Transporter står för en större andel av utsläppen av växthusgaser än någon annan sektor i den amerikanska ekonomin, vilket gör biobränslen till en lovande strategi för att mildra mänskligt drivna klimatförändringar. U.S. Renewable Fuel Standard, skapad av 2007 års lagstiftning, kräver att sådana bränslen delvis ersätter petroleumbaserade. Hittills har dock uppdraget nästan helt uppfyllts av majsetanol, ett bränsle som kan vara sämre för klimatet än bensinen det ersätter.

Femton år senare utvärderade forskning ledd av University of Wisconsin–Madison majsetanolens miljöpåverkan och den policy som styr den, med hjälp av en kombination av ekonometriska analyser, markanvändningsdata och biofysisk modellering.

Analysen publicerades den här veckan i Proceedings of the National Academy of Sciences , visar att koldioxidutsläppen från att använda mark för att odla majs kan motverka eller till och med vända eventuella klimatfördelar med majsetanol i förhållande till bensin.

Resultaten bekräftar vad många forskare redan insett:Ur klimat- och miljösynpunkt är majsetanol ingen bra biobränslelösning. Istället överensstämmer resultaten med rörelsen inom bioenergiforskningen mot att utveckla nästa generations biobränslen, till exempel de som är gjorda av fleråriga icke-livsmedelsväxter som odlas på mark som är mindre lämpad för konventionellt jordbruk.

"Det bekräftar i grunden vad många misstänkte, att majsetanol inte är ett klimatvänligt bränsle och vi måste påskynda övergången mot bättre förnybara bränslen, samt göra förbättringar i effektivitet och elektrifiering", säger huvudförfattaren Tyler Lark, en forskare. i Great Lakes Bioenergy Research Center och Nelson Institute for Environmental Studies vid UW–Madison.

Resultaten är särskilt lägliga, säger han, eftersom Renewable Fuel Standard kräver specifika årliga biobränslevolymer fram till 2022; När dessa krav löper ut kommer Naturvårdsverket att ta över rollen att bestämma hur mycket och vilka typer av biobränsle som ska produceras varje år för att uppfylla standarden. Vad som kommer härnäst politiskt kan ha en mycket stor effekt på klimatförändringen, säger Lark. "Det är ett avgörande ögonblick för att bestämma hur denna politik – och vårt landskap – ska se ut framåt."

I sina studier av förändrade mönster för markanvändning i USA har Lark och hans kollega Holly Gibbs, en professor i miljöstudier och geografi från UW–Madison, noterat utbyggnaden av jordbruksmark avsedd för råvarugrödor, särskilt majs. De misstänkte att etanolproduktion kunde spela en roll. "Vi visste att det sannolikt bidrog, men vi visste inte i vilken utsträckning", säger Gibbs.

De samlade ett tvärvetenskapligt team som sammanförde agroekologer, miljömodellerare och ekonomer från UW–Madison, University of California, Davis, Kansas State University och University of Kentucky. Teamet byggde på tidigare modelleringsstudier för att genomföra en mer empirisk analys av sambanden mellan policy, etanolutveckling, markanvändning och miljöresultat.

"Det är första gången vi har kopplat ihop denna detaljerade, rika markanvändningsdata med de underliggande ekonomiska drivkrafterna," säger Gibbs. "Prisdata och ekonomiska modeller gav förklaringskraften för att hjälpa oss förstå orsakssambandet bakom dessa förändringar som vi har observerat i ett decennium."

Antagandet av standarden för förnybart bränsle drev upp skördepriserna, visar deras analys, där majspriserna steg med 30 % och andra råvarugrödor, såsom vete och sojabönor, med 20 %. Från 2008 till 2016 ökade majsodlingen i USA med 8,7 % och täckte ytterligare 6,9 ​​miljoner hektar mark. Detta ökade jordbruk har åtföljts av mer gödningsmedelsanvändning (3–8 % extra varje år), mer försämring av vattenkvaliteten (3–5 % ökning av nitratläckage och fosforavrinning) och fler koldioxidutsläpp hänförliga till förändrad markanvändning.

