera gazı tasarruf yüzdeleri, yaşam döngüsü değerlendirmelerine (LCA'lar) dayanmaktadır. ⓘ

Mekânsal sistem sınırları

Mekansal sınırlar, karbon emisyonu/emilimi hesaplamaları için "coğrafi" sınırları tanımlar. Ormanlarda CO₂ emilimi ve salınımı için en yaygın iki mekansal sınır 1.) belirli bir orman meşceresinin kenarları boyunca ve 2.) artan yaştaki birçok orman meşceresini içeren tüm bir orman peyzajının kenarları boyunca (orman meşcereleri, meşcere sayısı kadar yıl boyunca birbiri ardına hasat edilir ve yeniden dikilir). Üçüncü bir seçenek de artan meşcere seviyesi karbon hesaplama yöntemidir: - Meşcere seviyesi karbon muhasebesinde araştırmacı, meşcere hasat edildiğinde büyük bir emisyon olayını sayabilir ve bunu meşcere olgun bir yaşa ulaşıp tekrar hasat edilene kadar devam eden birikim aşaması sırasında daha küçük, yıllık emilim miktarları izleyebilir. ⓘ

- Benzer şekilde, artan meşcere seviyesi muhasebesinde, araştırmacı meşcere hasat edildiğinde büyük bir emisyon olayını sayar ve bunu birikim dönemi boyunca her yıl daha küçük miktarlarda karbon emilimi takip eder. Ancak, ilk hasattan bir yıl sonra yeni bir meşcere hasat edilir. Araştırmacı, ilk komşu meşcerenin hasadından sonra bu ikinci meşcerede emilen karbonu saymaz, sadece ikinci meşcerenin hasadındaki büyük emisyonu sayar. Bir sonraki yıl aynı prosedür üçüncü meşcere için tekrarlanır; birinci ve ikinci meşcerenin hasadından sonra bu meşcere tarafından emilen karbon sayılmazken, üçüncü meşcere hasat edildiğinde büyük bir emisyon miktarı sayılır. Başka bir deyişle, artan meşcere seviyesi muhasebesinde tüm karbon hesabı, her biri kendi bireysel başlangıç noktasına sahip bir dizi bireysel meşcere seviyesi hesabından oluşur. ⓘ

- Peyzaj seviyesi muhasebesinde araştırmacı, ilk meşcere hasat edildiğinde büyük bir emisyon olayını sayar ve ardından bu belirli meşcere için birikim süresi boyunca her yıl daha küçük miktarlarda karbon emilimini takip eder. Artan meşcere seviyesi muhasebesinde olduğu gibi, ikinci ve üçüncü yıl yeni bir meşcere hasat edilir ve bu emisyon olaylarının hepsi sayılır. Ancak artan meşcere seviyesi hesaplamasından farklı olarak araştırmacı, orman arazisindeki ilk meşcerenin hasadından sonra tüm meşcereler tarafından emilen karbonu da sayar. Başka bir deyişle, karbon emisyonlarını çok sayıda farklı başlangıç noktasından hesaplamak yerine, orman peyzajı muhasebesi tüm orman peyzajı için tek bir ortak başlangıç noktası, yani ilk meşcerenin hasat edildiği yılı kullanır. ⓘ

Dolayısıyla, araştırmacı tek bir meşcereye mi, artan sayıda meşcereye mi yoksa tüm orman arazisine mi odaklanacağına karar vermelidir. ⓘ

Lamers ve diğerlerine göre, meşcere düzeyinde mekansal sınır seçimi ilk karbon modellemeleri için tipiktir ve testere dişine benzeyen karbon döngülerine yol açar (hasat sırasında emisyonlarda dramatik artışlar, ardından orman meşceresi karbonu emdikçe yavaş düşüşler). Meşcere düzeyinde analizin en önemli faydası basitliğidir ve günümüz karbon analizlerinin hala bir parçası olmasının başlıca nedeni de budur. Bununla birlikte, tek bir meşcerenin incelenmesi kolayca anlaşılabilir sonuçlar sağlarken (örneğin farklı hasat seçeneklerinin karbon etkileri üzerine), gerçek dünyadaki kereste/odunsu biyokütle tedarik alanları, örneğin 80 gibi farklı olgunluktaki birkaç meşcereden oluşur. Bu durumda 80 yıllık bir zaman dilimi boyunca tüm meşcereler art arda hasat edilir ve yeniden dikilir. Bu kadar geniş alanlardaki karbon akışını doğru bir şekilde hesaplamak için, orman "peyzajı" tüm bireysel orman meşcerelerini içerdiğinden, hesaplamanın mekansal sınırının meşcere seviyesinden peyzaj seviyesine yükselmesi gerekir. Cowie ve diğerleri, peyzaj düzeyindeki hesaplamanın ormancılık sektörünün sürekli odun ürünleri üretme şeklini daha iyi temsil ettiğini savunmaktadır. IPCC de peyzaj düzeyinde karbon muhasebesi önermektedir (bkz. Kısa vadeli aciliyet). ⓘ

Ayrıca, araştırmacının doğrudan/dolaylı arazi kullanım değişikliğinden kaynaklanan emisyonların hesaplamaya dahil edilip edilmeyeceğine karar vermesi gerekmektedir. Çoğu araştırmacı doğrudan arazi kullanım değişikliğinden kaynaklanan emisyonları, örneğin bir ormanın kesilerek yerine tarımsal bir proje başlatılmasından kaynaklanan emisyonları hesaplamaya dahil etmektedir. Dolaylı arazi kullanım değişikliği etkilerinin dahil edilmesi daha tartışmalıdır, çünkü bunların doğru bir şekilde ölçülmesi zordur. Diğer seçenekler, gelecekte ormanların olası mekansal sınırlarının tanımlanmasını içerir. Örneğin, orman ürünlerine talebin yüksek olduğu bir durumda ormanların korunmasından ziyade hasadın artırılması ve hatta belki de ormanların genişletilmesi daha mı gerçekçidir? Ya da alternatif olarak, orman ürünlerine talebin düşük olduğu ve yeni arazi veya konut ve kentsel gelişim için yeni alanlara talebin yüksek olduğu bir durumda daha küçük ormanlar orman korumasından daha gerçekçi olabilir mi? Lamers & Junginger, doğa koruma ve karbon stratejisi değerlendirme perspektifinden bakıldığında orman korumanın geçerli bir seçenek olduğunu savunmaktadır. Ancak, orman plantasyonları için koruma pek olası değildir - orman ürünlerine (örneğin kereste, kağıt hamuru veya pelet) talep olmadığında, "[...] tarıma dönüştürme veya kentsel gelişim gibi seçenekler daha gerçekçi alternatifler olabilir [...]." Cowie ve diğerleri, özel mülkiyete ait ormanların genellikle gelir yaratmak için kullanıldığını ve bu nedenle genellikle piyasadaki gelişmelere duyarlı olduğunu savunmaktadır. Orman sahiplerinin gelir kaybı telafi edilemediği sürece, ormanların korunması özel mülkiyetteki ormanların çoğu için gerçekçi olmayan bir senaryodur. AB Ortak Araştırma Merkezi'ne göre Avrupa ormanlarının %60'ı özel mülkiyete aittir. ABD'de doğuda ormanların %80'inden fazlası özel mülkiyete, batıda ise %80'inden fazlası kamuya aittir. ⓘ

Verimlilikle ilgili sistem sınırları

İkame edilen fosil yakıtlar için biyoenerji yer değiştirme faktörleri. ⓘ

İkame edilen fosil bazlı malzemeler için odunsu malzemelerin yer değiştirme faktörleri. ⓘ

Verimlilikle ilgili sınırlar, farklı biyokütle yakma yolları için bir dizi yakıt ikame verimliliği tanımlamaktadır. Farklı tedarik zincirleri, tedarik edilen enerji birimi başına farklı miktarlarda karbon yayar ve farklı yakma tesisleri, farklı yakıtlarda depolanan kimyasal enerjiyi farklı verimliliklerle ısıya veya elektrik enerjisine dönüştürür. Araştırmacının bunu bilmesi ve söz konusu farklı biyokütle yakma yolları için gerçekçi bir verimlilik aralığı seçmesi gerekir. Seçilen verimlilikler, fosil karbonun biyojenik karbonla ne kadar verimli bir şekilde ikame edildiğini gösteren tek sayılar olan "yer değiştirme faktörlerini" hesaplamak için kullanılır. Örneğin 10 ton karbon modern bir kömür santralinin yarısı kadar bir verimlilikle yakılırsa, aslında sadece 5 ton kömür yer değiştirmiş sayılacaktır (yer değiştirme faktörü 0,5). Schlamadinger & Marland, biyoenerji ve kömüre dayalı orman koruma senaryoları karşılaştırıldığında bu tür düşük verimliliğin nasıl yüksek eşitlik sürelerine yol açtığını ve diğer yandan kömür senaryosuyla aynı verimliliğin nasıl düşük eşitlik sürelerine yol açtığını açıklamaktadır. Genel olarak, verimsiz (eski veya küçük) yakma tesislerinde yakılan yakıta, verimli (yeni veya büyük) tesislerde yakılan yakıttan daha düşük yer değiştirme faktörleri atanır, çünkü aynı miktarda enerji üretmek için daha fazla yakıt yakılması (ve dolayısıyla daha fazla CO₂ salınması) gerekir. ⓘ

Benzer şekilde, ahşap bazlı inşaat malzemelerinin üretimi, fosil bazlı inşaat malzemelerinin (örneğin çimento veya çelik) üretiminden daha düşük fosil yakıt girdisi gerektirdiğinden, çimento ve çelik bazlı inşaat malzemelerinin ikamesi gerçekçi olduğunda, yani inşaatta aynı faydaya sahip olduklarında, ahşap bazlı inşaat malzemelerine yer değiştirme faktörleri atanır. Eşdeğer ahşap yapı ürünleri kullanılarak ne kadar fazla fosil yakıt emisyonu önlenirse, atanan yer değiştirme faktörleri de o kadar yüksek olur. Ayrıca, ürünlerin hizmet ömrü boyunca ahşap ürünlerde depolanan karbon ve ahşap ürünler hizmet ömürlerinin sonunda enerji için yakıldığında yer değiştiren fosil karbon da yer değiştirme faktörü hesaplamalarına dahil edilebilir. Ancak şu ana kadar bu yaygın bir uygulama değildir. (AB'de hasat edilen orman biyokütlesinin %52'si malzemeler için kullanılmaktadır). ⓘ

Sathre & O'Connor 21 ayrı çalışmayı incelemiş ve inşaat ahşap ürünleri için -2,3 ile 15 arasında yer değiştirme faktörleri bulmuştur; ortalama 2,1'dir; bu da üretilen her bir ton biyojenik karbon için ortalama 2,1 ton fosil karbonun yer değiştirdiği anlamına gelmektedir. Ahşap bazlı biyoyakıtlar için, yer değiştirme faktörleri kabaca 0,5 ile 1 arasında değişmektedir, "[...] büyük ölçüde değiştirilen fosil yakıt türüne ve göreceli yanma verimliliğine bağlıdır." Yazarlar, inşaat ahşap ürünleri hizmet ömürlerinin sonunda enerji için yakıldığında, "[...] hem malzeme ikamesinin hem de yakıt ikamesinin sera gazı faydaları tahakkuk ettiğinden, yer değiştirme etkisinin bazen hesaplamaya eklendiğini" yazmaktadır. İnşaat ahşap ürünleri üzerine yapılan bir başka meta çalışmada, bu ek kullanım ömrü sonu yanma ikamesi etkisi hariç tutulduğunda, yazarlar biraz daha düşük yer değiştirme faktörleri bulmuşlardır. Yanmaya özgü yer değiştirme faktörleri benzerdir ancak daha geniş bir aralıktadır (sağdaki grafiklere bakınız.) ⓘ

Yer değiştirme faktörü, hem biyokütle yakıtının hem de yer değiştiren fosil yakıtın karbon yoğunluğuna göre değişir. Biyoenerji negatif emisyonlara ulaşabilirse (örneğin ağaçlandırma, enerji otu plantasyonları ve/veya karbon yakalama ve depolamalı biyoenerji (BECCS)) veya tedarik zincirinde daha yüksek emisyonlara sahip fosil yakıt enerji kaynakları devreye girmeye başlarsa (örneğin çatlatma veya kaya gazı kullanımının artması nedeniyle), yer değiştirme faktörü yükselmeye başlayacaktır. Öte yandan, fosil yakıtlardan daha düşük emisyona sahip yeni temel yük enerji kaynakları devreye girmeye başlarsa veya girdiğinde, yer değiştirme faktörü düşmeye başlayacaktır. Bir yer değiştirme faktörü değişikliğinin hesaplamaya dahil edilip edilmeyeceği, ilgili senaryonun zamansal sistem sınırlarının kapsadığı zaman dilimi içinde gerçekleşmesinin beklenip beklenmediğine bağlıdır. ⓘ

Ekonomik sistem sınırları

Ekonomik sınırlar, eğer varsa, hangi piyasa etkilerinin hesaplamaya dahil edileceğini tanımlar. Değişen piyasa koşulları, karbon emisyonlarında ve tedarik zincirlerinden ve ormanlardan emilimlerde küçük veya büyük değişikliklere yol açabilir, örneğin talepteki değişikliklere yanıt olarak orman alanındaki değişiklikler gibi. Miner ve arkadaşları, araştırmacıların orman biyoenerjisini piyasa etkilerini de ele alan daha geniş ve entegre bir çerçevede nasıl incelemeye başladıklarını anlatmaktadır. Hem ampirik verilere hem de modellemeye dayanan bu çalışmalar, artan talebin genellikle orman alanını artıran ve orman yönetiminde iyileştirmeleri teşvik eden ormancılık yatırımlarına yol açtığını belirlemiştir. Koşullara bağlı olarak, bu dinamik orman karbon stoklarını artırabilir. Büyüme oranlarının nispeten yüksek ve yatırım tepkisinin güçlü olduğu durumlarda, ağaçların enerji için artan kullanımından elde edilen net sera gazı faydaları, yer değiştiren fosil yakıta ve yatırım tepkisinin zamanlamasına bağlı olarak on veya iki yıl içinde gerçekleştirilebilir. Ağaç büyümesinin yavaş olduğu ve yatırım tepkisinin yetersiz olduğu durumlarda, enerji için yuvarlak odun kullanımının net faydalarını görmek için onlarca yıl gerekebilir. Yatırım tepkisinin, araziye ekonomik getirinin orman alanındaki kazanç ve kayıpları doğrudan etkilediği gösterilen ABD'nin güneyi gibi yerlerde özellikle önemli olduğu bulunmuştur. Abt ve diğerleri, ABD'nin güneyinin dünyanın en büyük kereste üreticisi olduğunu ve ormanların özel mülkiyete ait olduğunu ve bu nedenle piyasa odaklı olduğunu savunmaktadır. Ayrıca, AB Ortak Araştırma Merkezi makroekonomik olayların/politika değişikliklerinin orman karbon stoku üzerinde etkileri olabileceğini savunmaktadır. Dolaylı arazi kullanım değişikliklerinde olduğu gibi, ekonomik değişiklikleri ölçmek zor olabilir, bu nedenle bazı araştırmacılar bunları hesaplama dışında bırakmayı tercih etmektedir. ⓘ

Sistem sınırı etkileri

Seçilen sistem sınırları hesaplanan sonuçlar için çok önemlidir. Fosil karbon yoğunluğu, orman büyüme hızı ve biyokütle dönüşüm verimliliği arttığında veya başlangıçtaki orman karbon stoğu ve/veya hasat seviyesi azaldığında daha kısa geri ödeme/parite süreleri hesaplanır. Araştırmacı meşcere düzeyinde karbon muhasebesi yerine peyzaj düzeyini seçtiğinde de daha kısa geri ödeme/parite süreleri hesaplanır (eğer karbon muhasebesi dikim yerine hasatta başlıyorsa). Tersine, karbon yoğunluğu, büyüme oranı ve dönüşüm verimliliği azaldığında veya başlangıçtaki karbon stoku ve/veya hasat seviyesi arttığında veya araştırmacı peyzaj seviyesi karbon muhasebesi yerine meşcere seviyesini seçtiğinde daha uzun geri ödeme/parite süreleri hesaplanır. ⓘ

