Transport is verantwoordelijk voor een groter deel van de uitstoot van broeikasgassen dan enige andere sector van de Amerikaanse economie, waardoor biobrandstoffen een veelbelovende strategie zijn om door de mens veroorzaakte klimaatverandering tegen te gaan. De U.S. Renewable Fuel Standard, gecreëerd door de wetgeving van 2007, schrijft voor dat dergelijke brandstoffen gedeeltelijk op aardolie gebaseerde brandstoffen vervangen. Tot dusver is het mandaat echter bijna volledig vervuld door maïsethanol, een brandstof die mogelijk slechter is voor het klimaat dan de benzine die het vervangt.

Vijftien jaar later evalueerde onderzoek onder leiding van de Universiteit van Wisconsin-Madison de milieueffecten van maïs-ethanol en het beleid dat het beheert, met behulp van een combinatie van econometrische analyses, gegevens over landgebruik en biofysische modellering.

De analyse, deze week gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences , toont aan dat de koolstofemissies van het gebruik van land om maïs te verbouwen alle klimaatvoordelen van maïs-ethanol ten opzichte van benzine teniet kunnen doen of zelfs kunnen terugdraaien.

De resultaten bevestigen wat veel wetenschappers al beseften:vanuit klimaat- en milieustandpunt is maïsethanol geen goede oplossing voor biobrandstoffen. In plaats daarvan sluiten de bevindingen aan bij de beweging in bio-energieonderzoek naar de ontwikkeling van biobrandstoffen van de volgende generatie, zoals die gemaakt van meerjarige, niet-voedselplanten die worden gekweekt op land dat minder geschikt is voor conventionele landbouw.

"Het bevestigt in feite wat velen vermoedden, dat maïs-ethanol geen klimaatvriendelijke brandstof is en dat we de verschuiving naar betere hernieuwbare brandstoffen moeten versnellen, evenals verbeteringen in efficiëntie en elektrificatie moeten aanbrengen", zegt hoofdonderzoeksauteur Tyler Lark, een wetenschapper in het Great Lakes Bioenergy Research Center en het Nelson Institute for Environmental Studies in UW–Madison.

De resultaten komen vooral op het juiste moment, zegt hij, omdat de Renewable Fuel Standard tot 2022 specifieke jaarlijkse biobrandstofvolumes verplicht stelt; zodra deze eisen vervallen, zal de Environmental Protection Agency de rol overnemen om te bepalen hoeveel en welke soorten biobrandstof elk jaar moeten worden geproduceerd om aan de norm te voldoen. Wat daarna komt, kan beleidsmatig een zeer groot effect hebben op de klimaatverandering, zegt Lark. "Het is een cruciaal moment om te beslissen hoe dit beleid en ons landschap eruit moeten zien."

In hun onderzoek naar veranderende patronen van landgebruik in de VS hebben Lark en zijn collega Holly Gibbs, een UW-Madison professor in milieustudies en geografie, de uitbreiding opgemerkt van landbouwgrond die bestemd is voor basisgewassen, met name maïs. Ze vermoedden dat de productie van ethanol een rol zou kunnen spelen. "We wisten dat het waarschijnlijk zou bijdragen, maar we wisten niet in welke mate", zegt Gibbs.

Ze stelden een interdisciplinair team samen, bestaande uit agro-ecologen, milieumodelleurs en economen van UW-Madison, de University of California, Davis, Kansas State University en de University of Kentucky. Het team bouwde voort op eerdere modelstudies om een ​​meer empirische analyse uit te voeren van de verbanden tussen beleid, ethanolontwikkeling, landgebruik en milieuresultaten.

"Het is de eerste keer dat we deze gedetailleerde, rijke gegevens over landgebruik hebben gekoppeld aan de onderliggende economische factoren", zegt Gibbs. "De prijsgegevens en economische modellen boden de verklarende kracht om ons te helpen de causaliteit achter deze veranderingen te begrijpen die we al tien jaar waarnemen."

De inwerkingtreding van de Renewable Fuel Standard dreef de oogstprijzen op, blijkt uit hun analyse, waarbij de maïsprijzen met 30% stegen en andere basisgewassen, zoals tarwe en sojabonen, met 20%. Van 2008 tot 2016 nam de maïsteelt in de VS toe met 8,7%, waardoor er nog eens 6,9 miljoen hectare grond werd bestreken. Deze toegenomen landbouw ging gepaard met meer gebruik van kunstmest (elk jaar 3 tot 8% extra), meer degradatie van de waterkwaliteit (3 tot 5% toename van nitraatuitspoeling en fosforafvoer) en meer koolstofemissies als gevolg van veranderingen in landgebruik.

