Forskere udfordrer CRP-status quo for at afbøde fossile brændstoffer

Forskere ved Center for Advanced Bioenergy and Bioproducts Innovation (CABBI) fandt ud af, at overgang af jord, der er indskrevet i Conservation Reserve Program (CRP) til bioenergilandbrug, kan være en fordel for amerikanske grundejere, regeringen, og miljøet.

Jord, der er tilmeldt CRP, kan i øjeblikket ikke bruges til bioenergiafgrødeproduktion, hvor højtydende planter (som miscanthus og switchgrass) høstes til omdannelse til salgbare bioprodukter, der fortrænger fossilt brændstof- og kulbaseret energi. Etableret af det amerikanske landbrugsministerium i 1985, CRP tilskynder jordejere til at pensionere miljøforringet afgrødejord, udveksling af landbrugsproduktivitet med indfødte levesteder og modtagelse af årlige offentlige betalinger.

Efterhånden som verden opvarmes og dens befolkning eksplosivt udvides, den globale efterspørgsel efter fødevareproduktion er i modstrid med den faldende landbrugsproduktivitet, der er truet af ekstreme klimaforhold. Derfor, at allokere CRP-jord til højtydende energibiomasse kan eliminere behovet for bioenergiafgrøder og fødevareafgrøder til at kæmpe om pladsen.

Et team ledet af CABBI Sustainability Theme Leader Madhu Khanna og ph.d. studerende Luoye Chen udviklede en integreret modelleringsmetode for at vurdere levedygtigheden af ​​at overføre CRP -jord i det østlige USA til flerårige bioenergiafgrøder. Deres papir, udgivet i Miljøvidenskab og -teknologi i januar 2021, bekræftet, at overgangen til arealanvendelse faktisk er levedygtig, forudsat at visse nøglebetingelser er opfyldt.

"Som tilhængere af et sikrere, mere bæredygtig bioøkonomi, vi skal prioritere at fortrænge fossile brændstoffer, " sagde Khanna, som også er konstitueret direktør for Institute for Sustainability, Energi, og miljø (iSEE) ved University of Illinois Urbana-Champaign. "Som videnskabsmænd, det er vores ansvar at tage en tankevækkende, innovativ tilgang til at afbøde drivhusgasser på en måde, der vil vise sig gavnlig på lang sigt.

"Transport- og elektricitetssektoren søger at udvide produktionen af ​​bioenergi, og det er bydende nødvendigt, at landbrugssektoren gør det samme. Dette nødvendiggør et program, hvor bioenergi dyrkede marker og fødevaredyrkning sameksisterer frem for at konkurrere. "

CABBI-teamet har en integreret tilgang til at veje omkostningerne og fordelene ved at bytte CRP-status quo - uopdyrket areal - til bioenergi, at kombinere Biobrændstof- og miljøpolitisk analysemodel (BEPAM) med den biogeokemiske model DayCent (Daily Time Step Version of the Century Model).

BEPAM vurderer nettorentabiliteten, besvarer nøglespørgsmålet:Hvilke præcise økonomiske forhold vil tilskynde CRP-lodsejere til at skifte til bioenergi-afgrødejord? Et miljømæssigt kontrapunkt til BEPAM, DayCent simulerer de fulde økosystemeffekter af overgangen på et givet amt, at give et "snikkig" ind i fremtiden og kaste lys over, hvordan denne ændring af arealanvendelsen kan påvirke faktorer som afgrødeudbytte, udveksling af næringsstoffer, og kulstofbinding i jorden.

En nøglekomponent i denne undersøgelse samler data fra begge modeller for at formulere en livscyklusvurdering af drivhusgasser (GHG), som beregner de samlede drivhusgasser, der afbødes af processen som helhed - fra den fysiske handling at plante til introduktionen af ​​ren energi i bioøkonomien.

"Den fulde livscyklusvurdering er virkelig nøglen til at forstå de store resultater af vores forskning, " sagde Chen. "Vi tager alt i betragtning - processen med faktisk at dyrke og høste råvarerne, kulstoffet, der er afsat i jorden, og det faktum, at i sidste ende, vi vil fortrænge fossile brændstoffer med biobrændstoffer, og kulbaseret elektricitet med bioelektricitet.

"At holde det slutresultat i tankerne forankrer alt andet til det ultimative mål om en netto positiv miljøpåvirkning."

Holdet konkluderede, at det er økonomisk og miljømæssigt rentabelt at konvertere 3,4 millioner hektar CRP-jord til bioenergi fra 2016 til 2030 - under visse betingelser.

Økonomisk set, alle systemer er "go", hvis markedsprisen på biomasse er høj, og regeringen fortsætter med at distribuere passende CRP-jordlejebetalinger. Disse faktorer kan ideelt set fungere som modvægte:Hvis biomassepriserne falder, betydelige jordlejebetalinger kan afhjælpe økonomisk stress fra landmænd og fremme deres fortsatte engagement i bioenergi; alternativt, skyhøje biomassepriser ville rationalisere afslappet statsstøtte, spare skatteydernes penge. Holdet identificerede to ideelle parringer:1) jordejere modtager 100 procent af deres oprindelige offentlige betalinger og sælger biomasse til $75/ton; eller 2) grundejere modtager 75 procent af deres oprindelige betaling og sælger biomasse for 100 USD/ton. Ideelt set, begge parter har gavn.

Konvertering af CRP -jord til bioenergi kan også resultere i betydelige drivhusgasbesparelser. Tidligere undersøgelser viser, at der kan opstå en stor "kulstofgæld i jorden" ved starten af ​​projektet, i planteårene med miscanthus og skiftegræs. Imidlertid, under hensyntagen til den fulde livscyklusvurdering nævnt ovenfor, forskerholdet fastslog, at de langsigtede virkninger af at fortrænge fossilt brændstof- og kulbaseret energi med bioprodukter mere end ville kompensere for dette midlertidige tab.

I betragtning af grundejerindkomst fra salg af biomasse, besparelser i offentlige betalinger for at opretholde eksisterende CRP-tilmelding, og de monetiserede fordele ved drivhusgasreduktion ved at fortrænge fossile brændstoffer (kvantificeret ved hjælp af de "sociale omkostninger ved kulstof"), den samlede nettoværdi af at konvertere CRP-jord til bioenergi kan være så høj som $28 milliarder til $125 milliarder i perioden 2016-2030.