The Scenic Hudson Soil Lab är en ganska anspråkslös struktur. Sitter på toppen av en hampafarm i New Yorks Hudson River Valley, labbet är outsmyckat, och inte större än en restaurang vid vägen. Webbplatsens oansenlighet, dock, motsäger vikten av den forskning som pågår inuti.

Under de senaste åren, labbet har blivit det regionala navet för en växande grupp forskare, lantbrukare och företagare som samlas här för att analysera jordkärnprov tagna från lokala tomter, mäta dessa prover för deras innehåll av organiskt kol. När fler markägare undersöker möjligheten att generera och sälja koldioxidkompensationer – de lagliga handlingarna som verifierar att ett ton koldioxid antingen har fångats upp från atmosfären, eller inte släpps ut i första hand – forskningen som pågår inne i labbet är avgörande.

Bönderna har, i åratal, kända om sin teoretiska förmåga att kompensera för koldioxidutsläpp genom att hantera sin mark på ett sätt som fångar upp koldioxid från atmosfären och lagrar den i jorden – en uppsättning metoder som ibland kallas regenerativt jordbruk. Men det har visat sig svårt och nyanserat över tiden att mäta kolavtaget i marken som ett resultat av sådana metoder, och bönder har i allmänhet undvikit dessa metoder, som kräver mer arbetskraft än konventionellt jordbruk.

Men tack vare en våg av ny teknisk utveckling, det finns hopp om att incitamentsstrukturen kan förändras för jordbrukare, som tillsammans kan göra en betydande buckla för att minska koldioxidutsläppen. Enligt vissa uppskattningar, om de 1,2 miljarder hektar amerikansk jordbruksmark (mer än hälften av USA:s landbas) övergick till regenerativa jordbruksmetoder, det kan binda upp till 20 procent av det kol som krävs för att nå Biden-administrationens mål att helt kompensera USA:s koldioxidutsläpp till 2050.

Specifikt, ett antal företag testar nya fjärravbildningstekniker som kan hjälpa till att effektivisera hur bönder mäter mängden kol i sina jordar. Tills nu, kostnaden och tiden förknippade med att mäta markens kolhalt har varit ett stort hinder för bönder som hoppas kunna generera koldioxidkompensationer på sin mark. Om dessa nya tekniker visar sig effektiva, de skulle kunna påskynda de pågående ansträngningarna att göra jordbruksindustrin koldioxidnegativ.

Mätning av markens kol från himlen

Framväxten av dessa tekniker kommer vid en lämplig tidpunkt för bönder, WHO, teoretiskt sett, är väl positionerade för att dra nytta av en växande efterfrågan på koldioxidkompensationer. I takt med att allmänheten har blivit mer medveten om riskerna med ett uppvärmande klimat, det har i allt högre grad utövat påtryckningar på förorenare att göra mer för att minska deras utsläpp. Faktiskt, under hela covid-19-pandemin, antalet företag som lovar att bli koldioxidneutrala har fördubblats. Men för närvarande, mindre än 2 % av transaktionerna på frivilliga koldioxidmarknader – plattformar genom vilka verifierade koldioxidkompensationer handlas – kommer från jordbruket.

"Offset kommer traditionellt från antingen förnybara energianläggningar som ersätter kolväteproduktion, industriella processförändringar som minskar eller eliminerar utsläpp i förhållande till en baslinje, eller återplanteringsprojekt, " säger Satyajit Bose, en professor vid Columbia University som föreläser om skärningspunkten mellan hållbarhet och ekonomi.

"Om ny teknik kan minska den (ekonomiska) verifieringsbördan för jordbrukare genom att införa skalfördelar... kan det vara en mycket effektivare process, " fortsätter Bose.

Företag som utvecklar dessa tekniker sätter in flottor av drönare, flygplan, och satelliter utrustade med precisionskameror. Dessa bilder, när de korsrefereras med jordkärnprover som de som analyseras vid Scenic Hudson Soil Lab, producerar några av de mest exakta modellerna av markkol som någonsin registrerats. Modellerna, som förlitar sig på avancerad maskininlärning och artificiell intelligens, hjälper forskare att spåra och förutsäga kolhalter i marken på distans.

"Det kallas hyperspektral avbildning, " förklarar Petra Sikorski, med hänvisning till den underliggande bildtekniken, dvs. till viss del, underblåsa uppkomsten av "geospatial analytics"-industrin. Sikorski är chef för affärsutveckling för Cloud Agronomics, ett Boulder-baserat företag som är en av få ag-tech startups som hjälper till att banbryta denna begynnande sektor.

Avgörande, den här tekniken kräver att bönder bara producerar en enda omgång av jordkärnprover i förväg – vad Sikorski kallar "mark-sanningsdata" – för att bygga modeller för att spåra kol på distans. Denna förändring representerar en stor förbättring från status quo, där markägare traditionellt sett har behövt presentera en pågående serie jordprover för att mäta och verifiera koluttag.

