Drivhusgasdata dybt dyk når nyt niveau af rimeligt og sandt

For den mest nøjagtige opgørelse af et produkts miljøpåvirkning, videnskabsmænd ser på produktets hele livscyklus, fra vugge til grav. Det er en storslået beregning kendt som en livscyklusvurdering (LCA), og drivhusgasemissioner er en nøglekomponent.

For majsethanol, de fleste drivhusgasemissioner kan kortlægges til brændstoffets produktion, transport, og forbrænding, men en stor del af drivhusgasberegningen kan spores helt tilbage til gården. På grund af privatlivets fred, imidlertid, videnskabsmænd kan ikke få adgang til individuelle beslutninger om bedriftsledelse, såsom gødningstype og -mængde.

Kvælstofgødningsdata er en vigtig del af beregningen, fordi en del af disse gødninger ender i atmosfæren i form af lattergas, en meget potent drivhusgas. Majsnitrogengødningsdata er offentligt tilgængelige på nationalt og statsligt niveau, men videnskabsmænd hævder, at dette opløsningsniveau maskerer, hvad der virkelig bliver brugt på gårde over hele landet og kan føre til unøjagtige LCA'er for majsethanol.

I en ny undersøgelse fra University of Illinois og U.S. Department of Energy's Argonne National Laboratory, forskere udviklede de første kvælstofanvendelsesdatasæt på amtsniveau til majs, dramatisk forbedring af nøjagtigheden af ​​drivhusgasberegninger for afgrøden.

"At have gode data er virkelig vigtigt for at fremme både en fælles diskussion og større tillid til LCA'er. Vi har set nogle misbrug af livscyklusanalyser ved hjælp af virkelig rå tal, nedskalering af store gennemsnit, der virkelig kan variere meget. Så selvom amtsniveauet stadig ikke er så præcist, som vi gerne ville, det er en stor bedrift at komme til den skala, " siger Michelle Wander, professor i Institut for Naturressourcer og Miljøvidenskab i Illinois og medforfatter på undersøgelsen.

Hoyoung Kwon, ledende miljøforsker i Systems Assessments Center i Argonne og medforfatter på undersøgelsen, siger, at protokollen og resultaterne vil hjælpe landbrugs- og bioøkonomisamfundet til bedre at forstå virkningerne af højopløselige nitrogengødningsdata på majsbaserede biobrændstof-LCA'er.

"Nitrogenoxid udgør omkring halvdelen af ​​de samlede drivhusgasser forbundet med majsdyrkning, " siger Kwon. "Nu kan vi differentiere udledning af lattergas i forbindelse med majsdyrkning på amtsniveau, og kan vise, hvor meget disse emissioner varierer med beliggenhed og landbrugspraksis."

Yushu Xia, som ledede analysen og for nylig afsluttede sit doktorgradsprogram hos Wander, brugt to tilgange til at bestemme amtsniveau kvælstofgødning og gødningsforbrug.

Den første, som Xia kalder top-down tilgangen, var lidt som at lægge et puslespil ved at bruge brikker af forskellig størrelse. På amtsplan, hun fandt data for kvælstofgødning og gødningstilførsel, men tallene blev aggregeret på tværs af alle afgrøder, ikke specifikt majs. Datasættet på statsniveau inkluderede befrugtet areal i majs, så det var et spørgsmål om at matche amt med stat. Statens datasæt inkluderede også nitrogentilførsler, men aggregerede dem på tværs af gødningstyper. Data validering, eller dobbelttjekke oplysninger om stat og land, blev derfor endnu et puslespil.

"For top-down tilgangen, vi brugte data fra gødningssalg, oplysninger udarbejdet af Association of American Plant Food Control Officials. Så vi antager, at disse tal er relativt nøjagtige; nogen har faktisk købt det nitrogen. Yushu gennemgik en møjsommelig indsats, dybest set ved at bruge det afgrødedatalag som et puslespil til at finde ud af, hvor meget majs der er, hvor og i hvilken rotation over tid. Og så også til gyllen:Hvor mange dyr er der? Hvor er de? Hvilken slags dyreaffald og hvor meget? Det er bogstaveligt talt en budgetbestræbelse at forsøge at finde ud af, hvad der er rimeligt og sandt, " siger Wander.

Xias anden tilgang tog majsudbytte, sædskifte, og jordegenskaber fra amtsniveau og estimeret kvælstoftilførsel baseret på mængden af ​​kvælstof, der skal til for at opnå dette udbytte. Ved at sammenligne resultaterne af de to tilgange fortalte Xia-landmændene, at de anvender nitrogen i overkant af, hvad der er nødvendigt.

"Nationalt, de vægtede gennemsnit af majsnitrogentilførsler baseret på majsplantede arealer oversteg nitrogenbehovet med 60 kg pr. med et nitrogenoverskud fundet i 80 % af alle amerikanske majsproducerende amter, " siger Xia.

Overskydende anvendelse var mest udtalt i Midtvesten, efterfulgt af de nordlige sletter. Den sydøstlige og nordvestlige del af landet havde forholdsvis lave mængder af kvælstoftilførsel og overskudsniveauer. Vestlige stater var generelt mere varierende.

Xia siger, at teknikken kan være nyttig ud over estimeringer af lattergasemissioner.

"Vores tilgang kan også bruges til at estimere nitrogenudvaskning, ammoniak emissioner, andre drivhusgasemissioner, eller vand- og kulstoffodaftrykket. Disse dataforbedringer kan virkelig hjælpe med at skabe og udnytte bedre økosystemmodeller og livscyklusanalyser."

Kwon angiver, at den nye tilgang potentielt kan bruges af politiske beslutningstagere på nationalt plan.

"EPA's nationale drivhusgasopgørelsesrapport bruger i øjeblikket data om nitrogengødning på statsniveau til at generere nationale estimater af lattergasemissioner fra gødning. Hvis de anvender disse højopløselige data på amtsniveau, de kan forfine disse tal på nationalt plan."

Resultaterne kunne også hjælpe landmænd med at træffe mere informerede ledelsesbeslutninger.

"Gødningspriserne er skyhøje lige nu, så da vores resultater tyder på, at nogle landmænd overforbruger op til en tredjedel af deres nitrogen, de kunne sikkert trække sig lidt tilbage og spare nogle penge, " siger Wander.

Artiklen, "Udvikling af data på amtsniveau for kvælstofgødning og gødningsinput til majsproduktion i USA, " er offentliggjort i Journal of Cleaner Production .