Forskare vid Center for Advanced Bioenergy and Bioproducts Innovation (CABBI) fann att en övergång av mark som är inskriven i Conservation Reserve Program (CRP) till bioenergijordbruk kan vara fördelaktigt för amerikanska markägare, regeringen, och miljön.

Mark som är registrerad i CRP kan för närvarande inte användas för produktion av bioenergigrödor, där högavkastande växter (som miscanthus och switchgrass) skördas för omvandling till säljbara bioprodukter som tränger undan fossilbränsle- och kolbaserad energi. Etablerat av U.S.A. Department of Agriculture 1985, CRP uppmuntrar markägare att pensionera miljöförstörd odlingsmark, utbyte av jordbruksproduktivitet mot inhemska livsmiljöer och acceptera årliga statliga betalningar i gengäld.

När världen värms upp och dess befolkning explosivt expanderar, den globala efterfrågan på livsmedelsproduktion står i strid med den minskade jordbruksproduktiviteten som hotas av extrema klimatförhållanden. Därför, Att tilldela CRP-mark för högavkastande energibiomassa kan eliminera behovet av bioenergigrödor och livsmedelsgrödor för att tävla om utrymmet.

Ett team ledd av CABBI Sustainability Theme Leader Madhu Khanna och Ph.D. Studenten Luoye Chen utvecklade en integrerad modelleringsmetod för att bedöma lönsamheten av att övergå CRP-mark i östra USA till fleråriga bioenergigrödor. Deras papper, publicerad i Miljövetenskap och teknik i januari 2021, bekräftade att övergången till markanvändning verkligen är genomförbar förutsatt att vissa nyckelvillkor är uppfyllda.

"Som förespråkare för ett säkrare, mer hållbar bioekonomi, vi måste prioritera att ersätta fossila bränslen, sa Khanna, som också är tillförordnad direktör för Institutet för hållbarhet, Energi, och miljö (iSEE) vid University of Illinois Urbana-Champaign. "Som vetenskapsmän, det är vårt ansvar att ta en eftertänksam, innovativt tillvägagångssätt för att minska växthusgaser på ett sätt som kommer att visa sig vara fördelaktigt på lång sikt.

"Transport- och elsektorerna vill utöka produktionen av bioenergi, och det är absolut nödvändigt att jordbrukssektorn gör detsamma. Detta kräver ett program där bioenergiodlingsmark och matodlingsmark samexisterar snarare än konkurrerar."

CABBI-teamet tar ett integrerat tillvägagångssätt för att väga kostnaderna och fördelarna med att byta ut CRP:s status quo – oodlad areal – mot bioenergi, att kombinera Biobränsle- och miljöpolitisk analysmodell (BEPAM) med den biogeokemiska modellen DayCent (Daily Time Step Version of the Century Model).

BEPAM bedömer nettolönsamheten, svara på nyckelfrågan:Vilka exakta ekonomiska förhållanden kommer att motivera CRP-markägare att gå över till bioenergiodlingsmark? En miljömässig motpol till BEPAM, DayCent simulerar de fullständiga ekosystemeffekterna av övergången på ett visst län, ger en "smygtitt" in i framtiden och belyser hur denna markanvändningsförändring kan påverka faktorer som skördeavkastning, utbyte av näringsämnen, och kolbindning i marken.

En nyckelkomponent i denna studie samlar data från båda modellerna för att formulera en livscykelbedömning av växthusgaser (GHG), som beräknar de totala växthusgaser som mildras av processen som helhet – från den fysiska handlingen att plantera till införandet av ren energi i bioekonomin.

"Den fullständiga livscykelbedömningen är verkligen nyckeln till att förstå de övergripande resultaten av vår forskning, " sa Chen. "Vi tar hänsyn till allt – processen att faktiskt odla och skörda råvarorna, kolet som binds i jorden, och det faktum att i slutändan, vi kommer att ersätta fossila bränslen med biobränslen, och kolbaserad el med bioelektricitet.

"Att ha det slutresultatet i åtanke förankrar allt annat till det slutliga målet om en netto positiv miljöpåverkan."

Teamet drog slutsatsen att det är ekonomiskt och miljömässigt lönsamt att konvertera 3,4 miljoner hektar CRP-mark till bioenergi från 2016 till 2030 – under vissa förhållanden.

Ekonomiskt sett, alla system är "go" om marknadspriset på biomassa är högt och regeringen fortsätter att distribuera lämpliga CRP-markhyror. Dessa faktorer kan idealiskt fungera som motvikter:Om biomassapriserna sjunker, Betydande markhyror kan lindra ekonomisk stress från jordbrukare och uppmuntra deras fortsatta engagemang för bioenergi. alternativt, stigande biomassapriser skulle rationalisera ett avslappnat statligt stöd, spara skattebetalarnas pengar. Teamet identifierade två idealiska parningar:1) markägare får 100 procent av sina ursprungliga statliga betalningar och säljer biomassa för 75 USD/ton; eller 2) markägare får 75 procent av sin ursprungliga betalning och säljer biomassa för 100 USD/ton. Helst, båda parter gynnas.

Att omvandla CRP-mark till bioenergi kan också resultera i betydande besparingar av växthusgaser. Tidigare studier visar att en stor "markkolskuld" kan komma att uppstå i början av satsningen, under planteringsåren av miscanthus och switchgrass. Dock, med hänsyn till den fullständiga livscykelbedömning som nämns ovan, forskargruppen fastställde att de långsiktiga effekterna av att ersätta fossilbränsle- och kolbaserad energi med bioprodukter mer än skulle kompensera för denna tillfälliga förlust.

Med tanke på markägarnas inkomster från försäljning av biomassa, besparingar i statliga betalningar för att upprätthålla befintlig CRP-registrering, och de monetära fördelarna med minskning av växthusgasutsläpp genom att ersätta fossila bränslen (kvantifierade med hjälp av "den sociala kostnaden för kol"), det totala nettovärdet av att konvertera CRP-mark till bioenergi kan vara så högt som 28 till 125 miljarder USD under perioden 2016-2030.