เชื้อเพลิงชีวภาพจากข้าวโพด พลังงานสะอาดหรือภัยสิ่งแวดล้อมกันแน่
สุนิสา กาญจนกุล
ช่วงทศวรรษ 1970 เกิดวิกฤติครั้งใหญ่เพราะราคาน้ำมันดิบพุ่งสูงขึ้นกว่า 400 % ภายในเวลาไม่ถึงหนึ่งปี จนทำให้เศรษฐกิจโลกตกอยู่ในภาวะถดถอย หลายประเทศจึงตระหนักถึงความเปราะบางของการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิลและเริ่มมองหาทางเลือกใหม่ด้านพลังงานอย่างจริงจัง
การพัฒนาเชื้อเพลิงชีวภาพจากพืชผลทางการเกษตรเป็นแนวทางหนึ่งในการรับมือวิกฤติเชื้อเพลิงฟอสซิล บราซิลประสบความสำเร็จอย่างมากในการเปิดตัวโครงการเอทานอลจากอ้อย ทำให้ สหรัฐฯ มองเห็นโอกาสในการพัฒนาเชื้อเพลิงชีวภาพจากพืชผลทางการเกษตรของตนเอง
ด้วยความที่สหรัฐฯ เป็นผู้ผลิตข้าวโพดรายใหญ่ที่สุดของโลก การผลิตเอทานอลจากข้าวโพดจึงกลายเป็นทางเลือกที่ดูเหมาะสมที่สุด มีการออกนโยบายสนับสนุนอย่างต่อเนื่อง ทำให้ตัวเลขการผลิตเอทานอลจากข้าวโพดของสหรัฐฯ เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว
ปัจจุบัน สหรัฐฯ ครองสัดส่วนการบริโภค/การผลิตเอทานอลเชื้อเพลิงทั่วโลกประมาณ 50-53 % โดยสหรัฐฯ เป็นทั้งผู้ผลิตและผู้บริโภครายใหญ่สุด ผลิตเอทานอลประมาณปีละ 15.6 พันล้านแกลลอน
แต่การศึกษาในระยะหลังแสดงให้เห็นว่า ประโยชน์ของเอทานอลจากข้าวโพดนั้นต้องแลกมาด้วยต้นทุนแฝงที่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมอย่างมหันต์ จึงเริ่มมีการเรียกร้องให้พิจารณาภาพรวมของอุตสาหกรรมนี้อย่างจริงจัง
แรงกระตุ้นสำคัญ
เดือนตุลาคม 1973 กลุ่มประเทศอาหรับเปิดฉากโจมตีอิสราเอลเพื่อทวงคืนดินแดนที่เคยเสียไป เมื่อสหรัฐฯ และหลายประเทศตัดสินใจให้ความช่วยเหลือทางทหารแก่อิสราเอล กลุ่มประเทศผู้ส่งออกน้ำมันอาหรับจึงตอบโต้ด้วยมาตรการรุนแรงที่สุดเท่าที่เคยมีมา
นั่นคือการประกาศมาตรการคว่ำบาตร ระงับการส่งออกน้ำมันไปยังสหรัฐอเมริกา เนเธอร์แลนด์ แคนาดา สหราชอาณาจักร และญี่ปุ่น เนื่องจากสนับสนุนอิสราเอล พร้อมทั้งประกาศลดการผลิตน้ำมันลง 5 % ทุกเดือนจนกว่าอิสราเอลจะถอนทหารออกจากดินแดนอาหรับ
ส่งผลให้ราคาน้ำมันดิบพุ่งสูงขึ้นอย่างรวดเร็วเกือบ 400 % ภายในระยะเวลาไม่กี่เดือน ถือเป็นการใช้น้ำมันเป็นอาวุธทางการเมืองเป็นครั้งแรก และเป็นการปลุกให้โลกตื่นจากความประมาท ทำให้ทั้งโลกเริ่มมองหาพลังงานทางเลือกอย่างจริงจัง
ประเทศต้นแบบ
เมื่อวิกฤตการณ์น้ำมันครั้งใหญ่เกิดขึ้น นอกจากน้ำมันจะขาดแคลนแล้ว ราคายังพุ่งสูงขึ้นอย่างรุนแรง อิสรภาพทางพลังงานจึงเป็นเป้าหมายสำคัญของนานาประเทศ