Eleştirmenler, gerçekçi olmayan sistem sınırı seçimleri yapıldığını veya dar sistem sınırlarının yanıltıcı sonuçlara yol açtığını savunmaktadır. Diğerleri ise geniş sonuç yelpazesinin çok fazla hareket alanı olduğunu gösterdiğini ve bu nedenle hesaplamaların politika geliştirme için yararsız olduğunu savunmaktadır. AB'nin Join Araştırma Merkezi, farklı metodolojilerin farklı sonuçlar ürettiğini kabul etmekle birlikte, farklı araştırmacıların bilinçli ya da bilinçsiz olarak insanın doğayla en uygun ilişkisine dair etik ideallerinin bir sonucu olarak farklı alternatif senaryolar/metodolojiler seçmeleri nedeniyle bunun beklenen bir durum olduğunu savunmaktadır. Sürdürülebilirlik tartışmasının etik özü, araştırmacılar tarafından gizlenmek yerine açık hale getirilmelidir. ⓘ

İklim etkilerinin zamana bağlı olarak değişmesi

Orman biyoenerji yolları için zamana bağlı net emisyon tahminleri, kömür ve doğal gaz alternatif senaryoları ile karşılaştırılmıştır. Artı işaretleri olumlu iklim etkilerini, eksi işaretleri ise olumsuz iklim etkilerini temsil etmektedir. ⓘ

AB Ortak Araştırma Merkezi'ne göre, sadece biyoenerji için hasat edilen boreal gövde odununun kullanımı sadece uzun vadede olumlu bir iklim etkisine sahipken, odun artıklarının kullanımı kısa ve orta vadede de olumlu bir iklim etkisine sahiptir. Alternatif senaryolarda kömür ve doğal gazdan enerji üretimi ile karşılaştırıldığında, gövde odunu, kalıntılar ve yeni plantasyonlar dahil olmak üzere farklı orman biyoenerji yollarından beklenen emisyon azaltımlarına genel bir bakış için sağdaki tabloya bakınız. Kısa rotasyonlu baltalıklardan veya kısa rotasyonlu ormanlardan elde edilen gövdeler de kısa ve orta vadede olumlu iklim etkilerine sahiptir (aşağıya bakınız.) ⓘ

Orman artıkları için kısa karbon geri ödeme/parite süreleri

En gerçekçi biyoenerjisiz senaryo, "iyi" ağaç gövdelerinin kereste üretimi için hasat edildiği ve artıkların yakıldığı veya ormanda ya da çöplüklerde bırakıldığı geleneksel ormancılık senaryosu olduğunda, kısa karbon geri ödeme/eşdeğerlik süreleri ortaya çıkar. Bu tür artıkların toplanması, "[...] karbonunu (çürüme veya yanma yoluyla) her halükarda atmosfere geri salacak olan (biyomun çürüme oranıyla tanımlanan zaman aralıklarında) [...]" malzeme sağlar. Başka bir deyişle, geri ödeme ve eşitlik süreleri bozunma hızına bağlıdır. Çürüme hızı a.) konuma (çünkü çürüme hızı "[...] kabaca sıcaklık ve yağışla orantılıdır [...]") ve b.) kalıntıların kalınlığına bağlıdır. Kalıntılar ılık ve ıslak bölgelerde daha hızlı çürür ve ince kalıntılar kalın kalıntılardan daha hızlı çürür. Bu nedenle ılık ve ıslak ılıman ormanlardaki ince kalıntılar en hızlı çürümeye sahipken, soğuk ve kuru boreal ormanlardaki kalın kalıntılar en yavaş çürümeye sahiptir. Kalıntılar bunun yerine biyoenerjisiz senaryoda, örneğin fabrikaların dışında veya ormanlarda yol kenarlarında yakılırsa, emisyonlar anında gerçekleşir. Bu durumda parite süreleri sıfıra yaklaşır. ⓘ

Madsen & Bentsen, aynı gerçek Kuzey Avrupa CHP (birleşik ısı ve güç) tesisinde yakılan hem orman artıkları hem de kömürden kaynaklanan emisyonları incelemiş ve karbon parite süresinin 1 yıl olduğunu bulmuştur. Düşük eşitlik süresi temel olarak kalıntıların kullanımından, CHP tesislerinin normal elektrik santrallerine kıyasla genellikle yüksek dönüşüm verimliliğinden (bu durumda %85,9) ve kömür için daha uzun nakliye mesafesinden kaynaklanmaktadır. Yazarlar, biyoenerji emisyon çalışmalarının çoğunda gerçek saha verilerinden ziyade varsayımsal verilerin kullanıldığını ve AB'deki saf elektrik santrallerine kıyasla CHP santrallerinde 16 kat daha fazla biyokütle yakıldığını belirtmektedir. Başka bir deyişle, mevcut durum için en uygun olan bu gibi ısıyla ilgili geri ödeme/parite süreleridir. Cintas ve diğerleri (0 yıl, İsveç), Zetterberg ve Chen (0 yıl, İsveç), Repo ve diğerleri (0 yıl, Finlandiya) ve Zanchi ve diğerleri (0 yıl, Avusturya) dahil olmak üzere diğer araştırmacılar da benzer parite süreleri bulmuştur. Genel olarak, bu tür düşük parite süreleri, ormanın biyoenerji için hiç kullanılmadığı, ancak kereste üretimi için kullanılmaya devam ettiği bir kömür kullanımı alternatif senaryosuna bağlıdır. Kereste üretimi aynı kalır ancak alternatif senaryoda kömürün yerini doğal gaz alırsa, çoğu araştırmacı kalıntı kalınlığına ve konuma bağlı olarak yaklaşık 5-20 yıllık parite süreleri bulmuştur. IRENA, güneş enerjisi, ısı pompaları veya jeotermal yerine CHP tesislerini önermektedir çünkü CHP proses ısısını daha ucuza ve gerekli sıcaklıklarda üretebilmektedir. ⓘ

Holmgren, 40 yıllık bir zaman dilimi boyunca (İsveç 1980-2019) tüm ülkedeki gerçek ormancılık uygulamalarının iklim üzerindeki etkilerini incelemiş ve ulusal peyzaj düzeyinde, bu dönem boyunca hiçbir noktada karbon borcu oluşmadığını tespit etmiştir. Gerçek ormancılık uygulaması iki alternatif orman koruma senaryosuyla karşılaştırılmıştır. Gerçek ormancılık senaryosunda ilk hasadın neden olduğu sayılan emisyonlar bir karbon borcuna yol açmamıştır çünkü 1.) ilk hasatla ilgili karbon emisyonu, ormanın başka bir yerindeki büyümenin neden olduğu karbon emiliminden daha ağır basmıştır (gelecekte de devam etmesi beklenen bir eğilim) ve 2.) çünkü ulusal bir orman koruma politikası, fosil yakıtlarla çalışmaya dönüştürüldüğünde ulusal ahşap bazlı ürünler ve enerji altyapısından kaynaklanan büyük başlangıç emisyonlarına neden olacaktır. Bu dönüşüm "[...] bir defaya mahsus bir dönüşüm olarak tanımlanmaktadır ve hasatsız bir senaryonun uygulanması halinde enerji sistemleri, altyapı, endüstriyel işleme, inşaat sektörü, tüketici ürünleri imalatı ve diğer ekonomik faaliyetlerde fosil bazlı üretime doğru büyük ve gerekli değişiklikleri temsil etmektedir." Elbette, biyoenerji senaryosunun ilk hasatla ilgili emisyon olayı, 1.) başka bir yerdeki orman büyümesi ve 2.) altyapı dönüşüm emisyonları (orman koruma senaryosunda) ile ağır basarsa, hiçbir karbon borcu tahakkuk etmez ve geri ödeme ve parite süreleri sıfıra düşer. Yazar, orman korumanın büyük olasılıkla biyojenik karbon yerine fosil karbon salınımına neden olacağından, orman korumanın pratik etkisinin basitçe karbonun yanma yoluyla yeraltı fosil karbon havuzundan atmosferik karbon havuzuna ve daha sonra fotosentez yoluyla orman karbon havuzuna aktarılması olduğunu savunmaktadır. Ancak, karbon yeraltı fosil rezervuarları yerine ormanlarda depolandığında, daha kararsızdır, yani doğal bozulmalar nedeniyle CO₂'ye dönüşmesi daha kolaydır. Üretilen biyojenik karbonun tonu başına 0,78 ton fosil karbonun yer değiştirdiği muhafazakar bir yer değiştirme faktörü, hem hasat edilen ağaç ürünleri (HWP) hem de enerji için bir arada kullanılmıştır. Yazar, karbon muhasebesini ormanların kendi içindeki karbon akışlarıyla sınırlayan ve fosil yer değiştirme etkilerini dışarıda bırakan çalışmaları eleştirmekte ve bu dar sistem sınırının esasen "[...] küresel iklim için net bir kazanç olmadan başka yerlerdeki fosil emisyonlarının devam etmesi için bir gerekçe" olarak çalıştığını savunmaktadır. İsveç'te enerji için mevcut olan biyokütle esas olarak ısıtma tesislerinde kullanılmaktadır (7,85 Mtep ısıtma için, 0,84 Mtep elektrik için kullanılmaktadır). ⓘ

ABD'de Walker ve arkadaşları, New England'da orman kalıntılarını düzenli, şebeke ölçekli bir elektrik santralinde kömürün yerine kullanırken 10 yıl veya daha kısa parite süreleri bulmuştur. Benzer şekilde, Miner ve arkadaşları ABD'nin doğu bölgelerinde her türlü orman kalıntısının biyoenerji için kullanılabileceğini ve kömür bazlı alternatif senaryoya kıyasla 10 yıl içinde, doğal gaz bazlı alternatif senaryoya kıyasla ise 20 yıl içinde iklim faydası sağlayabileceğini savunmaktadır.

Farklı hammaddelerden elde edilen odun-pelet elektriği için karbon paritesi süreleri (Hanssen vd. 2017).

Hanssen ve arkadaşları, Güneydoğu ABD'de devam eden pelet üretimini içeren bir biyoenerji senaryosunu, hepsi de orman korumadan daha gerçekçi senaryolar olarak görülen üç alternatif fosil yakıt karışımı senaryosuyla karşılaştırmıştır: 1.) Hasat edilen tüm biyokütlenin kağıt, kağıt hamuru veya ahşap panel üretmek için kullanılması, 2.) seyreltme uygulamasından vazgeçilmesi, yani küçük ağaçların kendi hallerine bırakılması, böylece büyüme potansiyellerinin daha fazlasının gerçekleştirilmesi ve 3.) kalıntıların kendi hallerine bırakılması, böylece enerji santrallerinde neredeyse anında yakılmak yerine zaman içinde doğal olarak çürümeleri. Her alternatif senaryo için üç farklı talep seviyesi (düşük, ortalama, yüksek) dahil edilmiştir. Parite süreleri tüm talep senaryolarında 0-21 yıl, ortalama talep senaryolarında ise 0-6 yıl arasında değişmiştir (sağdaki tabloya bakınız). Yazarlar peyzaj düzeyinde karbon muhasebesi kullanmış, rotasyon süresi 25 yıl olmuş ve piyasa etkileri dahil edilmiştir.

Alternatif senaryolara kıyasla çeşitli kalıntı bazlı enerji sistemleri için karbon parite süreleri.

Orman artıkları, tahıl samanı ve biyogaz çamuru için zamana bağlı küresel ısınmayı azaltma potansiyelleri.

Farklı kalınlıklarda çürüyen orman artıklarından kaynaklanan zamana bağlı emisyon seviyeleri: kütükler (30 cm), inceltmeler (10 cm) ve dallar (2 cm). Noktalı çizgiler = Kuzey Finlandiya, düz çizgiler = Güney Finlandiya.

Lamers & Junginger (sub)-boreal orman artıkları (bazı durumlarda kütükler de dahil) üzerine yapılan bir dizi çalışmayı incelemiş ve 0 ila 16 yıl arasında karbon parite süreleri bulmuştur. Biyoenerji senaryosu, kalıntıların doğal yollarla çürümesi için ormanda bırakıldığı ya da yol kenarında yakıldığı alternatif bir referans senaryo ile karşılaştırılmıştır. Kalıntıların yol kenarında yakıldığı ve bunun yerine kömür santralleri tarafından elektrik üretildiği senaryoya kıyasla parite süresi 0 yıldı. Ancak, yol kenarında yakma doğal çürüme ile değiştirildiğinde ve kömür petrol ile değiştirildiğinde parite süreleri 3-24 yıla çıkmıştır. Petrolün yerini doğal gaz aldığında eşitlik süreleri daha da artarak 4-44 yıla çıkmıştır. Tüm biyoenerji senaryolarında arazi düzeyinde karbon muhasebesi kullanılmıştır. ⓘ

Zanchi ve diğerleri, biyoenerji için kolayca ayrıştırılabilen orman artıklarının kullanılmasının iklim açısından en başından itibaren fayda sağlayacağı konusunda hemfikirdir. Ayrıca "[...] marjinal tarım arazileri gibi başlangıçta düşük C [karbon] stokuna sahip arazilerdeki yeni biyoenerji plantasyonlarının, emisyon azaltımı açısından en açık avantajlara sahip olduğunu" yazmaktadırlar. Bunun nedeni, yeni ekilen alanların (artık büyüyen büyük bir ağaç veya diğer bitki stokuna sahip olan), öncekinden çok daha fazla karbon emmesidir. Bu tür alanlar karbon borcu yerine karbon kredisi oluşturur ve bu kredi daha sonra (hasatta) "borçsuz" biyokütle elde etmek için kullanılır. Genel olarak, hasat olayından ziyade ekim olayında başlayan bu gibi "erken" karbon muhasebesi (bkz. yukarıdaki Zamansal sistem sınırları), çok az bitki örtüsüne sahip arazi alanlarındaki yeni biyoenerji plantasyonları için tartışmasız olarak görülmektedir. Öte yandan, halihazırda büyük miktarda bitki örtüsünün bulunduğu alanlar için genellikle "geç" karbon muhasebesi tercih edilmektedir. Bu durumda, karbon muhasebesi hasatla birlikte başlar ve önceden karbon kredisi oluşturulmaz. Bu tür karbon muhasebesi ile hesaplanan sonuçlar, ağaçlar sadece biyoenerji için kesildiğinde ("ek kesimler" olarak adlandırılır) kısa ve orta vadeli olumsuz etkiler olduğunu göstermektedir. Kalıntılar orman tabanında çürümeye bırakılırsa durum daha da kötüleşir. Ormanlar gibi büyük miktarda biyokütle içeren alanların düşük verimli orman plantasyonlarına yer açmak için kesilmesi durumunda da olumsuz etki riski vardır. ⓘ

İlk rotasyon tamamlandıktan sonra "yeni" biyoenerji plantasyonlarından bu tür "ek kesimlerin" değerlendirilmesi, seçilen karbon hesaplama yöntemine bağlıdır. Eğer "erken" karbon muhasebesi devam ederse, ilk rotasyondan sonra da, yani ağaçların yeniden dikildiği andan itibaren bir karbon kredisi oluşacaktır. Eğer araştırmacı o zaman "geç" karbon muhasebesine geçerse, hiçbir karbon kredisi hesaplanmayacak ve ikinci rotasyonun sonunda (hasatta) bunun yerine büyük bir karbon borcu oluşacak, bu da geri ödeme ve parite sürelerinin dramatik bir şekilde artmasına neden olacaktır. ⓘ

