Het koolstofarm maken van de landbouw is van cruciaal belang voor de VS om tegen 2050 netto nul-emissies te bereiken. Een nieuwe datagestuurde benadering kijkt naar praktijken die goed zijn voor de aarde en winstgevend voor boeren.

De wereld vertrouwt op Amerikaanse boeren om veel meer te doen dan alleen tafels dekken. Naast het produceren van voedsel voor mens en dier, produceren Amerikaanse boeren grondstoffen voor de productie van biobrandstoffen.

Daarbij draagt ​​de landbouwindustrie ongeveer 10% bij aan de uitstoot van broeikasgassen (BKG) in de VS. Omdat de hoeveelheid land die bestemd is voor landbouw beperkt is, moeten boeren meer manieren vinden om efficiënt, duurzaam en winstgevend te werken en tegelijkertijd de uitstoot van broeikasgassen te verminderen. Met nieuwe praktijken kunnen boeren van boerderijen een netto-put maken van CO₂ , waardoor de VS hun doel bereiken om tegen 2050 netto nul-emissies te bereiken.

Duurzame intensivering is een tweeledige aanpak waarvan velen denken dat die zou kunnen helpen. Het probeert landgebruik en beheerspraktijken te optimaliseren voor maximale productiviteit van landbouwgrond en probeert tegelijkertijd de bijbehorende milieu-impact te minimaliseren. De kunst is om de juiste balans te vinden tussen de twee doelstellingen.

Wetenschappers die gespecialiseerd zijn in agro-ecosysteemmodellering en levenscyclusanalyse (LCA) van de Colorado State University (CSU) en het Argonne National Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) hebben dit probleem op een nieuwe analytische manier benaderd in een recent onderzoek naar maïs- en sojateelt in Iowa. Ze waren co-auteur van een artikel, "Een benadering voor de beoordeling van de levenscyclus van een landschap met meerdere producten voor het evalueren van het lokale klimaatmitigatiepotentieel", in het nummer van 20 juni van het Journal of Cleaner Production .

"Het concept van duurzame intensivering van de landbouw werd toegepast op meer grootschalige landschapstoepassingen", zegt een van de co-auteurs van het artikel, Hoyoung Kwon, een van de belangrijkste milieuwetenschappers in de divisie Energy Systems and Infrastructure Analysis (ESIA) van Argonne. "We hebben gekeken naar productiviteit en BKG-emissies, probeerden de tactieken en producten van landbeheer te optimaliseren en onderzochten verschillende afwegingen die de land- en landproductiviteit verbeteren."

Boeren kunnen bijvoorbeeld oogstresten van maïs (of "stover") opruimen en hergebruiken voor biobrandstof, maar een percentage van de stoof kan in de bodem achterblijven voor waardevolle nutriënten en koolstofbronnen voor toekomstige gewassen. Boeren kunnen bodembedekkers planten tijdens het winterseizoen (of "braak"), als aanvulling op verwijderde stoof. De auteurs hebben rekening gehouden met energie, die emissiekosten met zich meebrengt voor het planten van bodembedekkers, om holistisch de netto voordelen van het verwijderen van stoofperen en het planten van bodembedekkers aan te pakken. Boeren kunnen ook verminderen hoeveel land ze bewerken nadat een groeiseizoen is afgelopen, wat het verval vermindert en de hoeveelheid CO₂ vermindert die uit de grond komt. De boer moet echter een deel van het land bewerken om klaar te zijn voor het volgende groeiseizoen.

Hoewel sommige boeren al een of zelfs alle drie deze praktijken volgen, geloven de wetenschappers van Argonne dat een beter begrip van hun impact meer zal motiveren om dit te doen, met echt voordeel.

"Onze aanpak geeft een holistisch perspectief en kijkt naar het perspectief van de boer:wat zijn alle producten die op het land kunnen worden geproduceerd en wat zijn de duurzaamheidsvoordelen?" zei co-auteur Troy Hawkins, groepsleider brandstoffen en producten in de ESIA-divisie van Argonne. "Landbouw kan een riskante oefening zijn met lage marges. Winstgevendheid zal altijd een primaire focus zijn. Duurzaamheid heeft echter een waarde die misschien niet wordt erkend. Hoe kunnen we dat alles combineren met veranderingen in landbeheerpraktijken om de landbouw duurzamer te maken en te verbeteren boerenkosten?"

De wetenschappers keken naar de afwegingen en synergieën tussen duurzame intensivering en koolstofvasthoudende instandhoudingsmaatregelen in een realistisch scenario. Ze gebruikten twee modellen - DayCent en de broeikasgassen, gereguleerde emissies en LCA voor energieverbruik in technologieën (GREET) - om een ​​landbouwgebied stroomopwaarts van Des Moines, Iowa, te evalueren.

Het DayCent-model geeft de dagelijkse stromen van koolstof, stikstof en water weer tussen de atmosfeer, vegetatie en bodem in natuurlijke en agrarische ecosystemen. De wetenschappers vertrouwden erop om de BKG-emissies bij de productie van maïsethanol en de effecten van de oogst van residuen te evalueren.

Ze gebruikten GREET om rekening te houden met emissies die verband houden met landbouwactiviteiten en het gebruik van geoogste maïskorrels, sojabonen en maïskolven als grondstof voor de productie van biobrandstoffen. GREET wordt veel gebruikt in alle sectoren om het energieverbruik, de uitstoot van broeikasgassen, de uitstoot van luchtverontreinigende stoffen en het waterverbruik in verband met de toeleveringsketens van biobrandstoffen en andere transport- en energietechnologieën te evalueren. Mede-co-auteur Michael Wang, Argonne's interim-divisiedirecteur voor energiesystemen en infrastructuur, is een primaire architect van GREET.

Volgens de studie zou het oogsten van 30% van de maïskolven voor de productie van biobrandstoffen de inkomsten van de boerderij verhogen, de nettowinstgevendheid verdubbelen en de totale productie van biobrandstoffen uit het landschap met 17-20% verhogen. Het verwijderen van de stover zou ook de broeikasgassen enigszins verminderen, maar het verminderde de basishoeveelheid goede koolstof in de bodem met 40%. Ter vergelijking:geïntegreerde benaderingen, waaronder het bijsnijden van winterbedekking en/of vermindering van de intensiteit van de grondbewerking, zouden de koolstof in de bodem verhogen, de winstgevendheid van de boerderij verbeteren en meer broeikasgassen verminderen.

"We hebben ons gericht op maïs en soja, maar onze aanpak zou kunnen worden uitgebreid naar andere gewassen", zegt Hawkins. "Veel boerderijen zijn tegenwoordig grote, industriële boerderijen die hightech zijn en veel meer vertrouwen op gegevens met een hoge resolutie. We willen boeren, regionale planners en anderen in landbouwbeheer een hulpmiddel geven om te berekenen hoe ze land duurzaam kunnen gebruiken en de meeste waarde kunnen krijgen uit het land. Dit zal zowel de winstgevendheid als de milieudoelstellingen bevorderen."