บราซิลเป็นประเทศแรกที่ตอบสนองต่อวิกฤตินี้ด้วยการเปิดตัวโครงการเอทานอลจากอ้อยในปี 1975 โดยใช้ชื่อว่า “โครงการแอลกอฮอล์ (Proálcool Program)” มีจุดประสงค์หลักเพื่อลดการพึ่งพาน้ำมันนำเข้าจากต่างประเทศและส่งเสริมการใช้เอทานอลที่ผลิตจากอ้อยเป็นเชื้อเพลิงทางเลือกแทนน้ำมันเบนซิน
โครงการนี้กลายเป็นต้นแบบระดับโลกและทำให้บราซิลกลายเป็นหนึ่งในผู้นำด้านเชื้อเพลิงชีวภาพจากพืช อีกทั้งยังเป็นเหตุผลสำคัญที่บราซิลใช้เอทานอลมากเป็นอันดับ 2 ของโลก มาจนถึงทุกวันนี้ ถือเป็นหนึ่งในความสำเร็จทางพลังงานที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของบราซิลก็ว่าได้
ความสำเร็จของบราซิลคือแรงกระตุ้นให้สหรัฐฯ เดินหน้าพัฒนาเชื้อเพลิงชีวภาพจากพืชผลทางการเกษตรที่มีอยู่เหลือเฟือในประเทศ อันได้แก่ข้าวโพดซึ่งครองพื้นที่กว่า 90 ล้านเอเคอร์ ของสหรัฐฯ
แรงหนุนการเติบโต
ในปี 1978 สหรัฐฯ ผ่านกฎหมายภาษีพลังงาน (Energy Tax Act) ซึ่งให้การสนับสนุนทางภาษีแก่เชื้อเพลิงเอทานอล นับเป็นจุดเริ่มต้นของอุตสาหกรรมเอทานอลข้าวโพดสมัยใหม่ในสหรัฐฯ ซึ่งขณะนั้นมีการผลิตเอทานอลเพียง 175 ล้านแกลลอนต่อปี แต่ด้วยนโยบายสนับสนุนอย่างต่อเนื่อง ตัวเลขนี้จึงเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในทศวรรษถัดมา
จุดเปลี่ยนครั้งใหญ่เกิดขึ้นในปี 2005 เมื่อรัฐบาลสหรัฐฯ ออกกฎหมายนโยบายพลังงาน (Energy Policy Act) ซึ่งกำหนดให้มีการใช้เชื้อเพลิงหมุนเวียนในปริมาณขั้นต่ำ ตามมาด้วยกฎหมายอิสรภาพและความมั่นคงด้านพลังงาน (Energy Independence and Security Act) ในปี 2007 ที่ตั้งเป้าหมายให้มีการใช้เชื้อเพลิงชีวภาพปีละ 36 พันล้านแกลลอน ภายในปี 2022
ในปี 2000 สหรัฐฯ ผลิตเอทานอลได้เพียง 1.6 พันล้านแกลลอน แต่ภายในปี 2010 ตัวเลขนี้พุ่งขึ้นเป็น 13.2 พันล้านแกลลอน และในปี 2023 การผลิตเอทานอลของสหรัฐฯ สูงถึง 15.8 พันล้านแกลลอนต่อปี คิดเป็นสัดส่วนราว 10 % ของปริมาณน้ำมันเบนซินที่ใช้ในประเทศ
ปัจจุบันมีโรงงานผลิตเอทานอลมากกว่า 200 แห่งกระจายอยู่ทั่วสหรัฐอเมริกา โดยส่วนใหญ่ตั้งอยู่ในรัฐที่ปลูกข้าวโพด ในปี 2022 อุตสาหกรรมเอทานอลใช้ข้าวโพดประมาณ 5.4 พันล้านบุชเชล คิดเป็นสัดส่วนราว 38 % ของผลผลิตข้าวโพดทั้งหมดของสหรัฐฯ อุตสาหกรรมนี้สร้างงานมากกว่า 300,000 ตำแหน่งและมีมูลค่าเศรษฐกิจประมาณ 43 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ ต่อปี
เติบโตไม่หยุดยั้ง
การเติบโตอย่างก้าวกระโดดของอุตสาหกรรมเอทานอลจากข้าวโพดในสหรัฐฯ จนกลายเป็นผู้ผลิตรายใหญ่ที่สุดของโลกนั้นมีปัจจัยสนับสนุนสำคัญหลายด้าน ทั้งในเชิงนโยบาย เศรษฐกิจ และเทคโนโลยี