Orman artıkları için uzun karbon geri ödeme/eşitlik süreleri

AB'nin Ortak Araştırma Merkezi, AB'nin mevcut elektrik karışımına eşit emisyonlara sahip biyoenerji içermeyen bir senaryo ile karşılaştırıldığında, kalıntı bazlı odun peletleri, tahıl samanı ve bulamaçtan biyogazdan büyük ölçekte elektrik üretimi için zamana bağlı emisyon tahminleri sunmaktadır. Dönüşüm verimlilikleri odun peletleri, saman ve biyogaz için sırasıyla %34, %29 ve %36'dır. Elektrik üretimi için kullanılmasaydı, orman artıkları orman tabanında çürümeye bırakılacak, saman artıkları da tarlalarda bırakılacak ve ham gübre organik gübre olarak kullanılacaktı. Sonuçlar, bu biyokütle türlerinin elektrik üretmek için kullanılması halinde, küresel ısınmayı azaltma etkisinin odun, saman ve biyogaz için sırasıyla yaklaşık 50, 10 ve 5 yıllık kullanımdan sonra başlayacağını göstermektedir. Odun peletleri için uzun parite süresinin ana nedeni, AB'nin elektrik karışımından (güneş, rüzgar ve kömürden daha düşük emisyonlu fosil yakıtlardan elde edilen elektriği içeren) elde edilen elektrikle karşılaştırılmasıdır. Ayrıca, orman kalıntısı kategorisi kütükleri de içermektedir. ⓘ

AB Ortak Araştırma Merkezi ayrıca Finlandiya'da, kömüre dayalı bir alternatif senaryo ile karşılaştırıldığında, kütükler de dahil olmak üzere tüm kalıntı türleri için eşitlik sürelerinin 0 yıl olduğunu bulmuştur. Ancak, doğal gaz bazlı alternatif bir senaryo ile karşılaştırıldığında, kütükler enleme bağlı olarak 30-50 yıllık eşitlik sürelerine ulaşmaktadır (sağdaki grafiğe bakınız.) Buna göre, JRC şöyle yazmaktadır: "Kömürün değiştirilmesi neredeyse anında bir CRF [kümülatif radyatif zorlama] azalması [sıcaklık azalması] sağlar, ancak petrol ve doğal gazın değiştirilmesi, uzun vadeli CRF azalması ile sonuçlanmasına rağmen, ilk 10-25 yıl boyunca CRF'de bir artışa neden olur." ⓘ

JRC ayrıca diğer bazı alternatif senaryolarla karşılaştırıldığında hasat artıkları (dallar, kesimler ve kütükler dahil) için 0 ila 35 yıl arasında değişen parite süreleri bulmuştur. Finlandiya'da, meşcere düzeyinde karbon muhasebesi ile kütükler için parite süreleri petrole kıyasla 22 yıl, doğal gaza kıyasla ise 35 yıl olmuştur. Kanada'da, hasat edilen biyokütle odun peleti yerine etanol üretmek için kullanıldığında ve kömür bazlı alternatif senaryo yerine benzin bazlı alternatif senaryo ile karşılaştırıldığında parite süresi 16 yıldan 74 yıla çıkmıştır. ABD, Oregon'daki yaşlı ormanlardan çıkarılan bütün ağaçlardan etanol üretimi (ağaçlar orman yangınını önlemek için kesildiği için artık olarak kategorize edilmiştir), en kötü durum senaryosu 459 yıl olmak üzere parite süresini önemli ölçüde artırmıştır. Yazarlar, hasat olayından başlayarak meşcere düzeyinde karbon muhasebesi kullanmış, her 25 yılda bir ek, kontrollü bir yanma varsaymış ve bunu orman yangınını önleyici kesimlerin olmadığı ve her 230 yılda bir şiddetli bir orman yangınının olduğu bir senaryo ile karşılaştırmıştır. Söz konusu ağaçlar, olgunlaşması yüzlerce yıl süren ve çok kalın gövdeleri nedeniyle orman yangınlarına dayanabilen devasa batı baldıran ve sahil Douglas köknar ağaçlarıydı. Enerji yoğun etanol üretimi sadece 0,39 gibi düşük bir yer değiştirme faktörüne neden olduğundan, uzun bir parite süresi hesaplanmıştır. Genel olarak, JRC'nin rapor ettiği parite süreleri yer değiştirme faktörü, alternatif senaryo, kalıntı büyüklüğü ve iklim tipinden etkilenmiştir. Yukarıdaki tabloya bakınız. ⓘ

Kök odun için kısa karbon geri ödeme/parite süreleri

Orman plantasyonlarına yer açmak için mevcut bir doğal orman kesilirse, ima edilen karbon değişikliği, kabaca kesilen ağaçlarda bulunan karbon miktarına eşit önemli bir karbon borcu yaratır (fosil bazlı ormancılık faaliyetleri ek, küçük bir borç yaratır.) Ancak, tarımsal veya marjinal arazi gibi "boş" arazilerde, ayakta duran bitki örtüsü olmayan yeni plantasyonlar için, hiçbir karbon çıkarılmaz. Bu durumda, ağaçlar olgunlaştıkça kısa sürede bir karbon kredisi oluşturulur. Bu ağaçlar daha sonra kesildiğinde, ağaçlarda bulunan karbon miktarı biriken karbon kredisinden çıkarılır (dikili ağaçlardaki karbon miktarı değil), dolayısıyla bu durumda herhangi bir karbon borcu oluşmaz. Hasat sırasında karbon borcu oluşmadığından, hem kalıntılar hem de gövde odunu için karbon geri ödeme/parite süreleri sıfır ya da çok düşük olacaktır. ⓘ

Kısa rotasyonlu ormanlar da düşük parite sürelerine sahiptir. Lamers & Junginger, ABD'nin güneyindeki plantasyon ormanlarında biyoenerji için kök odun hasadına ilişkin bir dizi bireysel raporu incelemiştir. Bu ağaçlar 20-25 yıllık bir rotasyon süresine sahiptir (rotasyon süresi, yeni ağaçların hasat edilen ağaçlarla aynı boyuta ulaşması için geçen süredir). Biyoenerji senaryolarında ağaç gövdeleri yalnızca elektrik üretimi için hasat edilmiştir. Biyoenerji senaryoları, ormanın korunduğu ve elektriğin kömür santralleri tarafından üretildiği farklı alternatif senaryolarla karşılaştırıldığında 12 ila 46 yıllık karbon parite sürelerine sahipti. Rotasyon süresi 35 yıla çıktığında ve alternatif senaryolarda kömür fosil yakıt karışımı ile değiştirildiğinde, eşitlik süreleri 35 ila 50 yıla çıkmıştır. Yazarlar ayrıca, British Columbia'daki (Kanada) doğal (yönetilmeyen) boreal ormanların, ağaçlar böcekler tarafından öldürüldüğünde ve daha sonra biyoenerji için hasat edildiğinde, kömür bazlı alternatif bir senaryo ile 0 yıllık bir parite süresine sahip olduğunu bulmuşlardır. Bununla birlikte, diğer üç yavaş büyüyen boreal orman alanındaki canlı ağaçlar biyoenerji için hasat edildiğinde, kömür bazlı alternatif senaryo ile de karşılaştırıldığında, parite süreleri maksimum 105 yıla ulaşmıştır. Bununla birlikte yazarlar "[...] testere kütüğü kalitesindeki gövde odununun sistematik olarak biyoenerji hammaddesi haline gelmesinin pek olası olmadığını" belirtmektedir. ⓘ

Jonker ve arkadaşları, ABD'deki güneydoğu ormanlarından hasat edilen 20-25 yıllık rotasyon sürelerine sahip gövde odunu için hem meşcere düzeyinde, hem artan meşcere düzeyinde hem de peyzaj düzeyinde karbon muhasebesi kullanarak hem karbon geri ödeme hem de karbon parite sürelerini hesaplamıştır. Meşcere düzeyinde karbon muhasebesi ile yazarlar, yüksek, orta ve düşük verim senaryosunda sırasıyla 5, 7 ve 11 yıllık karbon geri ödeme süreleri bulmuşlardır. Artan meşcere seviyesi muhasebesi ile geri ödeme süreleri yüksek, orta ve düşük verim senaryosunda sırasıyla 12, 13 ve 18 yıl olmuştur. Arazi seviyesinin hesaba katılmasıyla, geri ödeme süresi tüm verim senaryoları için 1 yılın altında kalmıştır. Yazarlar ayrıca, ortalama bir kömür bazlı elektrik santralinde ortak yakma için sadece gövdelerden elde edilen odun peletlerinin (artık toplama olmadan) kullanıldığı bir senaryo için parite sürelerini hesaplamıştır. Dönüşüm verimliliği %41 olup, verimli bir tedarik zinciri ile birlikte 0,92 gibi nispeten yüksek bir yer değiştirme faktörüne yol açmaktadır. Alternatif senaryo, gövde odununun kereste üretimi için kullanıldığı biyoenerji içermeyen bir senaryoydu, dolayısıyla bu durumda hiç ortak yakıt kullanılmadı (yalnızca kömürden elektrik elde edildi.) Yazarlar, artan meşcere seviyesi hesaplama ilkesini kullanırken, yüksek, orta ve düşük verim senaryosu için sırasıyla 17, 22 ve 39 yıllık eşitlik süreleri hesapladılar. Peyzaj seviyesi hesaplama ilkesi kullanıldığında, yazarlar yüksek, orta ve düşük verim senaryoları için sırasıyla 12, 27 ve 46 yıllık parite süreleri hesaplamışlardır. Farklı bir alternatif senaryo ise ormandan ne kereste ne de biyoenerji için hiçbir biyokütlenin çıkarılmadığı bir orman koruma senaryosudur. Orman basitçe kendi haline bırakılmış ve bu nedenle oldukça yavaş bir şekilde yeniden büyümüştür. Bu senaryo için peyzaj seviyesi parite süreleri yüksek, orta ve düşük verim senaryosu için sırasıyla 3, 3 ve 30 yıldı (meşcere seviyesi veya artan meşcere seviyesi parite süreleri verilmemiştir). ⓘ

Yazarlar, "karbon dengelerinin sonuçlarının, karbon muhasebesi yöntemi seçiminin karbon geri ödeme ve karbon dengeleme parite noktası hesaplamaları üzerinde önemli bir etkisi olduğunu açıkça gösterdiğini" belirtmektedir. Yazarlar, kısa parite sürelerinin ABD'nin güneydoğusundaki yumuşak ağaç plantasyonlarındaki hızlı büyüme oranlarından (yılda hektar başına 10-12 ton kuru kütle) kaynaklandığını savunmaktadır. Diğer araştırmacılar hesaplamalarını genellikle doğal boreal ormanlarındaki sert ağaçlar için tipik olan yavaş büyüme oranlarına dayandırmışlardır, bu da çok daha yüksek geri ödeme ve parite süreleri üretmektedir. Yazarlar ayrıca yerleşik yumuşak ağaç plantasyonları için arazi kullanım değişikliğinden kaynaklanan karbon borcu olmadığını savunmaktadır. Ayrıca, verimli tedarik zinciri ve odun peletlerinin küçük ölçekli biyoenerji tesislerinden ziyade normal kömür tesislerinde ortak yakma için kullanıldığında elde edilen yüksek dönüşüm verimliliği nedeniyle yer değiştirme faktörü burada diğer bazı çalışmalardan daha yüksektir; diğer çalışmalarda genellikle böyle olduğu varsayılmaktadır. Aslında bu elverişli sistem sınırları, parite süresinin bir veya iki döneme düşmesine neden olmaktadır. Karbon borcu parite noktasından önce küçüktür ve parite noktası geçildikten sonra müteakip karbon kredisi yükselir: "Geçici negatif karbon dengesinin mutlak büyüklüğünün sınırlı olduğu, buna karşın başa baş noktasından sonra pozitif karbon dengesinin kısa sürede kat kat daha büyük seviyelere ulaştığı da açıktır." Yazarlar, biyoenerjisiz ve orman koruma senaryosunun çalışma alanında gerçekçi olmadığını, çünkü buradaki ormanların özel mülkiyete ait olduğunu ve halihazırda büyük bir ahşap işleme endüstrisinin mevcut olduğunu savunmaktadır. Bu durumda (uygulanabilir alternatif senaryolar olmadan) yazarlar, en uygun zamansal ölçütün, peyzaj düzeyinde karbon muhasebesi ilkesine dayalı olarak, tüm verim senaryoları için 1 yılın altındaki karbon geri ödeme süresi olduğunu savunmaktadır. Abt ve diğerleri ayrıca güneydoğu ABD'de ormanların özel mülkiyete ait olması nedeniyle orman koruma senaryolarının gerçekçi olmadığını savunmaktadır.

Çeşitli alternatif fosil bazlı senaryolarla karşılaştırıldığında, yalnızca biyoenerji için hasat edilen kök odun için karbon parite süreleri.

AB'nin Ortak Araştırma Merkezi bir dizi çalışmayı gözden geçirmiş ve hem biyoenerji hem de ahşap ürünler için kök odun hasadı yapılması durumunda, 40 yıllık bir zaman dilimi göz önüne alındığında, hasada devam etmenin iklim için orman korumadan daha iyi sonuç verdiğini bulmuştur. Bunun nedeni, ahşap ürünlerinin biyoenerjiye kıyasla daha büyük yer değiştirme etkisidir. Ahşap ürünler kullanım ömürlerinin sonuna geldiklerinde enerji için kullanılırsa ("basamaklandırma" olarak adlandırılır), yer değiştirme etkisi daha da büyür ve optimum koşullar altında parite süreleri birkaç yüzyıldan sıfıra düşebilir. Bu nedenle JRC, malzeme için ahşabın yer değiştirme etkisini dahil etmeyen çalışmaların yanıltıcı sonuçlara ulaşabileceğini savunmaktadır. Öte yandan, bir orman yalnızca biyoenerji için hasat edilirse, marjinal, tarımsal veya otlak arazilerdeki yeni plantasyonlardan hasat edilmediği sürece, fosil yakıtlara kıyasla daha düşük bir yer değiştirme faktörü ve dolayısıyla hesaplanan CO₂ emisyonlarında "[...] kısa ve orta vadede (on yıllar) [...]" net bir artış anlamına gelen ahşap ürünler için yer değiştirme etkisi meydana gelmez. Bu durumda, önceden ağaç kesimi yapılmadan ekim yapılması buradaki biyokütle miktarını artırdığından, sahadaki karbonda anında net bir artış olur. Yine, karbon borcu olmadığında, geri ödeme ve eşitlik süreleri sıfıra düşer. ⓘ

Kök odun için uzun karbon geri ödeme/eşitlik süreleri

Zanchi ve arkadaşları, Avusturya Alpleri'ndeki ladin gövdelerinin yalnızca biyoenerji için hasat edilmesi durumunda, kömür bazlı alternatif senaryo ile parite sürelerinin 175 yıla ve doğal gaz bazlı alternatif senaryo ile 300 yıla ulaşabileceğini bulmuştur. Bunun ana nedeni, bu ağaçların rotasyon süresinin uzun olmasıdır (90 yıl). Genel olarak boreal ormanlarda ağaçların olgunlaşması 70-120 yıl sürer. Eleştirmenler, kalite gerekliliklerini karşılayan gövdelerin ahşap pelet gibi düşük değerli ürünler yerine biçilmiş ahşap ve çapraz lamine ahşap gibi yüksek değerli ürünler üretmek için kullanıldığını söylemektedir. Bu tür ormanların kesilerek biyoenerji ve masif ahşap ürünleri için yarı yarıya kullanıldığı ve daha sonra kısa rotasyonlu ormanlarla değiştirildiği farklı bir senaryoda, kömür alternatifi senaryosu için parite süreleri 17 ila 114 yıl arasında değişmektedir ve en kısa parite süresi en kısa rotasyon süresine ve en yüksek verime sahip orman tarafından elde edilmektedir (yılda hektar başına 16 ton verimle 10 yıl rotasyon süresi). Parite süreleri, petrol bazlı elektrik alternatifi senaryosuyla karşılaştırıldığında 20 ila 145 yıla, doğal gaz bazlı elektrik alternatifi senaryosuyla karşılaştırıldığında ise 25 ila 197 yıla çıkmaktadır. Ağaçlandırmaya karşı fosil yakıt karışımı senaryosu için 0 yıllık bir eşitlik süresi rapor edilmiştir. ⓘ