På en granulär nivå, Cloud Agronomics bildteknik gör det möjligt för sina forskare att se betydligt fler band över ljusets spektrum. Med tanke på att kol i jorden har unika kemiska egenskaper som reflekterar vissa våglängder av ljus, Cloud Agronomics kommer att ha förmågan att flyga ett plan med en hyperspektral kamera över en jordyta och förutsäga hur mycket kol som finns i den jorden.

Även om denna teknik är ofullkomlig genom att det fortfarande finns en betydande felmarginal i dess mark-kolavläsningar, det är, enligt Sikorski, en stor förbättring jämfört med befintliga geokemiska modeller framställda från flygbilder.

Hyperspektrala kamerors förmåga att ge så detaljerad insikt har varit känd i åratal, Sikorski fortsätter. "Men (tills nu) har det inte framgångsrikt kommersialiserats för jordbruk, och specifikt inte för markkol."

Fördelar för jordbrukare

För bönder vars arbete är notoriskt riskabelt, den potentiella inkomstström som genereras från att producera koldioxidkompensationer kan vara både en säkring i en värld där ett förändrat klimat stör traditionella jordbruksmönster, och en nödvändig kompletterande inkomstkälla.

"Det kan verkligen representera en licens att skriva ut pengar, " säger Ann Marie Gardner, en rådgivare till markägarna som sponsrar forskningen som görs vid Scenic Hudson Soil Lab. Gardner är särskilt positiv när det gäller utsikterna för bönder om de kan få mer effektivt tillgång till koldioxidmarknaderna.

"Vi kommer till en plats tekniskt där vi kommer att kunna spåra koldata från gårdar på ett sätt som inte riktigt har varit möjligt tidigare, ", fortsätter Gardner. "Om vi ​​kan visa att vi har potential att binda kol i skala i jord, det kommer förhoppningsvis att vara ett incitament för allmänheten att investera i de jordbruksmetoder som ger dessa resultat."

Cloud Agronomics produkt lockar redan bönder, vilka är, i ökande antal, begär att få ingå i pilotprogram som testar bildtekniken.

"Just nu, kundernas efterfrågan överstiger vår försäljningskapacitet, " säger Sikorski. "Vi är samtidigt i färd med att kommersialisera och pilotera denna teknik med några av de största företagen inom jordbruket."

Behovet av ett högre pris på kol

Trots det växande intresset, Det finns fortfarande stora hinder som hindrar plattformar som Cloud Agronomics från att skala upp. Många experter är inte övertygade om att det är värt besväret för bönder att investera i att generera koldioxidkompensationer, även efter att ha tagit hänsyn till ett reducerat pris för att verifiera dem.

"Det kan kosta en bonde mellan $250 och $400 per hektar att övergå till en gård för att bli regenerativ, och lönsamhet och avkastning kan lida under tre år, " säger Sam Schiller, grundaren av Carbon Yield, ett företag som rådgör med bönder om huruvida och hur de ska ändra sina metoder för markförvaltning så att de kan registrera sig på koldioxidmarknaderna.

"Efter övergången, rörelsevinster kan vara lockande, men de flesta gårdar har inte tillräckligt med pengar till hands för att täcka den utmanande övergången, och det finns få ekonomiska och agronomiska stöd som är skräddarsydda för att möta det akuta behovet, ", tillägger Schiller.

Jag upprepar denna känsla, Jordbruksminister Thomas Vilsack erkände nyligen att "de faktiska betalningarna (som bönder får för koldioxidkrediter) inte nödvändigtvis är betydande - inte tillräckligt för att kompensera för det krångel som är kopplat till koldioxidmarknaden."

Med de flesta koldioxidkrediter som säljs i intervallet $15 till $20 per ton kol, matematiken för bönder är grumlig. De flesta experter är överens om att för att locka fler bönder att registrera sin mark i kolbindningsprogram, det kommer att behöva finnas högre priser för offset på marknaden.

"För det pris som kolet går för just nu, det är ingen bra investering att ta jordprover, säger Sally Flis, som har en doktorsexamen i markvetenskap och ger råd till jordbrukare om hållbarhetsstrategier på uppdrag av Nutrien Ag Solutions, ett av landets största lantbruksförsörjningsföretag. "I intervallet $15-20-dollar (för koldioxidkompensationer), det är i bästa fall ett break-even-förslag för de flesta bönder."

Att anpassa priset för en koldioxidkompensation för att återspegla den ekonomiska verkligheten på marken för bönder är ett av de viktigaste initiativen som Gardner och hennes partners vid Scenic Hudson Soil-labbet arbetar med. "När man tittar på litteraturen om hur kol är prissatt på marknaden, krediter bör gå för närmare 100 USD, " förklarar Gardner.

Världsbanken håller med. I sin senaste rapport som bedömer ekonomiska incitament och koldioxidpriser, den drog slutsatsen att ett pris mellan 50 och 100 USD per ton kol kommer att behövas för att effektivt minska koldioxiden för att vara i linje med målen i Parisavtalet.