Dessa effekter påverkar vardagen för människor över hela landet. Kväve- och fosforavrinning bidrar till skadliga algblomningar och döda zoner i sjöar, floder och Mexikanska golfen. Och nitratläckage kan förorena grundvatten och dricksvatten; det är inte ovanligt att kommuner i delstater i Mellanvästern måste bygga nya vattenreningsverk för att behandla nitrat i deras vatten från jordbruksföroreningar. Majsetanol förvärrar dessa problem.

"Den här politiken ökade effektivt föroreningarna från hela jordbruksindustrin med flera procent", säger Lark.

Sammanfattningseffekten är att koldioxidutsläppen från majsbaserad etanol som produceras för att uppfylla standarden för förnybart bränsle är minst lika höga som de från motsvarande mängd bensin och möjligen högre – troligen med 24 % eller mer.

Enligt standarden för förnybart bränsle måste ett bränsle uppnå minst 20 % minskning av växthusgasutsläppen i förhållande till petroleum för att kvalificera sig som förnybart. Majsetanol nådde precis tröskeln i EPA:s konsekvensanalys från 2010, med utsläpp som uppskattas vara 20–21 % lägre jämfört med bensin.

Men etanolens miljöprofil har inte motsvarat förväntningarna. Med facit i hand, säger Lark, kan de se en anledning till varför. "I EPA:s regulatoriska analys uppskattade de en mycket liten mängd förändringar av inhemsk markanvändning", noterar han, "och kanske med rätta. Ingen förväntade sig ett så stort svar, eftersom jordbruksarealen i USA hade minskat under de föregående 30 år."

Under det senaste decenniet har dock Lark och Gibbs forskning dokumenterat både utvidgning av odlingsarealen och betydande övergång från växtföljd med soja och vete mot mer kontinuerlig majsmonokultur.

"EPA:s ursprungliga uppskattningar föreslog att förändringar i USA:s markanvändning skulle binda kol och bidra till att förbättra etanolens koldioxidavtryck. Men i efterhand vet vi nu att det gjorde precis tvärtom", säger Lark. "Istället för att minska kolintensiteten i etanol till 20 % lägre än bensin, ser det ut som att den faktiskt ökar den till så mycket högre än bensin."

Införandet av 10 % majsetanol i bensinblandningar har varit ett användbart steg mot att integrera förnybara energikällor i vanliga bränslen, säger Lark och Gibbs, men det är inte en bra långsiktig strategi. Cellulosa och andra avancerade biobränslen – som de som är gjorda av växelgräs, andra fleråriga växter eller avfallsmaterial – erbjuder en möjlighet att bygga upp det som börjar på ett mer hållbart sätt.

"Vi använder mycket mark för majs och etanol just nu," säger Lark. "Du skulle kunna tänka dig att ersätta de befintliga 15 miljarderna gallon majsetanol med nästa generations biobränslen när den produktionen kommer online. Det skulle ge en möjlighet att återställa miljontals hektar med majsfält till fleråriga inhemska gräsmarker och andra landskap som potentiellt skulle kunna användas för bioenergi , fortfarande vara ekonomiskt produktiv och även bidra till att minska nitratläckage, erosion och avrinning."

I slutändan understryker resultaten att politiska beslut på kort sikt kommer att ha ett bestående miljöarv, vare sig det är positivt eller negativt.

"Detta ökar det viktiga arbetet som görs i våra bioenergiforskningscenter för att hitta sätt att generera kolnegativa biobränslen", säger Lark, "och att använda fleråriga och inhemska system som kan förbättra vattenkvaliteten, förbättra den biologiska mångfalden och hjälpa till att verkligen slå ut. våra mål för att minska koldioxidutsläppen."