Yazarlar bu senaryoların "açıklayıcı örnekler" olduğunu ve "sonuçların yapılan varsayımlardan büyük ölçüde etkilendiğini" belirtmektedir. Yazarlar, kalıntıların toplanmadan orman zemininde bırakıldığını, burada çürüdüklerini ve dolayısıyla emisyon ürettiklerini varsaymışlardır. Bunun yerine bu kalıntılar toplanır ve biyoenerji için kullanılırsa, parite süreleri 100 yıl azalır. Fosil yakıtlar için odun yakıtına kıyasla daha uzun tedarik yollarının ürettiği ekstra emisyonlar hesaplamaya dahil edilmemiştir. Zararlılardan, rüzgârla savrulmalardan ve orman yangınlarından (normalde yönetilmeyen ormanlar yaşlandıkça artması beklenen) kaynaklanan ekstra emisyonlar da hesaplamaya dâhil edilmemiştir. Piyasa etkileri de dahil edilmemiştir. Öte yandan, peyzaj düzeyinde karbon muhasebesi kullanılmış ve biyoenerji ile kömür için varsayılan dönüşüm verimliliği aynı olmuştur. ⓘ

Diğer bilim insanları gibi JRC personeli de karbon hesaplama sonuçlarındaki yüksek değişkenliğe dikkat çekmekte ve bunu farklı metodolojilere bağlamaktadır. İncelenen çalışmalarda JRC, hem orman/biyoenerji sistemi hem de alternatif fosil sistemi için farklı özelliklere ve varsayımlara bağlı olarak, sadece biyoenerji için hasat edilen kök odun için 0 ila 400 yıllık karbon parite süreleri (sağdaki tabloya bakınız) bulmuştur; yer değiştiren fosil yakıtların emisyon yoğunluğu en önemli faktör olarak görülürken, bunu dönüşüm verimliliği ve biyokütle büyüme hızı/rotasyon süresi takip etmiştir. Karbon parite süresi ile ilgili diğer faktörler başlangıç karbon stoğu ve mevcut hasat seviyesidir; hem daha yüksek başlangıç karbon stoğu hem de daha yüksek hasat seviyesi daha uzun parite süreleri anlamına gelmektedir. Biyokütlenin enerji içeriğinin yaklaşık yarısı işleme sırasında kaybolduğundan sıvı biyoyakıtlar yüksek parite sürelerine sahiptir. ⓘ

Statik sayılar olarak ifade edilen iklim etkileri

Bir dizi biyoenerji yolu için statik emisyon tahminleri

Çeşitli biyoyakıt yollarından kaynaklanan net emisyonlar (ısı üretimi). Çizgili çizgiler AB kömürü, hafif fuel oil, en ilgili fosil yakıt alternatifi ve doğal gaz için net emisyonları göstermektedir. Noktalı alanlar, en ilgili fosil yakıt alternatifine kıyasla emisyon tasarruf yüzdelerini göstermektedir (beyaz %70-80, yeşil %80-85, mavi %85-100. ⓘ

Çeşitli biyoyakıt yollarından kaynaklanan net emisyonlar (ulaşım). Çizgili çizgi, en ilgili fosil yakıt alternatifi için net emisyonları göstermektedir. Noktalı alanlar, yine en ilgili fosil yakıt alternatifine kıyasla emisyon tasarruf yüzdelerini göstermektedir (beyaz %50-60, yeşil %60-70, mavi %70-100.

Çeşitli biyoyakıt yollarından kaynaklanan net emisyonlar (elektrik üretimi). Çizgili çizgiler AB kömürü (siyah), en ilgili fosil yakıt alternatifi (yeşil), elektrik karışımı (kırmızı) ve doğal gaz (mavi) için net emisyonları göstermektedir. Noktalı alanlar, en ilgili fosil yakıt alternatifine kıyasla emisyon tasarruf yüzdelerini göstermektedir (beyaz %70-80, yeşil %80-85, mavi %85-100. ⓘ

ABD'den AB'ye ahşap pelet üretimi ve nakliyesinden kaynaklanan sera gazı emisyonları (Hanssen ve ark. 2017). ⓘ

AB'nin Ortak Araştırma Merkezi, literatürde bulunan bir dizi biyoenerji emisyon tahminini incelemiş ve bu çalışmalara dayanarak ısı üretimi, nakliye yakıtı üretimi ve elektrik üretiminde biyoenerji yolları için sera gazı tasarruf yüzdelerini hesaplamıştır (bkz. sağdaki grafikler). Hesaplamalar, atıfsal LCA muhasebe ilkesine dayanmaktadır. Hammadde çıkarımından enerji ve malzeme üretimi ve imalatına, kullanım ömrü sonu arıtma ve nihai bertarafa kadar tüm tedarik zinciri emisyonlarını içerir. Ayrıca tedarik zincirinde kullanılan fosil yakıtların üretimiyle ilgili emisyonları da içerir. Sistem sınırları dışında gerçekleşen emisyon/absorpsiyon etkilerini, örneğin piyasa ile ilgili, biyojeofiziksel (örneğin albedo) ve zamana bağlı etkileri hariç tutar. Pazarla ilgili hesaplamalar hariç tutulduğu için, sonuçlar sadece küçük ölçekli enerji üretimi için geçerli görülmektedir. Ayrıca, biyoenerji yolları tipik küçük ölçekli dönüşüm verimliliklerine sahiptir. Elektrik üretimi için katı biyoyakıtlar çoğu durumda %25, birkaç durumda ise %21-34 verimliliğe sahiptir. Elektrik üretimi için biyogaz %32-38'e sahiptir. Isı yolları %76-85'e sahiptir. Orman artığı kategorisi, özellikle yavaş çürüme oranlarına sahip ormanlarda karbon yoğunluğunu artıran kütük ve kütükleri içerir. ⓘ

Grafiklerde her bir biyoenerji yolu için bulunan emisyon aralığını temsil eden dikey çubuklar vardır (çünkü aynı yol için emisyonlar çalışmadan çalışmaya değişir.) Aralığın üst ucu, örneğin uzun taşıma mesafeleri, düşük dönüşüm verimlilikleri ve fosil yakıtın yer değiştirme etkisinin olmadığı varsayılan çalışmalarda bulunan emisyon seviyelerini temsil eder. Aralığın alt ucu, optimize edilmiş lojistik, daha yüksek dönüşüm verimliliği, proses ısısı ve proses elektriği sağlamak için yenilenebilir enerji kullanımı ve fosil yakıtların ikamesinden kaynaklanan yer değiştirme etkilerini içeren çalışmalarda bulunan emisyon seviyelerini temsil etmektedir. Çubuklar, AB'de mevcut olan çoklu alternatif enerji sistemleriyle ilişkili emisyon seviyeleriyle karşılaştırılabilir. Noktalı, renkli alanlar fosil yakıt alternatiflerine kıyasla yolların emisyon tasarruf yüzdelerini temsil etmektedir. Yazarlar şu sonuca varmaktadır: "Biyo-bazlı ürünlerin çoğu tedarik zincirleri boyunca fosil ürünlerden daha az sera gazı salmaktadır; ancak sera gazı emisyonlarının büyüklüğü lojistik, hammadde türü, arazi ve ekosistem yönetimi, kaynak verimliliği ve teknolojiye göre büyük farklılıklar göstermektedir." ⓘ

Farklı biyoyakıt yolları için çeşitli iklim azaltma potansiyeli nedeniyle, hükümetler ve kuruluşlar biyokütle kullanımının sürdürülebilir olmasını sağlamak için farklı sertifikasyon programları oluşturmuştur, örneğin AB'de RED (Yenilenebilir Enerji Direktifi) ve Uluslararası Standardizasyon Örgütü tarafından ISO standardı 13065. ABD'de RFS (Yenilenebilir Yakıt Standardı) geleneksel biyoyakıtların kullanımını sınırlandırmakta ve kabul edilebilir minimum yaşam döngüsü sera gazı emisyonlarını tanımlamaktadır. Biyoyakıtlar, petrokimyasal eşdeğerine kıyasla %20'ye kadar sera gazı emisyonu azaltımı sağlıyorsa geleneksel, en az %50 tasarruf sağlıyorsa gelişmiş ve %60'tan fazla tasarruf sağlıyorsa selülozik olarak kabul edilir. ⓘ

Odun peletleri için statik emisyon tahminleri

Tablolarla tutarlı olarak, AB'nin Yenilenebilir Enerji Direktifi (RED), ısı üretimi için fosil yakıtların orman kalıntılarından elde edilen ahşap peletlerle değiştirilmesi durumunda tipik sera gazı emisyonu tasarrufunun, nakliye mesafesine bağlı olarak %69 ile %77 arasında değiştiğini belirtmektedir: Mesafe 0 ila 2500 km arasında olduğunda, emisyon tasarrufu %77'dir. Mesafe 2500 ila 10 000 km arasında olduğunda emisyon tasarrufu %75'e, mesafe 10 000 km'nin üzerinde olduğunda ise %69'a düşmektedir. Kök odun kullanıldığında, emisyon tasarrufu taşıma mesafesine bağlı olarak %70 ile %77 arasında değişmektedir. Ağaç endüstrisi kalıntıları kullanıldığında, tasarruf %79 ile %87 arasında değişmektedir. ⓘ

Benzer bir metodolojiye dayanan Hanssen ve diğerleri, ABD'nin güneydoğusunda üretilen ve AB'ye gönderilen odun peletlerine dayalı elektrik üretiminden elde edilen sera gazı emisyonu tasarrufunun, AB'nin fosil yakıt karışımına kıyasla %65 ile %75 arasında değiştiğini bulmuştur. ABD'den ithal edilen ve AB'de elektrik için yakılan odun peletlerinden kaynaklanan ortalama net sera gazı emisyonunun kWh başına yaklaşık 0,2 kg CO₂ eşdeğeri olduğunu, AB'de şu anda elektrik için yakılan fosil yakıt karışımından kaynaklanan ortalama emisyonun ise kWh başına 0,67 kg CO₂-eşdeğeri olduğunu tahmin etmektedirler (sağdaki grafiğe bakınız). Okyanus taşımacılığı emisyonları, üretilen kWh başına yer değiştiren fosil yakıt karışımı emisyonlarının %7'sine tekabül etmektedir. ⓘ

Benzer şekilde, IEA Bioenergy, Kanada odun peletlerinin Avrupa'daki bir kömür tesisinde tamamen kömürün yerini aldığı bir senaryoda, okyanus taşımacılığıyla ilgili emisyonların (Vancouver - Rotterdam mesafesi için) tesisin kömürle ilgili toplam emisyonlarının yaklaşık %2'sine denk geldiğini tahmin etmektedir. Buradaki düşük oran, AB'nin fosil yakıt karışımından değil, alternatif senaryonun belirli bir kömür santrali olmasından kaynaklanmaktadır. Cowie ve diğerleri, gerçek tedarik zincirlerinden yapılan hesaplamaların, örneğin ABD'nin güneydoğusundan Avrupa'ya optimize edilmiş ahşap pelet tedarik zinciri gibi kıtalararası biyokütle taşımacılığından kaynaklanan düşük emisyonlar gösterdiğini savunmaktadır. Lamers & Junginger, AB'nin gelecekteki ahşap pelet ithalatının "[...] büyük olasılıkla Kuzey Amerika, özellikle de Güneydoğu ABD [...] tarafından domine edilmeye devam edeceğini" savunmaktadır. 2015 yılında ithal edilen peletlerin %77'si ABD'den gelmiştir. ⓘ

Kısa rotasyonlu enerji bitkileri için statik emisyon tahminleri

Normal orman meşcereleri on yıllara yayılan rotasyon sürelerine sahipken, kısa rotasyon ormancılık (SRF) meşcereleri 8-20 yıl, kısa rotasyon baltalık (SRC) meşcereleri ise 2-4 yıl rotasyon süresine sahiptir. AB ormanlarının %12'si baltalık ormanlardır. Çok yıllık otların dönüş süresi ılıman bölgelerde bir yıl, tropikal bölgelerde ise 4-12 aydır. Buğday ve mısır gibi gıda ürünleri de bir yıllık rotasyon sürelerine sahiptir. ⓘ

Kısa rotasyonlu enerji bitkileri hasat edilmeden önce sadece kısa bir süre için karbon yetiştirmeyi/biriktirmeyi başardığından, arazi kullanım değişikliğinden kaynaklanan ek büyük bir karbon borcu olmaması (örneğin, bu arazi alanını enerji bitkileri için kullanmak amacıyla doğal bir ormanın kesilmesiyle oluşan) ve söz konusu alanlar için iklimle ilgili daha iyi bir kullanım olmaması koşuluyla, hasatla ilgili karbon borcunu geri ödemek nispeten kolaydır. Schlamadinger & Marland, "[...] kısa rotasyonlu enerji bitkileri, daha önce ormanlık olmayan arazilerde uygulandığında, plantasyon için alan sağlamak üzere ilk ormanın hasat edilmesine kıyasla çok daha erken ve daha büyük C [karbon] azaltım faydaları sağlayacaktır" diye yazmaktadır. AB'nin Ortak Araştırma Merkezi belirtiyor: "Gıda, yem, elyaf gibi diğer sektörlerden hammadde kayması veya doğrudan ya da dolaylı arazi kullanım değişikliği nedeniyle arazi karbon stoklarında değişiklik olmaması durumunda, karbon nötrlüğü varsayımı yıllık ürünler, tarımsal artıklar, kısa rotasyonlu baltalıklar ve kısa rotasyon döngüsüne sahip enerji otları için hala geçerli kabul edilebilir. Bu, hammadde büyüme döngülerinden çok daha uzun zaman ufuklarına sahip analizler için de geçerli olabilir." Diğer araştırmacılar, enerji mahsulü hasadıyla ilişkili küçük karbon borçlarının, genellikle bir yıldan daha kısa olan kısa karbon geri ödeme ve parite süreleri anlamına geldiğini savunuyor. IRENA, kısa rotasyonlu enerji bitkileri ve tarımsal kalıntıların yıllık olarak hasat edildikleri için karbon nötr olduğunu savunmaktadır. IEA, 2050 yılında net sıfır emisyona nasıl ulaşılacağına ilişkin özel raporunda "[...] NZE'deki [Net Sıfır Emisyon senaryosu] enerji sektörü dönüşümü, geleneksel ürünlerden uzaklaşılması ve marjinal arazilerde ve mera alanlarında kısa rotasyonlu gelişmiş biyoenerji ürünü üretimindeki artış göz önüne alındığında, ₂050 yılında AFLOU [Tarım, Ormancılık ve Diğer Arazi Kullanımı] kaynaklı CO2 emisyonlarını yaklaşık 150 Mt CO₂ azaltacaktır" diye yazmaktadır. ⓘ

Bazı ormancılık projeleri için hesaplanan uzun geri ödeme ve parite süreleri enerji bitkileri için bir sorun olarak görülmediğinden (yukarıda belirtilen durumlar hariç), araştırmacılar bunun yerine LCA tabanlı karbon muhasebesi yöntemlerini kullanarak bu ürünler için statik iklim azaltma potansiyellerini hesaplamaktadır. Belirli bir enerji mahsulü bazlı biyoenerji projesi, tüm ömrü boyunca biriken toplam CO₂ eşdeğeri emisyon ve absorpsiyon miktarına göre karbon pozitif, karbon nötr veya karbon negatif olarak kabul edilir: Tarım, işleme, taşıma ve yakma sırasındaki emisyonlar, projenin ömrü boyunca bitkiler tarafından hem toprak üstünde hem de toprak altında emilen (ve depolanan) miktardan yüksekse, proje karbon pozitiftir. Aynı şekilde, toplam emilim toplam emisyonlardan yüksekse, proje karbon negatiftir. Başka bir deyişle, net karbon birikimi net yaşam döngüsü sera gazı emisyonlarını telafi etmekten daha fazla olduğunda karbon negatifliği mümkündür.