Die effecten hebben invloed op het dagelijks leven van mensen in het hele land. Stikstof- en fosforafvoer dragen bij aan schadelijke algenbloei en dode zones in meren, rivieren en de Golf van Mexico. En nitraatuitspoeling kan grondwater en drinkwater verontreinigen; het is niet ongebruikelijk dat gemeenten in de staten in het Midwesten nieuwe waterzuiveringsinstallaties moeten bouwen om nitraat in hun water te behandelen tegen vervuiling door de landbouw. Maïsethanol verergert deze problemen.

"Dit ene beleid heeft de vervuiling van de hele landbouwindustrie met enkele procenten opgedreven", zegt Lark.

Het totale effect is dat de koolstofemissies van ethanol op basis van maïs, geproduceerd om te voldoen aan de norm voor hernieuwbare brandstof, minstens zo hoog is als die van de equivalente hoeveelheid benzine en mogelijk hoger, waarschijnlijk met 24% of meer.

Volgens de Renewable Fuel Standard moest een brandstof ten minste 20% minder broeikasgassen uitstoten ten opzichte van aardolie om als hernieuwbaar te kwalificeren. Maïsethanol heeft net de drempel gehaald in de EPA-analyse van de impact van de regelgeving van 2010, waarbij de emissies naar schatting 20-21% lager zijn in vergelijking met benzine.

Maar het milieuprofiel van ethanol komt niet overeen met de verwachtingen. Met het voordeel van achteraf, zegt Lark, kunnen ze één reden zien waarom. "In de regelgevende analyse van de EPA schatten ze een zeer kleine hoeveelheid verandering in binnenlands landgebruik", merkt hij op, "en misschien terecht. Niemand verwachtte zo'n grote reactie, omdat het akkerland in de VS de afgelopen 30 jaar was afgenomen. jaar."

In het afgelopen decennium heeft het onderzoek van Lark en Gibbs echter zowel de uitbreiding van het akkerland als een significante omschakeling van vruchtwisseling met soja en tarwe naar een meer continue maïsmonocultuur aangetoond.

"De oorspronkelijke schattingen van de EPA suggereerden dat verandering in landgebruik in de VS koolstof zou vasthouden en de koolstofvoetafdruk van ethanol zou helpen verbeteren. Maar achteraf weten we nu dat het precies het tegenovergestelde deed", zegt Lark. "In plaats van de koolstofintensiteit van ethanol te verlagen tot 20% lager dan die van benzine, lijkt het erop dat het de koolstofintensiteit zelfs zo veel hoger maakt dan die van benzine."

De introductie van 10% maïs-ethanol in benzinemengsels is een nuttige stap geweest in de richting van de integratie van hernieuwbare energie in de reguliere brandstoffen, zeggen Lark en Gibbs, maar het is geen goede langetermijnstrategie. Cellulose en andere geavanceerde biobrandstoffen, zoals die gemaakt van switchgrass, andere vaste planten of afvalmaterialen, bieden de mogelijkheid om op een duurzamere manier voort te bouwen op die start.

"We gebruiken nu veel land voor maïs en ethanol", zegt Lark. "Je zou je kunnen voorstellen dat je de bestaande 15 miljard gallons maïs-ethanol zou vervangen door biobrandstoffen van de volgende generatie als die productie online komt. Dat zou de mogelijkheid bieden om miljoenen hectares maïsvelden te herstellen tot meerjarige inheemse graslanden en andere landschappen die mogelijk kunnen worden gebruikt voor bio-energie , nog steeds economisch productief zijn en ook helpen bij het verminderen van nitraatuitspoeling, erosie en afvoer."

Uiteindelijk onderstrepen de bevindingen dat beleidsbeslissingen op korte termijn een blijvende ecologische erfenis zullen hebben, zowel positief als negatief.

"Dit voegt urgentie toe aan het cruciale werk dat wordt gedaan in onze onderzoekscentra voor bio-energie om manieren te vinden om koolstofnegatieve biobrandstoffen te genereren", zegt Lark, "en om meerjarige en inheemse systemen te gebruiken die de waterkwaliteit kunnen verbeteren, de biodiversiteit kunnen verbeteren en echt helpen onze doelstellingen voor het terugdringen van de CO2-uitstoot."