Dat biobrandstoffen kunnen bijdragen aan een schonere mondiale energiemix is ​​algemeen aanvaard, maar de nettovoordelen van bio-energie in termen van het verminderen van broeikasgassen (BKG) zijn twijfelachtig. Sommigen beweren, bijvoorbeeld, dat biobrandstoffen niet duurzaam zijn omdat de omzetting van niet-landbouwgrond voor het verbouwen van energiegewassen zou kunnen leiden tot een aanzienlijke initiële afname van de koolstofopslag, het creëren van wat bekend staat als een "koolstofschuld voor biobrandstoffen".

Een studie door een grensoverschrijdende groep onderzoekers gepubliceerd in Proceedings van de National Academy of Sciences (PNAS) zou dit argument kunnen weerleggen.

De studie toonde aan dat het BKG-verminderingspotentieel van switchgrass-teelt voor de productie van cellulose-ethanol in de VS per hectare vergelijkbaar was met dat van herbebossing en meerdere keren groter dan dat van graslandherstel. Switchgrass (Panicum virgatum) is een veel geteeld Noord-Amerikaans inheems gras dat wordt voorgesteld als biomassa voor de biobased economy.

Meer geavanceerde technologie en integratie van koolstofafvang en -opslag (CCS) zou het mitigatiepotentieel van bio-energiesystemen per hectare verder met een factor zes kunnen vergroten, volgens de studie, die werd ondersteund door São Paulo Research Foundation-FAPESP via een project onder leiding van John J. Sheehan.

Sheehan is verbonden aan de University of Minnesota in de VS en is momenteel visiting fellow aan de University of Campinas's School of Agricultural Engineering (FEAGRI-UNICAMP) in de staat São Paulo, Brazilië, onder auspiciën van de (São Paulo Excellence Chair (SPEC).

Mede-hoofdauteur van de studie, Lee R. Lynd, een professor aan het Dartmouth College in Hannover, New Hampshire (VS), begon in februari met een project bij UNICAMP's Centre for Molecular Biology and Genetic Engineering (CBMEG), met financiering van FAPESP in het kader van het SPEC-programma.

"De studie belicht in detail de factoren en strategieën die belangrijk zijn voor de implementatie van de productie van biobrandstoffen op een manier die helpt het klimaat te stabiliseren, ' vertelde Lynd.

Vragen beantwoord

Volgens de auteurs is critici van bio-energie vragen zich af of grondstofgewassen duurzaam kunnen worden gewonnen zonder een zelfvernietigende vermindering van de koolstofopslag van ecosystemen te veroorzaken.

Naast de "koolstofschuld" die voortvloeit uit de omzetting van niet-landbouwgrond in plantages voor energiegewassen, het gebruik van bestaande productieve landbouwgrond met lage koolstofvoorraden kan ook contraproductief zijn als de voedselproductie wordt verplaatst en de uitstoot van broeikasgassen elders toeneemt.

Dit effect, bekend als indirecte verandering in landgebruik, kan worden geminimaliseerd of vermeden door het verbouwen van grondstoffen voor biobrandstoffen op laagproductieve of verlaten akkers, of land dat wordt gespaard van voortgezet gebruik in de landbouw door toekomstige intensivering van de landbouw of veranderingen in het dieet.

Herbebossing biedt een alternatief gebruik van dergelijk land voor het verminderen van broeikasgassen. Echter, er wordt vaak beweerd dat bij de beoordeling van de productie van bio-energie in deze gebieden rekening moet worden gehouden met hun "opportuniteitskosten", d.w.z. de koolstofvastlegging die achterwege blijft wanneer land wordt gebruikt voor de productie van grondstoffen in plaats van voor herbebossing.

"De belangrijkste studies die tot nu toe zijn gepubliceerd, suggereren geen netto verandering in landgebruik, maar indirecte veranderingen in landgebruik worden nog steeds aangevoerd als een belangrijke kritiek op biobrandstoffen, ' zei Lynd.

Deze argumenten waren aanvankelijk gericht op biobrandstoffen van de eerste generatie - verkregen uit suiker, zetmeel of plantaardige olie in voedselgewassen die op landbouwgrond worden verbouwd, maar vragen die zich richten op koolstofschuld, indirecte verandering in landgebruik, en alternatieve kosten zijn sindsdien gestegen met betrekking tot de productie van cellulosebiomassa voor gebruik in geavanceerde biobrandstofproductie of elektriciteitsopwekking.

Op basis van deze en andere argumenten recente studies suggereren dat het gebruik van land voor de productie van grondstoffen voor bio-energie een minder dan ideale impact heeft op het verminderen van de klimaatcrisis, en bevelen aan dat onderzoek en beleid opnieuw worden gericht op biologisch koolstofbeheer op het land.

Echter, die studies zijn vaak gebaseerd op secundaire schattingen van de prestaties van bio-energiesystemen en alternatieve kosten voor mitigatie. Verder, ze sluiten over het algemeen CCS of toekomstige technologische verbeteringen uit, merken de auteurs op.

"Elk van de kritieken die we in de studie bespreken, heeft enige legitimiteit in termen van wijzen op factoren die de gunstige invloed van biobrandstoffen op het klimaat kunnen tenietdoen, maar ze moeten niet worden opgevat als bewijs dat biobrandstoffen helemaal geen gunstig effect kunnen of hebben, ' zei Lynd.

Om de argumenten van critici van de duurzaamheid van biobrandstoffen te weerleggen, de onderzoekers gebruikten ecosysteemsimulatie in combinatie met modellen van de productie van cellulose-biobrandstof en CCS, het inschatten van het potentieel van biobrandstof uit energiegras om fossiele brandstoffen te vervangen en koolstof direct vast te leggen in vergelijking met andere mitigatieprogramma's op het land, zoals herbebossing en herstel van grasland.

Ze hebben het ecosysteemmodel gekalibreerd om tijdelijk expliciete simulaties uit te voeren van koolstofuitwisseling tussen atmosfeer en biosfeer onder verschillende landgebruikskeuzes op drie case study-locaties in de VS.

De analyse toonde aan dat wanneer boeren overstapten van switchgrass naar cellulose-ethanol, het mitigatiepotentieel per hectare vergelijkbaar was met dat van herbebossing en meerdere malen groter dan dat van graslandherstel.

Het toonde ook aan dat het mitigatiepotentieel van plausibele toekomstige verbeteringen in de opbrengst van energiegewassen en bioraffinagetechnologie, samen met CCS, zou vier keer groter kunnen zijn dan die van herbebossing en 15 keer groter dan die van graslandherstel.

"In aanvulling, we ontdekten dat natuurlijke bodembedekking en de technologische maturiteit van de toeleveringsketen een significant verschil maken als het gaat om het inschatten van de relatieve voordelen van broeikasgasreductie door biobrandstoffen en herstel van natuurlijke vegetatie, ' zei Lynd.

Switchgrass-teelt kan met name nuttig zijn in delen van de VS waar de natuurlijke plantenbedekking bestaat uit gras in plaats van bomen, volgens de studie.

In de toekomst, the researchers plan to use the same modeling approach to discuss these issues for the US on a nationwide scale. "An important direction in which the study points is an analysis of a broader range of sites, energy crops, and conversion processes, including those designed to include biofuel production in a manner consistent with the circular economy, " Lynd said.

The methodology could also be used to analyze the production of biofuel from sugarcane in Brazil, hij voegde toe.