Miscanthus × giganteus çok yıllık bir enerji çimidir.

En iklim dostu enerji bitkileri, düşük enerji girdileri ve toprakta depolanan büyük miktarda karbon nedeniyle çok yıllık enerji otları gibi görünmektedir. Araştırmacılar, çok yıllık bir ürün olan miscanthus için ortalama enerji girdi/çıktı oranlarının yıllık ürünlere göre 10 kat daha iyi olduğunu ve sera gazı emisyonlarının fosil yakıtlara göre 20-30 kat daha iyi olduğunu savunmaktadır. Isıtmada kullanılan miscanthus yongaları Birleşik Krallık'ta hektar başına yılda 22,3 ton CO₂ emisyonu tasarrufu sağlarken, ısıtma ve enerji için kullanılan mısır 6,3 tasarruf sağlamıştır. Biyodizel için kolza tohumu 3,2 tasarruf sağlamıştır. Diğer araştırmacılar da benzer sonuçlara ulaşmıştır. ⓘ

Tipik olarak, çok yıllık mahsuller yıllık mahsullerden daha fazla karbon tutmaktadır çünkü kök birikiminin uzun yıllar boyunca bozulmadan devam etmesine izin verilmektedir. Ayrıca, çok yıllık mahsuller, yıllık mahsullerin yetiştirilmesiyle ilişkili yıllık toprak işleme prosedürlerinden (sürme, kazma) kaçınır. Toprak işleme, toprak mikrop popülasyonlarının mevcut karbonu ayrıştırarak CO₂ üretmesine yardımcı olur. Toprak organik karbonunun, özellikle 30 cm'nin (12 inç) altındaki derinliklerde, ekili tarlalara kıyasla switchgrass bitkilerinin altında daha fazla olduğu gözlemlenmiştir. Harris ve arkadaşları tarafından yapılan 138 ayrı çalışmanın meta çalışması, ekilebilir arazilere ekilen çok yıllık miscanthus ve switchgrass otlarının, kısa rotasyonlu baltalık veya kısa rotasyonlu ormancılık plantasyonlarından (kavak ve söğüt) ortalama beş kat daha fazla karbon depoladığını ortaya koymuştur. McCalmont ve arkadaşları, Miscanthus × giganteus'un karbon tutumu ile ilgili bir dizi bireysel Avrupa raporunu karşılaştırmış ve yılda hektar başına 0,42 ila 3,8 ton arasında değişen birikim oranları bulmuş, ortalama birikim oranı 1,84 ton veya yılda toplam hasat edilen karbonun %25'i olmuştur. ⓘ

Temelde, toprak altı karbon birikimi bir sera gazı azaltma aracı olarak çalışır çünkü karbonu toprak üstü karbon dolaşımından (bitkiden atmosfere ve tekrar yeni bitkilere dolaşım) uzaklaştırır: İlk olarak, bir bitki CO₂'yi emer ve hem toprak üstü hem de toprak altı dokusunda karbon olarak özümser. Toprak üstündeki karbon hasat edilip yakıldığında, CO₂ molekülü yeniden oluşur ve atmosfere geri salınır. Ardından, eşdeğer miktarda CO₂ bir sonraki sezonun büyümesi tarafından geri emilir ve döngü tekrar eder.

Karbon negatif (miscanthus) ve karbon pozitif (kavak) üretim yolları. ⓘ

Bu toprak üstü sirkülasyonun karbon nötr olma potansiyeli vardır, ancak elbette işletilmesi ve yönlendirilmesinde insan müdahalesi, genellikle fosil kaynaklardan gelen ek enerji girdisi anlamına gelir. İşletme için harcanan fosil enerji, üretilen enerji miktarına kıyasla yüksekse, toplam CO₂ ayak izi, birkaç birinci nesil biyoyakıt projesinde olduğu gibi, sadece fosil yakıtların yakılmasından kaynaklanan CO₂ ayak izine yaklaşabilir, eşleşebilir veya hatta aşabilir. Taşıma yakıtları bu açıdan katı yakıtlardan daha kötü olabilir. ⓘ

Bu sorun hem toprak altında depolanan karbon miktarının artırılması hem de toprak üstü işletmeye fosil yakıt girdisinin azaltılması perspektifinden ele alınabilir. Eğer toprak altında yeterince karbon depolanırsa, belirli bir biyoyakıtın toplam yaşam döngüsü emisyonlarını telafi edebilir. Benzer şekilde, toprak üstü emisyonlar azalırsa, biyoyakıtın karbon nötr veya negatif olması için daha az toprak altı karbon depolaması gerekir.

Toprak üstü verim (diyagonal çizgiler), toprak organik karbonu (X ekseni) ve toprağın başarılı/başarısız karbon tutma potansiyeli (Y ekseni) arasındaki ilişki. Temel olarak, verim ne kadar yüksek olursa, sera gazı azaltım aracı olarak o kadar fazla arazi kullanılabilir (nispeten karbon zengini araziler dahil).

Whitaker ve arkadaşları, yılda hektar başına 10 ton verimle bir miscanthus mahsulünün hem tarım, hem işleme hem de nakliye ile ilgili emisyonları telafi etmek için yeterli karbon depoladığını savunmaktadır. Sağdaki grafik, megajoule başına gram CO₂ eşdeğeri olarak temsil edilen iki karbon negatif miscanthus üretim yolunu ve iki karbon pozitif kavak üretim yolunu göstermektedir. Çubuklar sıralıdır ve atmosferik CO₂'nin artacağı ve azalacağı tahmin edildikçe yukarı ve aşağı hareket eder. Gri/mavi çubuklar tarım, işleme ve nakliye ile ilgili emisyonları, yeşil çubuklar toprak karbon değişimini, sarı elmaslar ise toplam nihai emisyonları temsil etmektedir. İkinci grafik, farklı miktarlarda mevcut karbona sahip topraklar için uzun vadeli karbon negatifliği elde etmek için gerekli ortalama verimi göstermektedir. Verim ne kadar yüksekse, karbon negatifliği olasılığı da o kadar artmaktadır. Diğer araştırmacılar da Almanya'da hektar başına yılda 15 kuru ton verim ve hektar başına yılda 1,1 ton karbon depolama ile miscanthus için karbon negatifliği konusunda aynı iddiada bulunmaktadır. ⓘ

Başarılı depolama ekim alanlarına bağlıdır, çünkü en iyi topraklar şu anda karbon oranı düşük olan topraklardır. Birleşik Krallık için, İngiltere ve Galler'in çoğunda ekilebilir araziler için başarılı depolama beklenirken, İskoçya'nın bazı bölgelerinde zaten karbon açısından zengin topraklar (mevcut ormanlık alanlar) nedeniyle başarısız depolama beklenmektedir. Ayrıca, İskoçya için, bu daha soğuk iklimde nispeten daha düşük verim, karbon negatifliğinin elde edilmesini zorlaştırmaktadır. Karbon açısından zaten zengin olan topraklar arasında turbalık ve olgun ormanlar bulunmaktadır. Birleşik Krallık'taki en başarılı karbon depolama, iyileştirilmiş otlakların altında gerçekleşmektedir. Ancak, otlakların karbon içeriği önemli ölçüde farklılık gösterdiğinden, otlaklardan çok yıllıklara doğru arazi kullanım değişikliklerinin başarı oranı da değişmektedir. Miscanthus ve switchtgrass gibi çok yıllık enerji bitkilerinin altındaki net karbon depolaması, normal otlak, orman ve ekilebilir bitkilerin altındaki net karbon depolamasını büyük ölçüde aşsa da, karbon girdisi, erken kuruluş aşamasında mevcut toprak karbonu kaybını telafi etmek için çok düşüktür. Ancak zaman içinde, otlaklar için de toprak karbonu artabilir. ⓘ

Araştırmacılar, başlangıçtaki bazı tartışmalardan sonra artık (2018) bilim camiasında "[...] çok yıllık biyoenerji mahsulü yetiştiriciliğinin sera gazı dengesinin genellikle olumlu olacağı [...]" konusunda fikir birliği olduğunu savunmaktadır. ⓘ

Albedo ve evapotranspirasyondan kaynaklanan iklim etkileri

1750-2005 yılları arasında emisyon ve albedo kaynaklı küresel sıcaklık etkisi. ⓘ

Bitkiler dünya yüzeyinin rengini değiştirir ve bu da yüzeyin yansıtıcılığı üzerinde bir etkiye sahiptir ("albedo" etkisi olarak adlandırılır.) Açık renkler ısıyı yansıtma, koyu renkler ise ısıyı emme eğilimindedir. Örneğin, bir alanın rengi topraksı kahverengiden yeşile döndüğünde, daha az ısı emilir. Tersine, karlı bir alan beyazdan yeşile renk değiştirdiğinde, daha fazla ısı emilir. Araştırmalar, ağaçların rengi karın renginden daha koyu olduğu için, ağaçlandırmanın karlı, boreal alanlarda (ağaçlandırmanın neden olduğu karbon emilimi hesaba katıldıktan sonra da) net bir ısınma etkisi olduğunu göstermektedir. Başka bir deyişle, albedo etkisi bu tür alanlarda ağaç kesiminin neden olduğu uzun geri ödeme ve parite sürelerini telafi etmeye yardımcı olur. Orman albedosu küresel olarak hafif bir soğutma etkisine sahiptir. ⓘ

Bitkiler daha fazla evapotranspirasyona ve dolayısıyla yerel nemin artmasına neden olur. Artan nem, gelen güneş enerjisinin daha fazlasının zemini ısıtmak yerine suyu buharlaştırmak için harcanmasına neden olur ve böylece bir soğutma etkisi yaratır. Tropikal ormanlarda, buharlaşma aynı zamanda güneş ışığını yansıtan alçak asılı bulutlar oluşturarak albedo etkisine katkıda bulunabilir. Ormanlar hem yanma yoluyla hem de doğrudan canlı ağaçlardan organik karbon adı verilen küçük parçacıklar salmaktadır. Bu parçacıklar güneş ışığını yansıtır, dolayısıyla kendi başlarına serinletici bir etkiye sahiptir, ancak su buharı parçacıkların etrafında yoğunlaştığı için bulutların oluşmasına da yardımcı olur. Her iki durumda da yansıma bir soğutma etkisi yaratır. ⓘ

ABD'nin orta kesimlerindeki yıllık ekinlerin yerini çok yıllık otlar alsaydı, çoğunlukla evapotranspirasyon etkilerinden ama aynı zamanda albedo'dan kaynaklanan önemli bir küresel soğumaya neden olurdu. Tek başına albedo etkisi, otların fosil yakıt yer değiştirme etkisinden altı kat daha büyüktür. Bu durumda albedo etkisinin nedeni, çok yıllık çimlerin, yıllık mahsullere kıyasla yüzeyi yıl boyunca daha uzun süre yeşil tutmasıydı. ⓘ

Çevresel etki

Yüzey güç üretim yoğunlukları

Biyokütle veya diğer yenilenebilir enerji üretiminin neden olduğu çevresel etki, bir dereceye kadar arazi kullanım gereksinimlerine bağlıdır. Arazi kullanım gereksinimlerini hesaplamak için ilgili yüzey güç üretim yoğunluklarını (örneğin metrekare başına güç üretimi) bilmek önemlidir. Vaclav Smil, modern biyoyakıtlar, rüzgar, hidro ve güneş enerjisi üretimi için ortalama yaşam döngüsü yüzey güç yoğunluklarının sırasıyla 0.3 W/m², 1 W/m², 3 W/m² ve 5 W/m² olduğunu tahmin etmektedir (biyoyakıtlar için ısı, rüzgar, hidro ve güneş enerjisi için elektrik şeklinde güç). Yaşam döngüsü yüzey güç yoğunluğu, tüm destekleyici altyapı, üretim, madencilik/ hasat ve hizmetten çıkarma tarafından kullanılan araziyi içerir. Van Zalk ve arkadaşları biyoyakıt için 0,08 W/m², hidroelektrik için 0,14 W/m², rüzgar için 1,84 W/m² ve güneş için 6,63 W/m² (medyan değerler, yenilenebilir kaynakların hiçbiri 10 W/m²'yi aşmamaktadır) tahmin etmektedir. Fosil gaz 482 W/m² ile en yüksek yüzey yoğunluğuna sahipken, 240 W/m² ile nükleer enerji tek yüksek yoğunluklu ve düşük karbonlu enerji kaynağıdır. Buzsuz arazilerde ortalama insan gücü tüketimi 0,125 W/m² (ısı ve elektrik bir arada) olmakla birlikte, kentsel ve endüstriyel alanlarda bu değer 20 W/m²'ye kadar çıkmaktadır. ⓘ

Bazı biyoyakıtlar için düşük güç yoğunluğunun nedeni, düşük verim ve bitkinin sadece kısmi kullanımının bir kombinasyonudur (örneğin, etanol tipik olarak şeker kamışının şeker içeriğinden veya mısırın nişasta içeriğinden yapılırken, biyodizel genellikle kolza tohumu veya soya fasulyesindeki yağ içeriğinden yapılır).

ABD'deki buğday tarlaları.

Etanol üretimi için kullanıldığında, hektar başına yılda 15 ton verimle miscanthus plantasyonları 0,40 W/m² üretir. Mısır tarlaları 0,26 W/m² üretir (verim 10 t/ha). Brezilya'da şeker kamışı tarlaları tipik olarak 0,41 W/m² üretir. Kışlık buğday (ABD) 0,08 W/m² ve Alman buğdayı 0,30 W/m² üretmektedir. Jet yakıtı için yetiştirildiğinde soya fasulyesi 0,06 W/m², palmiye yağı ise 0,65 W/m² üretir. Marjinal arazide yetiştirilen jathropa 0,20 W/m² üretir. Biyodizel için yetiştirildiğinde, kolza tohumu 0,12 W/m² (AB ortalaması) üretir. Sıvı biyoyakıt üretimi, katı biyoyakıt üretimine kıyasla büyük enerji girdileri gerektirir. Bu girdiler telafi edildiğinde (yani kullanılan enerji üretilen enerjiden çıkarıldığında), güç yoğunluğu daha da düşer: Hollanda'daki kolza tohumu bazlı biyodizel üretimi 0,08 W/m²'lik düzeltilmiş güç yoğunluğu ile AB'deki en yüksek enerji verimliliğine sahipken, İspanya'da üretilen şeker pancarı bazlı biyoetanol sadece 0,02 W/m² ile en düşük enerji verimliliğine sahiptir.

Hindistan'da okaliptüs plantasyonu.

