Nieuwe studies van het Center for Advanced Bioenergy and Bioproducts Innovation (CABBI) werpen meer licht op de economische en milieukosten van mandaten in de Renewable Fuels Standard (RFS), een federaal programma om de biobrandstoffensector van het land uit te breiden.

Onderzoekers zeiden dat de onderzoeken aangeven dat er een meer gericht beleid moet worden aangenomen dat de voordelen voor het milieu en het ecosysteem van meerjarige bio-energiegewassen belangrijker vindt dan goedkopere opties - en dat boeren financiële prikkels bieden om ze te verbouwen.

De RFS is uitgegeven in 2005 en bijgewerkt via de Energy Independence and Security Act van 2007 om de Amerikaanse energiezekerheid te verbeteren, de uitstoot van broeikasgassen (BKG) verminderen, en plattelandsontwikkeling te bevorderen. De normen van 2007 verplichtten het mengen van 36 miljard gallons eerste generatie biobrandstoffen (gemaakt van voedselgewassen zoals maïs, zoals ethanol) en biobrandstoffen van de tweede generatie (gemaakt uit de biomassa van miscanthus of andere energiegrondstoffen) met fossiele brandstoffen tegen 2022, ter vervanging van stookolie en brandstof op petroleumbasis. Aan het mandaat voor maïs-ethanol is voldaan, met jaarlijks 15 miljard gallons geproduceerd, maar de productie van cellulose-biobrandstoffen is verwaarloosbaar. Doelstellingen na 2022 moeten nog worden bepaald.

De biobrandstofmandaten hebben op meerdere manieren invloed op het milieu:landgebruik, BKG-emissies, stikstof (N) toepassing, en lekkage van schadelijke stikstofverbindingen in de bodem, lucht, en water. Die effecten verschillen per grondstof, evenals de economische kosten en baten voor consumenten die voedsel en brandstof kopen en voor producenten, afhankelijk van de teeltkosten en de concurrentie om akkerland voor alternatieve toepassingen.

De eerste studie berekende de netto economische en milieukosten van de RFS-mandaten en ontdekte dat het handhaven van het maïs-ethanolmandaat zou leiden tot een cumulatieve netto-kost voor de samenleving van bijna $ 200 miljard van 2016 tot 2030 in vergelijking met het ontbreken van RFS. De maatschappelijke kosten van stikstofschade door de productie van maïsethanol compenseert aanzienlijk de maatschappelijke voordelen van broeikasgasbesparingen.

Anderzijds, implementatie van het aanvullende cellulosemandaat zou substantiële economische en milieuvoordelen kunnen opleveren met technologische innovaties die de kosten verlagen voor het omzetten van biomassa in cellulose-ethanol en beleid dat een hoge in geld uitgedrukte waarde hecht aan de reductie van broeikasgassen. die studie, gepubliceerd in Brieven voor milieuonderzoek , werd geleid door CABBI Sustainability Theme Leader Madhu Khanna en Ph.D. student Luoye Chen van de University of Illinois Urbana-Champaign.

De tweede studie onderzocht hoe de volledige uitvoering van de RFS-mandaten de waterkwaliteit in het stroomgebied van de Mississippi/Atchafalaya (MARB) en de Golf van Mexico zal beïnvloeden, die worden geplaagd door stikstofafvoer van maïs- en sojabonenvelden. Stijgende N-niveaus hebben zuurstof verbruikt en een hypoxische dode zone in de golf gecreëerd. specifiek, in deze studie werd gekeken of het diversifiëren van akkerland met meerjarige energiegewassen, zoals CABBI-teelt, het N-verlies in verband met de maïsproductie kon verminderen en zo de waterkwaliteit kon verbeteren en tegelijkertijd de RFS-doelen kon halen.

Het ontdekte dat de meest economische plaats om meerjarige bio-energiegewassen te verbouwen, die doorgaans minder stikstofbemesting en een lagere N-afvoer nodig hebben, was op onbebouwd akkerland. Dit beperkte hun potentieel om N-afvoer te verminderen, die het hoogst zou zijn als ze de N-intensieve rijgewassen op akkerland zouden vervangen. De N-reductievoordelen van bio-energiegewassen zouden ook meer dan teniet worden gedaan door de toename van de afvoer die wordt gegenereerd door het oogsten van goedkope gewasresten zoals maïskolven - bladeren en stengels van maïs die achterblijven nadat het graan is geoogst - voor cellulosebiomassa. De bevindingen suggereren dat gerichte prikkels voor het verminderen van N-verlies nodig zijn om telers te overtuigen om N-intensieve rijengewassen en biomassa uit maïsstoof te vervangen door bio-energiegewassen. Gepubliceerd in Milieuwetenschap en -technologie , de studie werd geleid door universitair hoofddocent agronomie Andy VanLoocke en Ph.D. student Kelsie Ferin van de Iowa State University.

Samen, de studies toonden aan dat het handhaven van het mandaat voor maïs-ethanol meer land in de maïsproductie duwt, waardoor de marktprijs van andere landbouwgrondstoffen stijgt. Hoewel producenten kunnen profiteren van hogere marktprijzen, consumenten die brandstof of landbouwproducten kopen, betalen de kosten. En hoewel het mandaat voor maïs-ethanol kan helpen om BKG te verminderen door fossiele brandstoffen te vervangen door biobrandstoffen, het verhoogt de stikstofuitspoeling vanwege het toegenomen gebruik van kunstmest met uitgebreide maïsproductie. Dat verslechtert de waterkwaliteit in de MARB en de Golf van Mexico en leidt tot enorme milieu- en sociale kosten.

In tegenstelling tot, het mandaat voor cellulose-ethanol zou een algemeen voordeel kunnen opleveren met het juiste beleid. Ondersteuning van onderzoek en ontwikkeling om de kosten van de omzetting van biomassa in cellulose-ethanol te verlagen, zou de productiekosten aanzienlijk verlagen en de sociale voordelen vergroten, en een hoge in geld uitgedrukte waarde voor de beperking van broeikasgassen zou alle andere kosten kunnen compenseren.

Deze bevindingen zouden beleidsmakers ertoe moeten brengen de effectiviteit van technologiemandaten zoals de RFS, die alle cellulose-grondstoffen als identiek behandelen, in twijfel te trekken. Het stimuleert goedkopere opties zoals maïskolven en beperkt de prikkels om meerjarige energiegewassen met een hoge opbrengst te telen die een lagere koolstofintensiteit en N-lekkage hebben, maar die volgens de huidige technologie duurder zijn.

CABBI-onderzoekers hopen op prestatiegericht beleid, inclusief de koolstofarme brandstofnorm, belasting op koolstof- en stikstoflekkage, of limieten voor oogst van gewasresten en N-toepassing - kunnen worden geïmplementeerd als aanvulling op de RFS-mandaten na 2022.

De complexiteit van biobrandstoffenbeleid vereist expertise van zowel agronomen als economen, zoals in deze onderzoeken. Beide onderzoeksteams ontwikkelden geïntegreerde economische en biofysische modellen waarin ze een breed scala aan factoren in hun analyses opnemen.

"CABBI biedt een geweldige kans voor dit soort onderzoek, inspirerende samenwerkingen uit verschillende disciplines, ' zei Khanna.