Lyckligtvis, samma bildtekniker som hjälper jordbrukare att spåra kolhalter i sin jord utnyttjas också för att göra koldioxidutsläpp mer spårbara och transparenta för allmänheten att se. Under de närmaste månaderna, ett team koordinerat av Al Gore hoppas kunna lansera "Climate Trace Coalition, "som kommer att tillhandahålla fritt tillgänglig data över en rad förorenande industrier, från jordbruk till sjöfart till marktransporter.

"Det kommer verkligen att börja sätta press på förorenare att städa upp sina handlingar, och kanske vända sig till koldioxidmarknaderna, " tillägger Gardner, som representerar jordbrukssektorn som en särskild rådgivare i Climate Trace Coalition.

När man tillfrågas om folk kommer att vara villiga att betala ett högre pris för koldioxidkompensation, Gardner hävdar att det är möjligt.

"När man ser på den yngre generationen, en mer klimatmedveten generation, vi tror att de kommer att vara villiga att betala mer för koldioxidkompensationer. Och när du håller priset så lågt som det är nu, människor kommer bara att fortsätta att förorena, så hur är det en effektiv lösning om vi faktiskt försöker minska koldioxiden?"

Men även om det är yngre, fler klimatmedvetna företag är villiga att betala ett högre pris, att få större företag att göra det kommer att vara knepigt. Större företag som vill kompensera sina koldioxidutsläpp är förståeligt nog känsliga för priset på koldioxidkompensationer med tanke på att de kanske köper tusentals av dem varje år för att balansera ut sina utsläpp.

"Den saknade länken" enligt Flis, är att det finns ett "brist på förtroende för tillfället från större företag på köparsidan för vad vi gör kring jordbruksgenererade koldioxidkrediter."

Gardner tror att bygga ett sådant förtroende på köparsidan kommer att kräva mer data som definitivt visar bifördelarna med kolbindning. Dessa fördelar inkluderar:hälsosammare och mer produktiva jordar, ökad biologisk mångfald, renare vatten, och mindre sårbarhet för naturkatastrofer.

"Du måste berätta en historia när du säljer en koldioxidkompensation, " förklarar Gardner. "När du gör samfördelarna mer levande, och du betalar inte längre bara för minskningar av koldioxidutsläpp, det är då du kan börja ta ut det högre priset."

Ett växande antal företag ägnar tid åt att statistiskt analysera dessa bifördelar. En nyligen genomförd studie av Soil Health Institute, en ideell baserad från North Carolina, fann att av 100 gårdar som spänner över 10 stater som nyligen hade antagit regenerativa metoder för markhälsovård, 85 % tjänade högre intäkter, 67 % hade ökad avkastning, och 97 % rapporterade ökad motståndskraft mot extrema väderförhållanden.

"Det finns en massa fördelar förknippade med att lägga till kol till jorden, särskilt i förhållande till andra former av koldioxidkompensation, " ekar Nick Reinke, senior manager för strategi och marknadsutveckling på Truterra, ett bondeägt kooperativ som ägnar sig åt att främja jordbrukets hållbarhet. "Men det finns inte ett enkelt sätt att redogöra för de olika fördelarna inom en koldioxidkredit."

"Vi har otroliga offentligt tillgängliga data från USDA, " fortsätter Reinke. "Vi gör vårt bästa för att kombinera dessa datauppsättningar med fältspecifika förvaltningsdata på nya sätt för att leverera insikter som är användbara på gården."

Helst de nya dataströmmarna som härrör från företag som Climate Trace och Cloud Agronomics kan ytterligare demonstrera dessa "stackade fördelar" genom att tillhandahålla pågående datapunkter som kan användas för att bygga mer robusta modeller som spårar hur kolbindning påverkar båda mikrotrenderna inom en tomt, och makrotrender i större ekosystem.

Även om det tar några år innan denna information återspeglas av prissignaler på koldioxidmarknaderna, Den offentliga diskursen kring nyanserna i prissättningen av kol får draghjälp när fler människor köper in sig på uppfattningen att det finns ett verkligt värde i att binda kol i marken utöver det faktum att det inte längre finns i atmosfären.

Till exempel, Ljus telefon, ett mobilteknikföretag som grundades 2015, nyligen åtagit sig att betala 100 USD per ton för sina koldioxidkompensationer. På sin hemsida, en blurb som motiverar företagets beslut att köpa de högre prissatta koldioxidkompensationerna säger:

"När kompensationerna är för billiga stimulerar det till att "förorena-och-glömma"-beteendet ... att faktiskt justera konsumtionspsykologin för att ta hänsyn till externa effekter, vi måste kunna känna bördan av dessa externa effekter. För 100 dollar per ton, att kompensera Light Phone är inte oöverkomligt dyrt, men tillräckligt dyrt för att få dig att tänka på vad du köper."

Nu, uppgiften är att övertyga fler företag, genom både vetenskap och ekonomi, att tänka så här.

Denna berättelse är återpublicerad med tillstånd av Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.