Katı biyokütlenin enerji amaçlı kullanımı, tüm bitki kullanılabildiği için sıvı kullanımından daha verimlidir. Örneğin, yanma için katı biyokütle üreten mısır tarlaları, verim aynı olduğunda etanol için üretim yapan mısır tarlalarına kıyasla metrekare başına iki kattan fazla güç üretir: 10 t/ha, enerji girdisini telafi etmeden sırasıyla 0,60 W/m² ve 0,26 W/m² üretir. Ilıman bölgelerde çam, akasya, kavak ve söğütten oluşan büyük ölçekli plantasyonların yılda hektar başına 5-15 kuru ton verim elde ettiği tahmin edilmektedir, bu da 0,30-0,90 W/m²'lik bir yüzey enerji üretim yoğunluğu anlamına gelmektedir. Tropikal ve subtropikal bölgelerde okaliptüs, akasya, leucaena, pinus ve dalbergia gibi benzer büyüklükteki plantasyonlarda verim tipik olarak 20-25 t/ha'dır, bu da 1,20-1,50 W/m²'lik bir yüzey güç üretim yoğunluğu anlamına gelir. Bu verim, bu plantasyonların güç yoğunluklarını rüzgar ve hidroelektrik yoğunlukları arasına yerleştirmektedir. Brezilya'da okaliptüs için ortalama verim 21 t/ha iken Afrika, Hindistan ve Güneydoğu Asya'da tipik okaliptüs verimi 10 t/ha'ın altındadır. ⓘ

Odun, miscanthus ve napier otu da dahil olmak üzere genel olarak fırınlanmış kuru biyokütle yaklaşık 18 GJ/t kalorifik içeriğe sahiptir. Metrekare başına enerji üretimi hesaplanırken, her t/ha kuru biyokütle verimi bir plantasyonun enerji üretimini 0,06 W/m² artırmaktadır. Yukarıda belirtildiği gibi, rüzgar, hidro ve güneş enerjisi üretimi için dünya ortalaması sırasıyla 1 W/m², 3 W/m² ve 5 W/m²'dir. Bu yüzey güç yoğunluklarını eşleştirmek için, plantasyon verimlerinin rüzgar, hidro ve güneş için sırasıyla 17 t/ha, 50 t/ha ve 83 t/ha'ya ulaşması gerekir. Bu, yukarıda bahsedilen tropikal plantasyonlar (20-25 t/ha verim) ve fil otları, örneğin miscanthus (10-40 t/ha) ve napier (15-80 t/ha) için ulaşılabilir görünmektedir, ancak orman ve diğer birçok biyokütle ürünü için olası değildir. Biyoyakıtlar için dünya ortalamasını (0,3 W/m²) yakalamak için plantasyonların hektar başına yılda 5 ton kuru kütle üretmesi gerekir. Bunun yerine Van Zalk'ın hidro, rüzgar ve güneş enerjisi tahminleri kullanıldığında (sırasıyla 0,14, 1,84 ve 6,63 W/m²), ekim alanlarının rekabet edebilmesi için 2 t/ha, 31 t/ha ve 111 t/ha verime ulaşması gerekmektedir. Ancak bu verimlerin sadece ilk ikisi ulaşılabilir görünmektedir. ⓘ

Eski yakma tesisleri söz konusu olduğunda, biyokütledeki nem miktarını telafi etmek için verimin ayarlanması gerektiğini unutmayın (tutuşma noktasına ulaşmak için nemin buharlaştırılması, ortaya çıkan buhar enerji için kullanılamadığı sürece boşa harcanan enerjidir). Biyokütle saman veya balyalarının nemi, çevredeki havanın nemine ve nihai ön kurutma önlemlerine göre değişirken, peletler %10'un altında (ahşap peletler) ve %15'in altında (diğer peletler) standartlaştırılmış (ISO tanımlı) nem içeriğine sahiptir. Benzer şekilde, rüzgar, hidro ve güneş enerjisi için, enerji hattı iletim kayıpları küresel olarak yaklaşık %8'dir ve hesaba katılmalıdır. Biyokütle ısı üretimi yerine elektrik üretimi için kullanılacaksa, mevcut ısıdan elektriğe dönüşüm verimliliği sadece %30-40 olduğundan, rüzgar, hidro ve güneş ile rekabet edebilmek için verimin kabaca üç katına çıkarılması gerekir. Maliyete bakılmaksızın biyoyakıt, rüzgar, hidro ve güneş enerjisinin yüzey enerji üretim yoğunlukları karşılaştırıldığında, bu durum hem hidro hem de güneş enerjisini, güç yoğunluğu açısından en yüksek verimli plantasyonların bile erişemeyeceği bir yere itmektedir. ⓘ

Biyoçeşitlilik

Gasparatos ve diğerleri, her türlü yenilenebilir enerji üretiminin yan etkileri hakkındaki mevcut araştırmaları gözden geçirmekte ve genel olarak "[...] sahaya/yerele özgü koruma hedefleri ile ulusal enerji politikası/iklim değişikliğini azaltma öncelikleri [...]" arasında bir çatışma olduğunu savunmaktadır. Yazarlar, örneğin biyoçeşitliliğin "[...] Yeşil Ekonominin sera gazı emisyonlarını azaltmak kadar meşru bir hedefi" olarak görülmesi gerektiğini savunmaktadır. Palmiye yağı ve şeker kamışı, biyoçeşitliliğin azalmasıyla ilişkilendirilen ürünlere örnektir. Diğer sorunlar ise gübre/pestisit kullanımından kaynaklanan toprak ve su kirliliği ile özellikle kalıntıların açık alanda yakılmasından kaynaklanan ortam havasını kirletici emisyonlardır. ⓘ

AB'de ek biyoenerji yollarının neden olduğu kazan-kazan (yeşil), değiş-tokuş (turuncu) ve kaybet-kaybet (kırmızı) senaryoları için sınıflandırma şeması.

AB'de 3 alternatif biyoenerji yolu için kısa vadeli iklim ve biyoçeşitlilik etkileri (orman artıkları, ağaçlandırma ve orman plantasyonuna dönüşüm.) Kısa vade burada 0-20 yıl, orta vade 30-50 yıl ve uzun vade 50 yıldan fazla bir süre olarak tanımlanmaktadır.

Yazarlar, çevresel etkinin boyutunun "[...] farklı biyokütle enerji seçenekleri arasında önemli ölçüde farklılık gösterdiğini" belirtmektedir. Etkinin azaltılması için "[...] çevre dostu biyoenerji üretim uygulamalarının benimsenmesini, örneğin monokültür plantasyonların genişletilmesinin sınırlandırılmasını, yaban hayatı dostu üretim uygulamalarının benimsenmesini, kirlilik kontrol mekanizmalarının kurulmasını ve sürekli peyzaj izlemesinin yapılmasını" tavsiye etmektedirler. Ayrıca "[...] çok işlevli biyoenerji peyzajları" tavsiye edilmektedir. Diğer önlemler arasında "[...] farklı hammaddeler radikal biçimde farklı çevresel ödünleşimlere sahip olabileceğinden, dikkatli hammadde seçimi yer almaktadır. Örneğin, ABD'de yapılan çalışmalar, gübrelenmemiş arazilerde yetiştirilen 2. nesil hammaddelerin, tarımsal kimyasalların yoğun olarak kullanıldığı mısır ve soya gibi tek kültürlü yıllık ürünlere kıyasla biyoçeşitliliğe fayda sağlayabileceğini göstermiştir." Miscanthus ve switchgrass bu tür ürünlere örnektir. ⓘ

Biyoçeşitlilik AB tarafından önemli bir politika hedefi olarak tanımlandığından, AB'nin Ortak Araştırma Merkezi artan biyoenerji kullanımının Avrupa ormanlarındaki biyoçeşitliliği olumsuz etkilememesini sağlamanın yollarını incelemiştir. Sadece mevcut ormancılık uygulamalarına kıyasla ek biyoenerji kaynakları sağlayan biyoenerji yolları, yani 1.) tomruk artıklarının artan kullanımı, 2.) kullanılmayan arazi alanlarının ağaçlandırılması ve 3.) doğal ormanların daha verimli orman plantasyonlarına dönüştürülmesi dikkate alınmıştır. Yazarlar sonuçları, iklim ve biyolojik çeşitliliğin azaltılması potansiyellerine bağlı olarak dört kategoriye ayırmıştır: 1.) Kazan-kazan senaryoları (sağdaki grafikte yeşil çeyrek) hem iklim hem de biyoçeşitlilik için olumlu sonuçlara sahiptir, 2.) kazan-kaybet senaryoları (sarı çeyrek) iklim için olumlu ancak biyoçeşitlilik için olumsuz sonuçlara sahip değiş tokuş senaryolarıdır, 3.) kaybet-kazan senaryoları (sarı çeyrek) iklim için olumsuz ancak biyoçeşitlilik için olumlu sonuçlara sahip değiş tokuş senaryolarıdır ve 4.) kaybet-kaybet senaryoları (kırmızı çeyrek) hem iklim hem de biyoçeşitlilik için olumsuz sonuçlara sahiptir (bkz. sağdaki grafik). ⓘ

Uzun vadede, artan biyoenerjinin biyoçeşitlilik üzerinde olumlu bir etkisi olabilir çünkü "[...] iklim değişikliği başlı başına biyoçeşitlilik kaybının önemli bir itici gücüdür." Ancak bunu ölçmek zordur, bu nedenle yazarlar muhafazakar bir önlem olarak sadece kısa vadede biyoçeşitlilik için olumlu sonuçları olan biyoenerji yollarını tavsiye etmeyi seçmişlerdir. Aynı şey iklim etkileri için de geçerlidir; sadece kısa vadede olumlu sonuçları olan biyoenerji yolları tavsiye edilmiştir (kısa vade 0-20 yıl, orta vade 30-50 yıl ve uzun vade 50 yıldan fazla bir süre olarak tanımlanmıştır). Tüm biyoenerji senaryoları için alternatif senaryo bir fosil yakıt karışımıydı ("fosil kaynaklar"), yani sadece kömür değil. Piyasa etkileri dikkate alınmamıştır, bu nedenle sonuçlar sadece küçük ölçekli biyoenerji dağıtımı için geçerli görülmektedir. ⓘ

Kazan-kazan senaryoları, baltalık ormanlardan elde edilen bütün ağaçların kullanımının artırılmasını, yavaş çürüme oranına sahip boreal ormanlardan elde edilen ince orman artıklarının kullanımının artırılmasını ve daha hızlı çürüme oranına sahip ılıman ormanlardan elde edilen her türlü artığın kullanımının artırılmasını içermektedir. Kazan-kazan senaryoları, eski tarım arazilerinin karışık veya doğal olarak yenilenen ormanlarla ağaçlandırılmasını da içerir. Kazan-kaybet senaryoları (iklim için iyi, biyoçeşitlilik için kötü), hiçbir zaman orman olmayan eski, biyoçeşitlilik açısından zengin otlak ekosistemlerinin ağaçlandırılmasını ve eski tarım arazilerinin monokültür plantasyonlarla ağaçlandırılmasını içerir. Kaybet-kazan senaryoları (iklim için kötü, biyoçeşitlilik için iyi) eski tarım arazilerinde doğal orman genişlemesini içerir. Kaybet-kaybet senaryoları arasında, yavaş çürüme oranlarına sahip bazı boreal ormanlardan elde edilen kütükler gibi kalın orman artıklarının artan kullanımı ve doğal ormanların orman plantasyonlarına dönüştürülmesi yer almaktadır. Ödünleşme senaryolarındaki (sarı çeyrekler) bazı olumsuz sonuçlar, RED II sürdürülebilirlik kriterlerinin uygulanmasıyla, örneğin biyokütle hasadına izin verilmeyen alanlar gibi, en aza indirilebilir. Bununla birlikte, Avrupa ormanları yaşlandıkça, yazarlar "orman yaşı dinamikleri" nedeniyle ve orman yangınları, zararlı böcekler ve rüzgar fırtınalarının neden olduğu emisyonlardan kaçınmak için hasat seviyesinde ılımlı bir artış beklemektedir. Genel olarak, bilim insanları durumu gördükleri gibi tanımlayabilir ve politika seçenekleri sunabilirler, ancak nihayetinde ödünleşim senaryolarında iklim ve biyolojik çeşitliliğin azaltılması arasında önceliklendirme yapmak politikacılara kalmalıdır, çünkü bu önceliklendirme bilime değil etik değer seçimlerine dayanmaktadır. ⓘ

Kirlilik

Ocaklarda ve açık ateşlerde geleneksel odun kullanımı, ciddi sağlık ve çevresel sonuçlara yol açabilecek kirleticiler üretmektedir. Ancak modern biyoenerjiye geçiş, geçim kaynaklarının iyileştirilmesine katkıda bulunur ve arazi bozulmasını ve ekosistem hizmetleri üzerindeki etkileri azaltabilir. IPCC'ye göre, modern biyoenerjinin hava kalitesi üzerinde "büyük olumlu etkileri" olduğuna dair güçlü kanıtlar bulunmaktadır. Aynı şekilde IEA, geleneksel biyoenerjinin verimsiz olduğunu ve bu enerji kaynağının aşamalı olarak kullanımdan kaldırılmasının hem sağlık açısından hem de ekonomik açıdan büyük faydalar sağlayacağını savunmaktadır. Endüstriyel tesislerde yakıldığında, odunsu biyokütleden kaynaklanan kirleticilerin çoğu, açıkta yakmaya kıyasla %97-99 oranında azalmaktadır. Güney Asya'da periyodik olarak geniş alanları kaplayan devasa kahverengi pus üzerine yapılan bir çalışmada, bunun üçte ikisinin esas olarak evlerde pişirme ve tarımsal yakma, üçte birinin ise fosil yakıt yakma sonucu oluştuğu tespit edilmiştir. ⓘ

Yerel protestolar

Biyoenerjinin küresel ölçekte sera gazı emisyonlarını azaltacağı genel kabul görürken, çevre aktivistleri artan biyokütle talebinin biyokütlenin üretildiği yerlerde önemli sosyal ve çevresel baskı yaratabileceğini savunmaktadır. Bu etki öncelikle biyokütlenin düşük yüzey güç yoğunluğu ile ilgilidir. Düşük yüzey gücü yoğunluğu, örneğin fosil yakıtlara kıyasla aynı miktarda enerji üretmek için çok daha büyük arazi alanlarına ihtiyaç duyulmasına neden olmaktadır. ⓘ

Almanya'daki enerji santrallerinde kömürün yerine 30 milyon hektardan fazla çalılık alanın işgal edildiği Namibya'da hasat edilen çalı biyokütlesinin kullanılmasına yönelik fizibilite değerlendirmeleri çevre örgütlerinin protestolarına neden olmuştur. Örgütler, ağaçların ve çalıların karbon depoladığını ve bunları yakmanın kömür yakmaktan daha fazla CO₂ açığa çıkardığını savunuyor. Namibyalı araştırmacılar, çalılıkların işgal edilmesinin çiftçiler için daha düşük gelir, daha düşük biyolojik çeşitlilik, daha düşük yeraltı suyu seviyesi ve vahşi yaşamın yer değiştirmesine neden olduğunu savunuyor. Biyokütlenin uzun mesafeli nakliyesi savurgan ve sürdürülemez olarak eleştirilmiş ve İsveç ve Kanada'da orman biyokütlesi ihracatına karşı protestolar düzenlenmiştir. ⓘ

Mississippi'de İngiltere'deki enerji santralleri için odun peleti üreten bir şirket, birkaç yıl boyunca uçucu organik bileşik kirliliğini aştığı için 2,5 milyon dolar para cezasına çarptırılmıştır. Bazı durumlarda, geniş doğal orman alanları yasadışı olarak kesilmiş (örneğin Romanya ve Sibirya'da) ve kalan ormanlar yasadışı faaliyetleri örtbas etmek için ateşe verilmiştir. ⓘ

Orman biyokütlesi tartışması

Kömüre kıyasla orman biyokütlesinden kaynaklanan baca emisyonları

Üretilen enerji birimi başına baca emisyonları yakıttaki nem içeriğine, yakıtlar arasındaki kimyasal farklılıklara ve dönüşüm verimliliğine bağlıdır. Odun peletlerindeki nem içeriği, ISO standardı 17225-2:2014'te tanımlandığı gibi genellikle %10'un altındadır. Antrasit kömür tipi tipik olarak %15'in altında nem içerirken, bitümlü %2-15, alt bitümlü %10-45 ve linyit %30-60 nem içerir. Avrupa'da en yaygın kömür türü linyittir. ⓘ

Rusya'daki kömür limanı. ⓘ

Aynı ısı-elektrik dönüşüm verimliliğine sahip yakma tesislerinde yakıldığında, fırın kurusu odun, fırın kurusu kömüre kıyasla üretilen ısı birimi başına biraz daha az CO₂ yayar. Ancak, sadece biyokütle yakan birçok tesis, tipik olarak çok daha büyük olan kömür tesislerine kıyasla nispeten küçük ve verimsizdir. Ayrıca, ham biyokütle (örneğin odun yongaları) kömürden daha yüksek nem içeriğine sahip olabilir (özellikle kömür kurutulmuşsa). Bu durumda, daha kuru olan kömüre kıyasla odunun doğal enerjisinin daha fazlasının yalnızca nemi buharlaştırmak için harcanması gerekir, bu da üretilen birim ısı başına salınan CO₂ miktarının daha yüksek olacağı anlamına gelir. ⓘ

Bu nedenle bazı araştırmacılar (örneğin Chatham House araştırma grubu) "[...] odunsu biyokütlenin enerji için kullanılmasının kömürden daha yüksek düzeyde emisyona yol açacağını [...]" savunmaktadır. Benzer şekilde, Manomet Koruma Bilimleri Merkezi, kömür için %32 ve biyokütle için %20-25 dönüşüm verimliliği ile daha küçük ölçekli kamu hizmetleri için kömür emisyonlarının odun yongalarından kaynaklanan emisyonlardan %31 daha az olduğunu savunmaktadır. Odun yongaları için varsayılan nem içeriği %45'tir. Kömür için varsayılan nem içeriği verilmemiştir. ⓘ

Hektor ve arkadaşları, nem sorununun modern yakma tesisleri tarafından etkili bir şekilde azaltıldığını savunmaktadır. Cowie ve diğerleri, büyük enerji santrallerinde biyokütle kömürle birlikte yakıldığında biyokütle ve kömür için baca emisyonlarının aynı olduğunu ve torreflenmiş biyokütlenin düşük dereceli kömürlerden daha yüksek bir dönüşüm verimliliğine sahip olduğunu savunmaktadır. Birleşik Krallık'taki Drax'ta (dünyanın en büyük biyokütle enerji santrali) yakılan odun peletleri %7 neme sahiptir ve yakıldığında santral Birleşik Krallık'taki kömür santrallerinin ortalamasından daha yüksek bir dönüşüm verimliliğine sahiptir (%38,6'ya karşı %35,9). Baca emisyonları 2015 yılında kömür için Birleşik Krallık ortalamasından %2 daha yüksekti. Odun peleti tedarik zincirinden kaynaklanan emisyonlar dahil edildiğinde (peletler Birleşik Krallık'a ABD'den gönderilmektedir), Drax emisyonların kömüre kıyasla %80'in üzerinde azaldığını iddia etmektedir.

