För den mest exakta redovisningen av en produkts miljöpåverkan, forskare tittar på produktens hela livscykel, från vagga till grav. Det är en storslagen beräkning känd som en livscykelbedömning (LCA), och utsläpp av växthusgaser är en nyckelkomponent.

För majs etanol, de flesta växthusgasutsläppen kan kartläggas till bränslets produktion, transport, och förbränning, men en stor del av växthusgasberäkningen kan spåras ända tillbaka till gården. På grund av integritetsproblem, dock, forskare kan inte få tillgång till individuella beslut om gårdsförvaltning som typ av gödselmedel och mängd.

Kvävegödseldata är en viktig del av beräkningen eftersom en del av dessa gödselmedel hamnar i atmosfären i form av dikväveoxid, en mycket potent växthusgas. Data från majskvävegödselmedel är allmänt tillgängliga på nationell och statlig nivå, men forskare hävdar att denna upplösningsnivå döljer vad som verkligen används på gårdar över hela landet och kan leda till felaktiga LCA för majsetanol.

I en ny studie från University of Illinois och U.S. Department of Energy's Argonne National Laboratory, forskare utvecklade de första kvävetillämpningsdatauppsättningarna på länsnivå för majs, dramatiskt förbättra noggrannheten i växthusgasberäkningar för grödan.

"Att ha bra data är verkligen viktigt för att främja både en delad diskussion och ökat förtroende för LCA:er. Vi har sett några missbruk av livscykelanalyser med riktigt grova siffror, nedskala stora medelvärden som verkligen kan variera mycket. Så även om länsnivån fortfarande inte är så exakt som vi skulle vilja, det är en stor bedrift att komma till den skalan, " säger Michelle Wander, professor vid Institutionen för naturresurser och miljövetenskap i Illinois och medförfattare till studien.

Hoyoung Kwon, ledande miljöforskare vid Systems Assessments Center i Argonne och medförfattare till studien, säger att protokollet och resultaten kommer att hjälpa jordbruks- och bioekonomisamhället att bättre förstå effekterna av högupplösta kvävegödselmedelsdata på majsbaserade biobränsle-LCA.

"Lustgas utgör ungefär hälften av de totala växthusgaserna i samband med majsodling, " säger Kwon. "Nu kan vi skilja på lustgasutsläpp i samband med majsodling på länsnivå, och kan visa hur mycket dessa utsläpp varierar med plats och jordbrukspraxis."

Yushu Xia, som ledde analysen och nyligen avslutade sitt doktorandprogram med Wander, använde två metoder för att bestämma kvävegödsel och gödselanvändning på länsnivå.

Den första, som Xia kallar top-down-metoden, var lite som att lägga ett pussel med hjälp av olika stora bitar. På länsnivå, hon hittade data för kvävegödsel och gödseltillförsel, men siffrorna var aggregerade över alla grödor, inte majs specifikt. Datauppsättningen på statlig nivå inkluderade befruktad yta i majs, så det gällde att matcha län med stat. Statens datauppsättning inkluderade också kvävetillförsel, men aggregerade dem över gödseltyper. Datavalidering, eller dubbelkolla information om stat och land, blev därför ytterligare ett pussel.

"För uppifrån-och-ned-metoden, vi använde data från försäljning av gödselmedel, information sammanställd av Association of American Plant Food Control Officials. Så vi antar att dessa siffror är relativt korrekta; någon köpte faktiskt det kvävet. Yushu gick igenom mödosam ansträngning, använder i princip det grödadatalagret som ett pussel för att ta reda på hur mycket majs var och i vilken rotation över tiden. Och då också för gödseln:Hur många djur finns det? Var är de? Vilken typ av djuravfall och hur mycket? Det är bokstavligen en budgetförsök att försöka ta reda på vad som är rimligt och sant, " säger Wander.

Xias andra tillvägagångssätt tog majsskörd, växtföljder, och markegenskaper från länsnivå och beräknad kvävetillförsel baserat på mängden kväve som krävs för att uppnå den avkastningen. Genom att jämföra resultaten av de två tillvägagångssätten sa att Xia-bönderna använder kväve i överskott av vad som behövs.

"Nationell, de vägda medelvärdena av majs kvävetillförsel baserat på majs planterad area översteg kvävebehovet med 60 kilogram per hektar, med ett kväveöverskott som finns i 80 % av alla amerikanska majsproducerande län, säger Xia.

Överskottsansökan var mest uttalad i Mellanvästern, följt av Northern Plains. Sydost och nordväst hade jämförelsevis låga mängder kvävetillförsel och överskottsnivåer. Västerländska stater var mer varierande överlag.

Xia säger att tekniken kan vara användbar utöver uppskattningar av lustgasutsläpp.

"Vår metod kan också användas för att uppskatta kväveläckage, ammoniakutsläpp, andra utsläpp av växthusgaser, eller vatten- och koldioxidavtrycket. Dessa dataförbättringar kan verkligen hjälpa till att skapa och använda bättre ekosystemmodeller och livscykelanalys."

Kwon indikerar att det nya tillvägagångssättet potentiellt kan användas av beslutsfattare på nationell nivå.

"EPA:s nationella växthusgasinventeringsrapport använder för närvarande kvävegödselmedelsdata på statlig nivå för att generera nationella uppskattningar av dikväveoxidutsläpp från gödselmedel. Om de tillämpar dessa högupplösta data på länsnivå, de kan förfina dessa siffror på nationell skala."

Resultaten kan också hjälpa jordbrukare att fatta mer välgrundade förvaltningsbeslut.

"Gödselpriserna är skyhöga just nu, så eftersom våra resultat tyder på att vissa bönder överanvänder upp till en tredjedel av sitt kväve, de skulle förmodligen kunna backa lite och spara lite pengar, " säger Wander.

Artikeln, "Utveckla data på länsnivå för kvävegödselmedel och gödselinsatser för majsproduktion i USA, " publiceras i Journal of Cleaner Production .