Incitamenter kunne vende omkostningerne ved biobrændstofmandater til miljømæssige fordele

Nye undersøgelser fra Center for Advanced Bioenergy and Bioproducts Innovation (CABBI) kaster mere lys over de økonomiske og miljømæssige omkostninger ved mandater i Renewable Fuels Standard (RFS), et føderalt program for at udvide landets biobrændstofsektor.

Forskere sagde, at undersøgelserne indikerer behovet for at vedtage mere målrettede politikker, der værdsætter de miljømæssige og økosystemmæssige fordele ved flerårige bioenergiafgrøder frem for billigere muligheder - og giver økonomiske incitamenter for landmænd til at dyrke dem.

RFS blev udstedt i 2005 og opdateret gennem Energy Independence and Security Act af 2007 for at forbedre amerikansk energisikkerhed, reducere drivhusgasemissioner (GHG), og fremme udviklingen af ​​landdistrikterne. 2007-standarderne påbød at blande 36 milliarder gallons førstegenerations biobrændstoffer (lavet af fødevareafgrøder som majs, ethanol) og andengenerations biobrændstoffer (fremstillet af biomassen fra miscanthus eller andre energiråvarer) med fossile brændstoffer inden 2022, at erstatte petroleumsbaseret fyringsolie og brændstof. Majsethanolmandatet er blevet opfyldt, med 15 milliarder gallons produceret årligt, men produktionen af ​​celluloseholdige biobrændstoffer har været ubetydelig. Mål efter 2022 er endnu ikke fastlagt.

Biobrændstofmandaterne påvirker miljøet på flere måder - påvirker arealanvendelsen, Drivhusgasemissioner, nitrogen (N) anvendelse, og lækage af skadelige nitrogenforbindelser i jorden luft, og vand. Disse påvirkninger varierer efter råmateriale, det samme gør de økonomiske omkostninger og fordele for forbrugere, der køber fødevarer og brændstof, og for producenter, afhængig af dyrkningsomkostninger og konkurrencen om afgrødejord til alternative anvendelser.

Den første undersøgelse beregnede de økonomiske og miljømæssige nettoomkostninger ved RFS-mandaterne og fandt, at opretholdelse af majsethanolmandatet ville føre til en kumulativ nettoomkostning for samfundet på næsten 200 milliarder dollars fra 2016 til 2030 sammenlignet med at have ingen RFS. De sociale omkostninger ved kvælstofskader fra majsethanolproduktion opvejer væsentligt de sociale fordele ved drivhusgasbesparelser.

På den anden side, implementering af det yderligere celluloseholdige mandat kunne give betydelige økonomiske og miljømæssige fordele med teknologiske innovationer, der sænker omkostningerne ved at konvertere biomasse til celluloseholdig ethanol og politikker, der sætter en høj monetær værdi for drivhusgasreduktionsfordelene. Det studie, udgivet i Miljøforskningsbreve , blev ledet af CABBI Sustainability Theme Leader Madhu Khanna og Ph.D. studerende Luoye Chen fra University of Illinois Urbana-Champaign.

Den anden undersøgelse undersøgte, hvordan fuld implementering af RFS -mandaterne vil påvirke vandkvaliteten i Mississippi/Atchafalaya -flodbassinet (MARB) og Den Mexicanske Golf, som er plaget af nitrogenafstrømning fra majs- og sojamarker. Stigende N-niveauer har opbrugt ilt og skabt en hypoxisk død zone i bugten. Specifikt, denne undersøgelse undersøgte, om diversificering af dyrket mark med flerårige energiafgrøder - såsom CABBI vokser - kunne reducere N -tab i forbindelse med majsproduktion og dermed forbedre vandkvaliteten, samtidig med at RFS -mål opfyldes.

Den fandt, at det mest økonomiske sted at dyrke flerårige bioenergiafgrøder, som typisk kræver mindre nitrogengødning og lavere N-afstrømning, var på ledig agerjord. Dette begrænsede deres potentiale til at reducere N-afstrømning, hvilket ville være højest, hvis de erstattede N-intensive rækkeafgrøder på dyrket mark. Fordelene ved N-reduktion ved bioenergiafgrøder vil også mere end opvejes af stigningen i afstrømning, der genereres ved høstning af billige afgrøderester, såsom majsstøv-blade og majsstængler, der er tilbage, efter at kornet er høstet-til cellulosebiomasse. Resultaterne tyder på, at målrettede incitamenter til at reducere N-tab er nødvendige for at overtale avlerne til at erstatte N-intensive rækkeafgrøder samt biomasse fra majsstover med bioenergiafgrøder. Udgivet i Miljøvidenskab og -teknologi , undersøgelsen blev ledet af lektor i agronomi Andy VanLoocke og ph.d. studerende Kelsie Ferin fra Iowa State University.

Sammen, undersøgelserne viste, at opretholdelse af majsethanolmandatet skubber mere jord til majsproduktion, hvilket øger markedsprisen på andre landbrugsvarer. Selvom producenterne kan drage fordel af højere markedspriser, forbrugere, der køber brændstof eller landbrugsprodukter, betaler omkostningerne. Og selvom mandatet for majsethanol kan hjælpe med at afbøde drivhusgasser ved at fortrænge fossile brændstoffer med biobrændstoffer, det øger nitrogenudvaskningen på grund af øget gødningsbrug med udvidet majsproduktion. Det forværrer vandkvaliteten i MARB og den Mexicanske Golf og fører til store miljømæssige og sociale omkostninger.

I modsætning, mandatet for cellulosebaseret ethanol kunne give en samlet fordel med de rigtige politikker. Støtte til forskning og udvikling for at sænke omkostningerne ved at omdanne biomasse til celluloseholdig ethanol ville reducere produktionsomkostningerne betydeligt og øge de sociale fordele, og en høj indtægtsgenereret værdi for drivhusgasreduktion kan opveje alle andre omkostninger.

Disse resultater bør få politikere til at stille spørgsmålstegn ved effektiviteten af ​​teknologimandater som RFS, der behandler alle celluloseholdige råvarer som identiske. Det tilskynder til billigere muligheder som majskomfur og begrænser incitamenter til at dyrke højtydende flerårige energiafgrøder, der har lavere kulstofintensitet og N-lækage, men er dyrere under den nuværende teknologi.

CABBI-forskere håber på præstationsbaserede politikker - inklusive brændstofstandarden med lavt kulstofindhold, kulstof- og nitrogenlækageafgifter, eller grænser for høst af afgrøderester og N-anvendelse – kan implementeres for at supplere RFS-mandaterne efter 2022.

Kompleksiteten af ​​biobrændstofpolitikker kræver ekspertise fra både agronomer og økonomer, som i disse undersøgelser. Begge forskerhold udviklede integrerede økonomiske og biofysiske modeller, der inkorporerede en bred vifte af faktorer i deres analyser.

"CABBI giver en fantastisk mulighed for denne form for forskning, inspirerende samarbejder fra forskellige discipliner, "Sagde Khanna.