Almanya'daki ahşap pelet değirmeni.

Biyoenerji danışmanlık grubu FutureMetrics, %6 nem içeriğine sahip odun peletlerinin, her iki yakıt da aynı dönüşüm verimliliğine (burada %37) sahip tesislerde yakıldığında, %15 nem içeriğine sahip alt bitümlü kömüre kıyasla aynı miktarda üretilen ısı için %22 daha az CO2 yaydığını savunmaktadır. Benzer şekilde, "[...] %20'nin altındaki MC'lerde [nem içeriği] kurutulmuş odun, MMBTU [milyon İngiliz termal birimi] başına çoğu kömürle aynı veya daha az CO2 emisyonuna sahiptir. MC'nin %10'unun altındaki ahşap peletler, aksi takdirde eşit koşullar altında herhangi bir kömürden daha az CO2 emisyonuna neden olur." Ancak, bunun yerine ham odun yongaları kullanıldığında (%45 nem içeriği), bu odun biyokütlesi aynı miktarda üretilen ısı için genel olarak kömürden %9 daha fazla CO2 yaymaktadır. ⓘ

Mevcut küçük ölçekli biyokütle yakma tesisleri dikkate alındığında, IEA Biyoenerji orman biyokütlesinin kömürden ortalama %10 daha fazla CO2 ürettiğini, IPCC ise %16 daha fazla CO2 ürettiğini tahmin etmektedir. Ancak her iki araştırma grubu da brüt emisyonlara odaklanmanın asıl noktayı kaçırdığını, önemli olanın emisyonlar ve emilimin birlikte ele alındığında ortaya çıkan net iklim etkisi olduğunu savunmaktadır. IEA Biyoenerji, biyokütleden kaynaklanan ek CO2'nin "[...] biyokütle sürdürülebilir şekilde yönetilen ormanlardan elde ediliyorsa önemsiz olduğu" sonucuna varmaktadır. ⓘ

Sürdürülebilir ormancılık ve orman koruma

CO₂ azaltımı bağlamında, orman sürdürülebilirliğine ilişkin temel ölçü orman karbon stokunun büyüklüğüdür: "Üretim ormanlarındaki tüm sürdürülebilir yönetim programlarının temel amacı, hasat ve yeniden büyüme arasında uzun vadeli bir denge sağlamaktır. [Hasat ve yeniden büyüme arasında bir denge sağlamanın pratik etkisi, yönetilen ormanlarda uzun vadeli karbon stoklarını sabit tutmaktır." IPCC sürdürülebilir ormancılığı ekolojik, ekonomik ve sosyal kriterleri de içerecek şekilde benzer bir şekilde tanımlamaktadır. ⓘ

FAO'ya göre, 1990-2020 yılları arasında küresel olarak orman karbon stoku %0,9 ve ağaç örtüsü %4,2 azalmıştır. IPCC, küresel ormanın küçülüp küçülmediği konusunda anlaşmazlık olduğunu belirtmekte ve 1982 ile 2016 yılları arasında ağaç örtüsünün %7,1 arttığını gösteren araştırmalardan alıntı yapmaktadır. IPCC şöyle yazıyor: "Toprak üstü biyokütle karbon stoklarının tropik bölgelerde azaldığı tahmin edilirken, ılıman ve boreal ormanlardaki artan stoklar nedeniyle küresel olarak artmaktadır [...]." ⓘ

Bazı araştırmacılar "sadece" sürdürülebilir şekilde yönetilen ormanlardan daha fazlasını istiyor gibi görünüyor; ormanların tam karbon depolama potansiyelini gerçekleştirmek istiyorlar. Örneğin EASAC şöyle yazıyor: "Mevcut politikanın karbon depolama için orman stoklarını artırmak yerine ormanların enerji üretiminde kullanılmasına aşırı vurgu yapması gerçek bir tehlikedir." Ayrıca, "[...] en yüksek karbon stoklarını sergileyenlerin daha yaşlı, daha uzun rotasyonlu ormanlar ve korunan yaşlı ormanlar olduğunu" savunmaktadırlar. Chatham House, yaşlı ağaçların çok yüksek bir karbon emilim oranına sahip olduğunu ve yaşlı ağaçların kesilmesinin gelecekteki karbon emilimi için bu büyük potansiyelin kaybedilmesi anlamına geldiğini savunmaktadır. Buna ek olarak, hasat işlemleri nedeniyle toprakta da karbon kaybı olduğunu savunuyorlar. ⓘ

Avrupa'da, birincil/yaşlı ormanların %89'u da dahil olmak üzere tüm ormanların %25'i koruma altındadır. Yenilenebilir Enerji Direktifi'nin 2021 yılında yürürlüğe giren yeni versiyonu (RED II), sürdürülebilirlik kriterlerini sıvı biyoyakıt üretiminden, orman biyokütlesinden üretilmesi daha muhtemel olan katı (ve gaz biyoyakıtları) da içerecek şekilde genişletmiştir. ⓘ

Fransa'daki yaşlı ladin ormanı.

Stephenson ve arkadaşları, yaşlı ağaçların genç ağaçlardan daha fazla CO₂ emdiği konusunda hemfikirdir, çünkü tam yetişkin ağaçlarda yaprak alanı daha geniştir. Ancak, yaşlı orman (bir bütün olarak) sonunda CO₂ emilimini durduracaktır çünkü ölü ağaçlardan kaynaklanan CO₂ emisyonları, kalan canlı ağaçların CO₂ emilimini iptal eder. Yaşlı orman (veya orman meşcereleri) CO₂ üreten doğal bozulmalara karşı da savunmasızdır. IPCC şöyle yazmaktadır: "Bitki örtüsü olgunlaştığında veya bitki örtüsü ve toprak karbon rezervuarları doygunluğa ulaştığında, CO₂'nin atmosferden yıllık olarak uzaklaştırılması sıfıra doğru düşerken, karbon stokları korunabilir (yüksek güven). Ancak, bitki örtüsü ve toprakta biriken karbon, sel, kuraklık, yangın veya haşere salgınları gibi rahatsızlıkların veya gelecekteki kötü yönetimin tetikleyeceği gelecekteki kayıp (veya yutağın tersine dönmesi) riski altındadır (yüksek güven)." Özetle IPCC, "[...] yaşlı ormanlara sahip peyzajların daha fazla karbon biriktirdiğini ancak yutak güçlerinin azaldığını, genç ormanlara sahip peyzajların ise daha az karbon içerdiğini ancak CO₂'yi atmosferden çok daha yüksek bir oranda uzaklaştırdığını [...]" yazmaktadır. ⓘ

AB Ortak Araştırma Merkezi, hasat ve yeniden dikimin toprak karbonu üzerindeki ölçülen etkilerinin "[...] kısa vadede hafif olduğunu, karbon azalmalarının orman tabanında ve toprak yüzeyine yakın bölgelerde yoğunlaştığını ve karbon artışlarının derin mineral toprak katmanlarında meydana geldiğini" yazmaktadır. JRC ayrıca "organik materyal içeren yüzey toprak katmanları (O horizonu) sahada bırakılırsa, besinler yönetilirse ve sahanın yeniden oluşmasına izin verilirse, biyokütle üretimi için ağaç hasadının toprak karbon stokları üzerinde çok az uzun vadeli etkisi olduğunu [...]" savunmaktadır. IPCC, mevcut bilimsel temelin toprak karbon emisyon faktörleri sağlamak için yeterli olmadığını belirtmektedir. ⓘ

Hawaii'deki plantasyon ormanı. ⓘ

IPCC, yönetilmeyen ormanların yönetilen ormanlara dönüştürülmesinden kaynaklanan net iklim etkisinin koşullara bağlı olarak pozitif veya negatif olabileceğini savunmaktadır. Karbon stoku azalır, ancak yönetilen ormanlar yönetilmeyen ormanlardan daha hızlı büyüdüğü için daha fazla karbon emilir. Hasat edilen biyokütle verimli bir şekilde kullanılırsa olumlu iklim etkileri ortaya çıkar. Orman karbon stoğunun maksimize edilmesi ve daha fazla karbon emilmemesinin faydaları ile bu karbon stoğunun bir kısmının "serbest bırakılması" ve bunun yerine yenilenebilir bir fosil yakıt ikame aracı olarak, örneğin karbonsuzlaştırılması zor veya pahalı sektörlerde kullanılmasının faydaları arasında bir denge vardır. İşe koyulduğunda, bu karbon orman karbon havuzundan orman ürünlerine ve enerji taşıyıcılarına, ardından yanma yoluyla atmosfere ve daha sonra fotosentez yoluyla ormana geri döner. Her gidiş gelişte, normalde ısı üretiminde, sanayi üretiminde ve elektrik üretiminde kullanılan fosil yakıt karbonunun daha fazla yerini alır. Bazı gidiş gelişlerden sonra, yer değiştiren karbon miktarı kilitli karbon miktarını çok aşar: "Sonraki rotasyonlar boyunca kümülatif olarak üretilen biyokütle, biyoenerji yok senaryosunda üretilen biyokütleyi çok aşabilir, böylece 'ek biyokütle' oluşturarak orman karbon stokunun azaltılmasının sera gazı maliyetini aşan kümülatif net sera gazı tasarrufu sağlar [...]." Başka bir deyişle: "Ormanın büyümeye devam etmesine izin verilirse, biyokütle enerjisinin yerini fosil yakıtlar ve ahşap ürünlerinin yerini de alternatif malzemeler alacaktır." Miner, "uzun vadede, sürdürülebilir şekilde üretilen orman biyokütlesinin karbon yoğun ürünler ve fosil yakıtların yerine kullanılmasının, atmosferik CO₂'de korumaya kıyasla daha büyük kalıcı azalmalar sağlayacağını" savunmaktadır. ⓘ

Yukarıda belirtilenleri özetleyen IEA Bioenergy şunları yazmaktadır: "IPCC'nin çeşitli raporlarında belirttiği gibi, biçilmiş kereste, biyoenerji ve diğer ahşap ürünleri üretmek için yönetilen ormanlar, üç nedenden dolayı iklim değişikliğinin azaltılmasına yalnızca koruma amaçlı yönetilen ormanlardan daha fazla katkı sağlayabilir. Birincisi, koruma ormanları olgunluğa yaklaştıkça yutak gücü azalır. İkincisi, ahşap ürünleri sera gazı yoğun malzemelerin ve fosil yakıtların yerini almaktadır. Üçüncüsü, ormanlardaki karbon, yakın zamanda Avustralya ve Kaliforniya dahil dünyanın birçok yerinde görüldüğü gibi böcek istilası veya orman yangınları gibi doğal olaylar nedeniyle kayba açıktır. Ormanların yönetilmesi, orman ve ağaç ürünleri karbon havuzlarında tutulan toplam karbon miktarının artırılmasına, tutulan karbonun kaybolma riskinin azaltılmasına ve fosil yakıt kullanımının azaltılmasına yardımcı olabilir." ⓘ

AB'de orman alanı artışı 1990-2020. ⓘ

IPCC, "[...] kereste, lif, biyokütle ve kereste dışı kaynaklar sağlamayı amaçlayan sürdürülebilir orman yönetiminin topluluklar için uzun vadeli geçim kaynağı sağlayabileceğini, ormanların orman dışı kullanımlara (yerleşim, mahsul vb.) dönüştürülme riskini azaltabileceğini ve arazi verimliliğini koruyarak arazi bozulması risklerini azaltabileceğini [...]" savunmaktadır. Ormancılıktaki ekonomik fırsatlar ile orman büyüklüğünün artması arasındaki bağlantı diğer araştırmacılar tarafından da vurgulanmaktadır. Ancak Cowie ve diğerleri, "[...] orman verimliliğinin çok düşük olduğu yüksek enlemler gibi bazı durumlarda, özellikle biyoenerji kullanımından kaynaklanan sera gazı tasarrufları küçükse, biyoenerji de dahil olmak üzere ahşap ürünler için ormanların hasat edilmesinden ziyade orman karbon stoklarının korunması ve geliştirilmesinden daha fazla azaltım elde edilebileceğini [...]" savunmaktadır. Ayrıca özel orman sahipleri için gelir getiren ormanların korunmasının pek mümkün olmadığını savunmaktadırlar. Orman ürünlerine talep olduğunda ve bu nedenle ormanlar kereste üretimi için yönetildiğinde, en gerçekçi biyoenerjisiz senaryo ormanların korunması değil, artıkların toplanması ve kullanılması olmaksızın kereste üretimine devam edilmesidir. Bu durumda, kalıntılar kendi kendine çürüyecek veya yakılacaktır ve her iki durumda da herhangi bir fosil yakıt yer değiştirme etkisi olmaksızın emisyon üretecektir. Orman ürünlerine talebin düşük olması durumunda en gerçekçi biyoenerji yok senaryoları, arazi kullanımının doğal ormanlara dönüştürülmesi (artan orman yangını riskiyle birlikte) veya tarım ya da kentleşmeye hazırlık için ağaçların kesilmesidir. ⓘ

FAO'nun verileri, muhtemelen yukarıdaki argümanları güçlendirecek şekilde, odun peletlerinin çoğunun sürdürülebilir şekilde yönetilen ormanların hakim olduğu bölgelerde üretildiğini göstermektedir. Avrupa (Rusya dahil) 2019 yılında dünyadaki odun peletlerinin %54'ünü üretmiştir ve bu bölgedeki orman karbon stoku 1990-2020 yılları arasında 158,7'den 172,4 Gt'ye yükselmiştir. AB'de toprak üstü orman biyokütlesi yılda ortalama %1,3 artmaktadır, ancak ormanlar olgunlaştığı için artış yavaşlamaktadır. 2020 yılında, ormanlık alan AB'nin toplam arazi alanının %39,8'ini kaplamıştır. Benzer şekilde, Kuzey Amerika 2019 yılında dünya peletlerinin %29'unu üretirken, orman karbon stoku aynı dönemde 136,6'dan 140 Gt'a yükselmiştir. Karbon stoku Afrika'da 94,3 Gt'den 80,9 Gt'ye, Güney ve Güneydoğu Asya'da 45,8 Gt'den 41,5 Gt'ye, Okyanusya'da 33,4 Gt'den 33,1 Gt'ye, Orta Amerika'da 5 Gt'den 4,1 Gt'ye ve Güney Amerika'da 161,8 Gt'den 144,8 Gt'ye düşmüştür. Bu bölgelerdeki ahşap pelet üretiminin toplamı 2019 yılında %13,2 olmuştur. Ancak Chatham House, "orman karbon stok seviyelerinin aynı kalabileceğini veya enerji için kullanımla tamamen bağlantılı olmayan nedenlerle artabileceğini" savunmaktadır. ⓘ