นโยบายจากภาครัฐถือเป็นปัจจัยสำคัญที่สุดที่สร้าง “อุปสงค์บังคับ” ให้กับตลาด โดยโครงการมาตรฐานเชื้อเพลิงหมุนเวียน (Renewable Fuel Standard Program – RFS) กำหนดให้มีการผสมเชื้อเพลิงหมุนเวียน (เช่น เอทานอล) เข้ากับน้ำมันเชื้อเพลิงสำหรับขนส่ง (น้ำมันเบนซินและดีเซล) ตามปริมาณที่กำหนด เพื่อลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก ลดการพึ่งพาน้ำมันนำเข้า และขยายภาคส่วนเชื้อเพลิงหมุนเวียน
นอกจากนี้ยังมีองค์ประกอบเสริมอื่นๆ มากมาย ดังนี้
1. การยกเลิกสาร MTBE ซึ่งเป็นสารเพิ่มค่าออกเทน ในช่วงต้นทศวรรษ 2000 เนื่องจากพบการปนเปื้อนในน้ำบาดาล ทำให้เอทานอลกลายเป็นตัวเลือกหลักที่นำมาใช้ทดแทนในฐานะสารเติมแต่งออกเทนที่ปลอดภัยกว่า
2. มาตรการทางภาษีและเงินอุดหนุนที่ให้สิทธิประโยชน์ทางภาษีแก่ผู้ผสมน้ำมันและมีกำแพงภาษีนำเข้าเพื่อปกป้องผู้ผลิตในประเทศ
3. ความได้เปรียบด้านวัตถุดิบ สหรัฐฯ มีพื้นที่เพาะปลูกข้าวโพดที่กว้างใหญ่และมีประสิทธิภาพสูงที่สุดแห่งหนึ่งของโลก ทำให้มีผลผลิตส่วนเกินมากพอสำหรับการผลิตพลังงาน
4. เทคโนโลยีการเกษตรที่ก้าวหน้าทำให้ผลผลิตข้าวโพดต่อไร่เพิ่มสูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง
5. การเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตช่วยให้ต้นทุนต่อหน่วยลดลง โดยใช้เทคโนโลยีการโม่แห้งที่ใช้พลังงานน้อยลงแต่สกัดเอทานอลได้มากขึ้น
6. กากข้าวโพดที่เหลือจากกระบวนการผลิตเอทานอลเป็นอาหารสัตว์ที่มีโปรตีนสูงและขายต่อได้ราคาดี เป็นมูลค่าจากผลพลอยได้ที่ช่วยลดต้นทุนสุทธิในการผลิตเอทานอล
7. ความสำเร็จจากการล็อบบี้ทางการเกษตร เกษตรกรผู้ปลูกข้าวโพดและกลุ่มอุตสาหกรรมประสบความสำเร็จในการล็อบบี้ให้มีนโยบายสนับสนุนเอทานอล โดยมองว่าเป็นวิธีที่จะช่วยกระตุ้นเศรษฐกิจในชนบทและสร้างความเป็นอิสระด้านพลังงาน
8. ตลาดส่งออกมีการขยายตัว นอกจากความต้องการในประเทศแล้ว สหรัฐฯ ยังเป็นผู้ส่งออกรายใหญ่ เนื่องจากหลายประเทศ เช่น แคนาดา สหราชอาณาจักร สหภาพยุโรป และอินเดีย ฯลฯ มีนโยบายบังคับผสมเอทานอลเช่นกัน ทำให้สหรัฐฯ สามารถส่งออกผลผลิตส่วนเกินไปยังตลาดโลกได้ในปริมาณมหาศาล
ประเด็นขัดแย้ง
ในยุคที่โลกกำลังเผชิญกับวิกฤตการณ์เปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ การค้นหาแหล่งพลังงานทางเลือกที่ยั่งยืนกลายเป็นประเด็นสำคัญ เอทานอลจากข้าวโพดจึงได้รับการส่งเสริมในแง่ของทางออกที่ช่วยลดการพึ่งพาน้ำมันฟอสซิลและลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก
แต่ความท้าทายอยู่ที่ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม มีผลการศึกษาที่แสดงให้เห็นว่าประโยชน์ด้านพลังงานจากเอทานอลมีต้นทุนแฝงด้านสิ่งแวดล้อมมากมายเกินคาด จนยากจะตัดสินให้ชัดเจนว่าการใช้เอทานอลจากข้าวโพดเป็นโอกาสหรือภัยคุกคามกันแน่
แม้จะมีข้อดี แต่เอทานอลจากข้าวโพดก็มีผลกระทบด้านสิ่งแวดล้อมที่รุนแรงและเป็นประเด็นที่ถกเถียงกันอย่างมาก โดยเฉพาะเมื่อศึกษาผลกระทบแบบครบวงจร ตั้งแต่การปลูกข้าวโพดไปจนถึงการใช้งานเป็นเชื้อเพลิง
ข้าวโพดเป็นพืชที่ใช้น้ำและทรัพยากรในการปลูกสูงมาก การผลิตเอทานอลจากข้าวโพด 1 แกลลอน อาจต้องใช้น้ำมากกว่า 1,700 แกลลอน ซึ่งส่งผลกระทบต่อทรัพยากรน้ำในท้องถิ่นอย่างชัดเจน ที่ดินจำนวนมากที่ใช้ปลูกข้าวโพดยังเพิ่มความเสี่ยงของการกัดเซาะดินและการลดคุณภาพของดิน
การปลูกข้าวโพดใช้ปุ๋ยไนโตรเจนสูงกว่าพืชชนิดอื่นๆ ซึ่งการใช้ปุ๋ยและสารกำจัดศัตรูพืชปริมาณมากทำให้สารเคมีรั่วไหลลงสู่ระบบน้ำและก่อให้เกิดปัญหา “พื้นที่มรณะ (dead zone)” ซึ่งก็คือบริเวณที่ขาดออกซิเจนจนสิ่งมีชีวิตน้ำไม่สามารถอยู่ได้
เมื่อความต้องการข้าวโพดเพื่อใช้ผลิตเอทานอลเพิ่มขึ้น พื้นที่เกษตรก็ขยายตัวจนบางครั้งมีการแปรสภาพระบบนิเวศธรรมชาติ เช่น ทุ่งหญ้าและพื้นที่ชุ่มน้ำ ให้กลายเป็นพื้นที่เพาะปลูก ส่งผลให้ความหลากหลายทางชีวภาพลดลง โดยมีรายงานระบุว่ามาตรฐานเชื้อเพลิงทดแทนทำให้พื้นที่กว่า 23 ล้านเอเคอร์ ที่เคยเป็นพื้นที่ชุ่มน้ำและทุ่งหญ้าถูกเปลี่ยนเป็นพื้นที่เพาะปลูกในช่วงระหว่างปี 2008–2011
มีการถกเถียงกันว่าการผลิตเอทานอลจากข้าวโพดไม่ได้ช่วยลดก๊าซเรือนกระจกแต่อย่างใด หากพิจารณาแบบครบวงจรตั้งแต่การเตรียมที่ดิน การใช้ปุ๋ย การเพาะปลูก และการผลิต
งานวิจัยบางฉบับระบุว่า การเปลี่ยนแปลงการใช้ที่ดินและการทำการเกษตรอย่างเข้มข้นอาจทำให้การปล่อยก๊าซเรือนกระจกโดยรวมสูงกว่าน้ำมันเชื้อเพลิงปิโตรเลียมแบบดั้งเดิม โดยเฉพาะเมื่อรวมปัจจัยจากการเปลี่ยนแปลงการใช้ที่ดิน
นักวิจัยหลายคนอธิบายว่า เงินอุดหนุนหลายหมื่นล้านเหรียญสหรัฐฯ ที่รัฐบาลใช้ไปกับอุตสาหกรรมเอทานอลตลอด 40 ปีที่ผ่านมานั้น หากนำไปลงทุนในเทคโนโลยีรถยนต์ไฟฟ้า พลังงานแสงอาทิตย์ หรือพลังงานลม อาจได้ผลดีในการลดก๊าซเรือนกระจกมากกว่าและไม่ก่อให้เกิดปัญหาสิ่งแวดล้อมอื่นๆ
ทิศทางในอนาคต
ท่ามกลางข้อถกเถียง นักวิทยาศาสตร์และผู้กำหนดนโยบายได้พยายามหาทางออกและทางเลือกที่ดีกว่า แนวทางหนึ่งคือ “เอทานอลรุ่นที่สอง (cellulosic ethanol)” ที่ผลิตจากวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตรเช่นฟางข้าว ก้านข้าวโพด หรือหญ้าพลังงาน แทนที่จะใช้เมล็ดข้าวโพดซึ่งเป็นอาหาร
