Onderzoekers van het Center for Advanced Bioenergy and Bioproducts Innovation (CABBI) ontdekten dat de overgang van land dat is ingeschreven in het Conservation Reserve Program (CRP) naar bio-energielandbouw voordelig kan zijn voor Amerikaanse landeigenaren, de regering, en het milieu.

Land dat is ingeschreven in het CRP kan momenteel niet worden gebruikt voor de productie van gewassen voor bio-energie, waarin hoogproductieve planten (zoals miscanthus en switchgrass) worden geoogst voor omzetting in verhandelbare bioproducten die fossiele brandstoffen en op steenkool gebaseerde energie verdringen. Opgericht door het Amerikaanse ministerie van landbouw in 1985, de CRP stimuleert landeigenaren om ecologisch aangetaste akkers met pensioen te laten gaan, landbouwproductiviteit ruilen voor inheemse habitats en in ruil daarvoor jaarlijkse overheidsbetalingen accepteren.

Terwijl de wereld opwarmt en de bevolking explosief groeit, de wereldwijde vraag naar voedselproductie staat op gespannen voet met de verminderde landbouwproductiviteit die wordt bedreigd door extreme klimaatomstandigheden. Daarom, het toewijzen van CRP-land voor hoogproductieve energiebiomassa kan de noodzaak voor bio-energiegewassen en voedselgewassen om om ruimte te strijden elimineren.

Een team onder leiding van CABBI Sustainability Theme Leader Madhu Khanna en Ph.D. student Luoye Chen ontwikkelde een geïntegreerde modelleringsaanpak om de levensvatbaarheid te beoordelen van de overgang van CRP-land in het oosten van de VS naar meerjarige bio-energiegewassen. hun papier, gepubliceerd in Milieuwetenschap en -technologie in januari 2021, bevestigd dat de landgebruiktransitie inderdaad levensvatbaar is, mits aan bepaalde essentiële voorwaarden wordt voldaan.

"Als voorstanders van een veiliger, duurzamere bio-economie, we moeten prioriteit geven aan het verdringen van fossiele brandstoffen, " zei Khanna, die tevens waarnemend directeur is van het Institute for Sustainability, Energie, en Milieu (iSEE) aan de Universiteit van Illinois Urbana-Champaign. "Als wetenschappers, het is onze verantwoordelijkheid om een ​​doordachte, innovatieve benadering om broeikasgassen te verminderen op een manier die op de lange termijn gunstig zal blijken.

"De transport- en elektriciteitssectoren willen de productie van bio-energie uitbreiden, en het is absoluut noodzakelijk dat de landbouwsector hetzelfde doet. Dit vereist een programma waarin bio-energie akkerland en voedsel akkerland naast elkaar bestaan ​​in plaats van te concurreren."

Het CABBI-team hanteert een geïntegreerde benadering voor het afwegen van de kosten en baten van het ruilen van de status-quo van CRP – onbebouwd areaal – voor bio-energie, het combineren van het Biobrandstof- en Milieubeleidsanalysemodel (BEPAM) met het biogeochemische model DayCent (Daily Time Step Version of the Century Model).

BEPAM beoordeelt de nettowinstgevendheid, antwoord op de belangrijkste vraag:welke precieze economische omstandigheden zullen CRP-grondbezitters ertoe aanzetten om over te schakelen naar akkerland met bio-energie? Een milieucontrapunt voor BEPAM, DayCent simuleert de volledige ecosysteemeffecten van de transitie op een bepaalde provincie, een "sneak peek" in de toekomst en licht werpen op hoe deze verandering in landgebruik factoren zoals gewasopbrengst kan beïnvloeden, uitwisseling van voedingsstoffen, en koolstofvastlegging in de bodem.

Een belangrijk onderdeel van deze studie aggregeert gegevens van beide modellen om een ​​broeikasgas (BKG) levenscyclusanalyse te formuleren, die de totale BKG's berekent die worden verminderd door het proces als geheel - van de fysieke handeling van het planten tot de introductie van schone energie in de bio-economie.

"De volledige levenscyclusanalyse is echt de sleutel tot het begrijpen van de algemene resultaten van ons onderzoek, "Zei Chen. "We houden met alles rekening - het proces van het daadwerkelijk groeien en oogsten van de grondstoffen, de koolstof die in de bodem is vastgelegd, en het feit dat uiteindelijk we verdringen fossiele brandstoffen door biobrandstoffen, en op kolen gebaseerde elektriciteit met bio-elektriciteit.

"Door dat eindresultaat in gedachten te houden, wordt al het andere verankerd in het uiteindelijke doel van een netto positieve milieu-impact."

Het team concludeerde dat het omzetten van 3,4 miljoen hectare CRP-land in bio-energie tussen 2016 en 2030 economisch en ecologisch haalbaar is, onder bepaalde voorwaarden.

economisch gesproken, alle systemen zijn "go" als de marktprijs van biomassa hoog is en de overheid doorgaat met het verdelen van de juiste CRP-landhuurbetalingen. Deze factoren kunnen idealiter als tegenwicht fungeren:Als de biomassaprijzen dalen, aanzienlijke landhuurbetalingen kunnen de financiële stress van boeren verlichten en hun aanhoudende inzet voor bio-energie aanmoedigen; alternatief, stijgende biomassaprijzen zouden versoepelde overheidssteun rationaliseren, geld van de belastingbetaler besparen. Het team identificeerde twee ideale combinaties:1) landeigenaren ontvangen 100 procent van hun oorspronkelijke overheidsbetalingen en verkopen biomassa tegen $ 75/metrische ton; of 2) landeigenaren ontvangen 75 procent van hun oorspronkelijke betaling en verkopen biomassa voor $ 100/metrische ton. Ideaal, beide partijen profiteren.

Het omzetten van CRP-land naar bio-energie kan ook leiden tot aanzienlijke broeikasgasbesparingen. Eerdere studies tonen aan dat er aan het begin van de onderneming een grote "koolstofschuld in de bodem" kan ontstaan, tijdens de plantjaren van miscanthus en switchgrass. Echter, rekening houdend met de hierboven vermelde volledige levenscyclusanalyse, het onderzoeksteam stelde vast dat de langetermijneffecten van het vervangen van fossiele brandstoffen en op steenkool gebaseerde energie door bioproducten dit tijdelijke verlies meer dan goed zouden maken.

Gezien het inkomen van landeigenaren uit de verkoop van biomassa, besparingen op overheidsbetalingen om de bestaande CRP-inschrijving te behouden, en de in geld uitgedrukte voordelen van broeikasgasreductie door het verdringen van fossiele brandstoffen (gekwantificeerd met behulp van de "sociale kosten van koolstof"), de totale nettowaarde van het omzetten van CRP-land in bio-energie kan in de periode 2016-2030 oplopen tot $ 28 miljard tot $ 125 miljard.