Kısa vadeli aciliyet

Bazı araştırma grupları, Avrupa ve Kuzey Amerika orman karbon stoku artıyor olsa bile, hasat edilen ağaçların yeniden büyümesinin çok uzun zaman aldığını savunmaktadır. Örneğin EASAC, dünyanın üzerinde anlaşmaya varılan 1.5 derecelik sıcaklık artışı hedefini yaklaşık on yıl içinde geçme yolunda ilerlediğini, yüksek geri ödeme ve eşitlik sürelerine sahip kaynaklardan elde edilen biyoenerjinin bu hedefe ulaşmayı zorlaştırdığını savunuyor. Bu nedenle AB'nin sürdürülebilirlik kriterlerini, yalnızca karbon geri ödeme süresi 10 yıldan az olan yenilenebilir enerjinin sürdürülebilir olarak tanımlanacağı şekilde ayarlamasını önermektedirler; örneğin rüzgar, güneş, aksi takdirde yakılacak veya nispeten hızlı bir şekilde çürüyecek olan odun artıkları ve ağaç kesimlerinden elde edilen biyokütle ve kısa rotasyonlu baltalıklardan (SRC) elde edilen biyokütle. ⓘ

Cowie ve diğerleri, "[...] uygun azaltım seçeneklerini belirlemek için bir kriter olarak 10 yıllık bir geri ödeme süresinin, bu yüzyılın ikinci yarısında emisyon ve uzaklaştırmalar arasında bir dengeye ulaşılmasını gerektiren Paris Anlaşmasının uzun vadeli sıcaklık hedefiyle tutarsız olduğunu [...]" savunmaktadır. Ayrıca biyoenerjiden kaynaklanan emisyonların fosil yakıtlardan kaynaklanan emisyonlardan temelde farklı olduğunu, çünkü birincisinin döngüsel, ikincisinin ise doğrusal olduğunu savunmaktadırlar. Biyokütle mevcut enerji altyapısı ile uyumludur, bu nedenle bugün çalışmaktadır, düşük emisyonlu önerilen alternatifler ise "[...] olgunlaşmamış gelişim, yüksek maliyet veya yeni altyapıya bağımlılık nedeniyle kısıtlanabilir." ⓘ

Chatham House, sıcaklık ölçeği boyunca ısınmanın hızlandığı devrilme noktaları olabileceğini savunmaktadır. Cowie ve diğerleri, devrilme noktalarının bir belirsizlik olduğunu, ancak küresel bir devrilme noktasının "[...] eğer ısınma 2°C'yi aşmazsa [...]" olası görünmediğini savunmaktadır. IPCC, "[...] özellikle Kuzey Kutbu'nda olmak üzere bölgesel devrilme noktalarının varlığına dair argümanlar [...]" olsa da, "[...] 21. yüzyıldaki iklim evrimi çalışmalarında bugüne kadar değerlendirilen en kapsamlı modellerin hiçbirinde küresel ölçekte devrilme noktalarına dair kanıt bulunmadığını" savunmaktadır. ⓘ

"Ağaçların yeniden büyümesi çok yavaştır" argümanı için önemli bir ön kabul, karbon muhasebesinin belirli, hasat edilmiş orman meşcerelerindeki ağaçlar yakıldığında başlaması gerektiği, bu meşcerelerdeki ağaçlar büyümeye başladığında başlamaması gerektiği görüşüdür (bkz. Zamansal sistem sınırları, yukarıda.) Bu düşünce çerçevesinde, yakma olayının hasat edilmiş meşcerelerin yeniden büyümesi yoluyla geri ödenmesi gereken bir karbon borcu yarattığını iddia etmek mümkün hale gelmektedir. ⓘ

Bunun yerine karbon muhasebesinin ağaçlar büyümeye başladığında başlaması gerektiği varsayıldığında, salınan karbonun borç oluşturduğunu iddia etmek imkansız hale gelir. Örneğin FutureMetrics, hasat edilen karbonun bir borç değil, "[...] 30 yıllık yönetim ve büyüme ile kazanılmış bir fayda [...]" olduğunu savunmaktadır. Benzer şekilde Lamers & Junginger, mevcut yoğun şekilde yönetilen, eşit yaşlı ormanların sahiplerinin muhtemelen plantasyon kuruluş yılını karbon muhasebesi için mantıklı bir başlangıç yılı olarak kabul edeceğini ve hasadın yeni bir borç yaratmak yerine bir karbon kredisini itfa ettiğini savunmaktadır. Ancak, bir politika yapıcının bakış açısından, [...] asıl soru daha ziyade biyoenerji için hasadı teşvik edip etmemesi gerektiğidir." Başka bir deyişle, "[...] iklim politikası için önemli olan, odunsu biyokütle enerjisine geçildiğinde ve geçilmediğinde gelecekteki atmosferik sera gazı seviyelerindeki farkı anlamaktır. Ormanın önceki büyümesi politika sorusuyla ilgisizdir [...]." Bu mantık daha sonra "boş" arazilere (örneğin tarımsal veya marjinal araziler) dikilen yeni orman plantasyonlarına da uygulanırsa, karbon muhasebesinin başlangıcı dikim olayından hasat olayına, örneğin ikinci rotasyondan sonraya kayacaktır. ⓘ

Yukarıda Mekansal sistem sınırları bölümünde belirtildiği gibi, bazı araştırmacılar karbon hesaplamalarını belirli orman meşcereleriyle sınırlandırarak ormanın geri kalanında gerçekleşen karbon emilimini göz ardı etmektedir. Diğer araştırmacılar ise karbon hesaplamalarını yaparken tüm orman arazisini dahil etmektedir. Örneğin FutureMetrics, tüm ormanın sürekli olarak CO₂ emdiğini ve bu nedenle biyokütle tesislerinde günden güne yakılan nispeten küçük miktarlardaki biyokütleyi anında telafi ettiğini savunmaktadır. Aynı şekilde IEA Bioenergy, EASAC'ı orman arazisinde gerçekleşen karbon emilimini göz ardı ettiği için eleştirmekte ve yıllık hasadın ormanın yıllık büyümesinden daha küçük olması durumunda net bir karbon kaybı olmadığını belirtmektedir. ⓘ

IPCC de benzer görüşleri savunmaktadır: "Bir ormandaki münferit meşcereler kaynak ya da yutak olabilirken, orman karbon dengesi tüm meşcerelerin net dengesinin toplamı tarafından belirlenir." IPCC ayrıca, karbon muhasebesine evrensel olarak uygulanabilir tek yaklaşımın, yönetilen araziler (örneğin orman peyzajları) için hem karbon emisyonlarını hem de karbon uzaklaştırmalarını (emilim) hesaba katan yaklaşım olduğunu belirtmektedir. Toplam hesaplandığında, yangınlar ve böcek istilaları gibi doğal bozulmalar çıkarılır ve geriye insan etkisi kalır. ⓘ

Yuvarlak odun ve kalıntılar

Araştırmacılar ayrıca yuvarlak odun ile tomruk kalıntılarının kullanımını da tartışmaktadır. Yuvarlak odun, AB Ortak Araştırma Merkezi tarafından ormandan çıkarılan tüm odunsu malzeme olarak tanımlanırken, tomruk artıkları ise biyoenerji talebi olmaması durumunda büyük olasılıkla ormanda kalacak olan kısımlardır. Kesilen biyokütlenin %20'si şu anda ormanda tomruk artığı olarak bırakılmaktadır. Kalıntılar arasında ağaç tepeleri, dallar ve kütüklerin yanı sıra ticari öncesi kesimler (tüm orman meşceresinin verimliliğini artırmak için temizlenen küçük, ince, genç ağaçlar), kurtarma kesimleri ve yangın tehlikesi kontrolü için temizlenen ağaçlar da yer alır. Kök odun bir yuvarlak odun türüdür; JRC'nin tanımına göre ağacın gövdesi yerden 15 cm yükseklikte kesilir ve gövdenin çapının en az 9 cm olması gereken bir noktaya kadar düz bir şekilde uzanır. Yuvarlak odun, gövde odunu, yakacak odun, kurtarma tomrukları, kağıtlık odun ve biçilmiş odunun tam tanımları için dipnota bakınız. Genel olarak, artıklar ve kademeli odun (kullanım ömürlerinin sonunda enerji için yakılan ahşap ürünler) "biyoenerjinin olumlu iklim etkisini" en üst düzeye çıkaran unsurlar olarak görülmektedir. Avrupa'da biyoenerji için yaklaşık %20 oranında gövde odunu kullanılmakta, geri kalanı ise tomruk kalıntıları, işleme kalıntıları ve tüketim sonrası odundan elde edilmektedir. Kök odunun en az yarısı, düşük geri ödeme/parite sürelerine sahip olan ve ekosistem hizmetleri sağlayan kısa rotasyonlu baltalık ormanlarından elde edilmektedir. ⓘ

İsveç'te biyokütlenin ormandan odun ürünleri, kağıt ve enerjiye akışını gösteren Sankey diyagramı. ⓘ

Chatham House, yuvarlak odun olarak tanımlanan biyokütlenin bir kısmının (özellikle gövdeler) hasat edilmeyip odun peletleri için kullanılmasının daha iyi olacağını, çünkü bunun ormandaki büyüyen karbon stokunu artıracağını savunmaktadır. Ayrıca, "[...] yüksek kaliteli kereste olarak nitelendirilemeyecek ağaçların yine de kağıt hamuru, panel veya lamine ürünler için kullanılabileceğini" savunmaktadırlar. Diğer bir deyişle, bu düşük değerli biyokütlenin odun peleti yerine başka ürünler için hammadde olarak kullanılması daha iyi olacaktır, çünkü ilk durumda karbon daha uzun süre depolanmaktadır. Chatham House ayrıca mevcut tüm kereste fabrikası kalıntılarının zaten pelet üretimi için kullanıldığını, dolayısıyla genişleme için yer olmadığını savunmaktadır. Biyoenerji sektörünün gelecekte önemli ölçüde büyümesi için, hasat edilen kağıtlık odunun daha fazlasının pelet fabrikalarına gitmesi gerekmektedir. ⓘ

Cowie ve arkadaşları, ABD'de odun peletleri için yaklaşık %20 oranında "[...] orman seyreltmesinden elde edilen küçük gövdeler gibi yuvarlak odun (gövde odunu olarak da adlandırılır) [...]" kullanıldığını ileri sürmektedir. Ancak, kısa rotasyonlu ormanlardan elde edilen gövde odunlarının parite süreleri kısadır ve uzun rotasyonlu ormanlarda odun peletleri için kullanılan gövde odunları genellikle biçilmiş odun üretiminden elde edilen yan ürünlerden oluşur (daha büyük ağaçlardan kesilen veya düzensiz/bozuk/hasarlı gövde bölümleri.) Biçilmiş odun üretimi ormancıların gelirinin %90'ından fazlasını sağlar ve ormancılığın var olmasının ana nedenidir. Düşük kaliteli gövde parçaları ya da kesimler için bir pazar olmasaydı, bunlar ormanda çürümeye bırakılır ya da yol kenarlarında yakılırdı. Cowie ve diğerleri ayrıca biyoenerji için kesimlerin kullanılmasının, hasat edilen ağaç ürünlerinin karbon yer değiştirme etkisini güçlendirdiğini, çünkü seyreltme uygulamasının daha fazla biçilmiş odun üretilmesine yardımcı olduğunu savunmaktadır. ⓘ

Aynı şekilde FutureMetrics, kereste fabrikalarından ağacın bu kısmı için çok daha fazla para aldıkları için ormancıların pelet fabrikalarına tomruk kalitesinde yuvarlak odun satmasının mantıklı olmadığını savunmaktadır. Ormancılar gelirlerinin %80-90'ını tomruk kalitesinde yuvarlak odundan, sadece %10-15'ini ise a.) biçilmiş odun üretimi için kullanılamayacak kadar ince veya çok bükülmüş gövdenin üst kısmı, artı dallar ve b.) ağaç kesimleri olarak tanımlanan kağıtlık odundan elde etmektedir. Bu düşük değerli biyokütle esas olarak kağıt üretimi için kağıt hamuru fabrikalarına, ancak bazı durumlarda pelet üretimi için pelet fabrikalarına da satılmaktadır. Peletler tipik olarak kereste fabrikalarının bulunduğu bölgelerde kereste fabrikası artıklarından, kereste fabrikalarının bulunmadığı bölgelerde ise kağıt hamuru odunundan yapılır. Lamers & Junginger, "[...] kereste ve selüloz [kağıt hamuru] ürünlerinin daha yüksek ekonomik değerinin, lif için bölgesel rekabetin olduğu her yerde tüm ağaçların enerji amacıyla büyük ölçekli kullanımını oldukça düşük bir ihtimal haline getirdiğini" savunmaktadır. AB Ortak Araştırma Merkezi'ne göre, hem biyoenerji sektörü, hem ahşap panel sektörü hem de kağıt hamuru sektörü "[...] hepsi biçilmiş odun talebine bağlıdır ve aynı hammaddeler için rekabet ederler." ⓘ

Kısa vadeli ve uzun vadeli iklim faydaları

Cowie ve diğerlerine göre, "[...] belirli orman biyoenerji seçeneklerinin algılanan çekiciliği, yakın vadeli ve uzun vadeli iklim hedeflerine verilen öncelikten etkilenmektedir." Örneğin IPCC, orman karbon emisyonundan kaçınma stratejilerinin her zaman kısa vadeli bir azaltım faydası sağladığını belirtmekte, ancak sürdürülebilir ormancılık faaliyetlerinden elde edilen uzun vadeli faydaların daha önemli olduğunu savunmaktadır:

Bir taban çizgisine göre, en büyük kısa vadeli kazançlar her zaman emisyondan kaçınmayı amaçlayan azaltım faaliyetleri yoluyla elde edilir [...]. Ancak bir emisyon önlendikten sonra, o ormandaki karbon stokları sadece korunacak veya biraz artacaktır. [Uzun vadede, ormandan yıllık kereste, lif veya enerji üretirken orman karbon stoklarını korumayı veya artırmayı amaçlayan sürdürülebilir orman yönetimi stratejisi, en büyük sürekli azaltım faydasını sağlayacaktır. ⓘ

Benzer şekilde, genel olarak modern biyoenerji için iklim sonuçları konusunu ele alan IPCC şunları belirtmektedir: "Modern biyoenerji alternatiflerinin yaşam döngüsü sera gazı emisyonları genellikle fosil yakıtlarınkinden daha düşüktür [...]." Sonuç olarak, IPCC'nin sera gazı azaltım yollarının çoğu biyoenerji teknolojilerinin önemli ölçüde yaygınlaştırılmasını içermektedir. Biyoenerji yollarının sınırlı olması veya hiç olmaması iklim değişikliğinin artmasına veya biyoenerjinin azaltım yükünün diğer sektörlere kaymasına yol açar. Buna ek olarak, azaltım maliyeti de artar. ⓘ

IEA Biyoenerji, sadece kısa vadeye odaklanmanın uzun vadede etkili karbon azaltımı sağlamayı zorlaştırdığını savunmakta ve yeni biyoenerji teknolojilerine yapılan yatırımları, batarya üretiminin yaygınlaştırılması veya demiryolu altyapısının geliştirilmesi gibi sadece 2030'dan sonra emisyon azaltımı sağlayan diğer yenilenebilir enerji teknolojilerine yapılan yatırımlarla karşılaştırmaktadır. Ulusal Üniversite Orman Kaynakları Programları Birliği, kümülatif emisyonların gerçekçi bir değerlendirmesini yapmak için 100 yıllık bir zaman ufku önermektedir. ⓘ