อีกทางเลือกคือการปรับปรุงวิธีการเพาะปลูกข้าวโพดให้เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น เช่น การไม่ไถพรวนดิน ซึ่งช่วยลดการชะล้างหน้าดินและเพิ่มคาร์บอนในดิน การใช้ปุ๋ยอย่างมีประสิทธิภาพด้วยเทคโนโลยีการเกษตรแม่นยำ (precision agriculture) และการปลูกพืชคลุมดินในช่วงนอกฤดูปลูกข้าวโพด
นอกจากนั้น ในปี 2023 สำนักงานปกป้องสิ่งแวดล้อม (Environmental Protection Agency) เสนอให้ปรับลดเป้าหมายการใช้เอทานอลจากข้าวโพดของปีต่อๆ ไป แต่ได้รับการต่อต้านอย่างรุนแรงจากกลุ่มผู้ผลิตข้าวโพดและอุตสาหกรรมเอทานอล
จะเห็นได้ว่า การตัดสินใจเกี่ยวกับอนาคตของเอทานอลจากข้าวโพดไม่ได้ขึ้นอยู่กับข้อมูลทางวิทยาศาสตร์เพียงอย่างเดียว แต่ยังเกี่ยวพันกับผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจและอำนาจทางการเมืองอย่างซับซ้อน
ทั้งนี้ อุตสาหกรรมเอทานอลจากข้าวโพดมีอิทธิพลทางการเมืองอย่างมากในสหรัฐฯ โดยเฉพาะในมลรัฐผู้ผลิตข้าวโพดซึ่งมีความสำคัญในการเลือกตั้งประธานาธิบดี เช่น ไอโอวาซึ่งเป็นมลรัฐแรกที่จัดการเลือกตั้งขั้นต้น (caucus) ทำให้นักการเมืองระมัดระวังอย่างยิ่งในการวิพากษ์วิจารณ์อุตสาหกรรมเอทานอลจากข้าวโพด
ถึงแม้ปัจจุบัน อุตสาหกรรมเอทานอลจากข้าวโพดยังคงเติบโตและเป็นส่วนสำคัญของระบบพลังงานและเศรษฐกิจการเกษตรของสหรัฐฯ แต่อนาคตของอุตสาหกรรมนี้ก็ดูจะแฝงไปด้วยความไม่แน่นอน
การเพิ่มขึ้นของรถยนต์ไฟฟ้าอาจลดความต้องการน้ำมันเบนซินและเอทานอลในระยะยาว บริษัทผู้ผลิตรถยนต์หลายแห่งได้ประกาศเป้าหมายที่จะหยุดผลิตรถยนต์เครื่องยนต์สันดาปภายในภายในปี 2035-2040
หากแนวโน้มดังกล่าวเป็นจริง ความต้องการเอทานอลอาจลดลงอย่างมาก จึงเป็นเรื่องที่ต้องจับตามองว่าอุตสาหกรรมเอทานอลจะปรับตัวเพื่อรับมืออย่างไร เมื่อพบว่าเส้นทางที่กำลังเดินอยู่นั้นเริ่มจะไม่ราบรื่นเหมือนในอดีต
ข้อมูลอ้างอิง:
https://agencia.fapesp.br/proalcool-one-of-brazils-major-science-and-technology-based-achievements/24521https://floodlightnews.org/corn-ethanol-clean-energy-vs-climate-costs
https://www.nature.com/articles/s41893-020-0503-3
https://www.science.org/doi/10.1126/science.aaz0813
https://floodlightnews.org/corn-ethanol-clean-energy-vs-climate-costs/
https://www.fairr.org/news-events/insights/the-united-states-corn-undrum