I trasporti sono responsabili di una quota maggiore di emissioni di gas serra rispetto a qualsiasi altro settore dell'economia statunitense, rendendo i biocarburanti una strategia promettente per mitigare il cambiamento climatico guidato dall'uomo. Lo standard sui combustibili rinnovabili degli Stati Uniti, creato dalla legislazione del 2007, impone che tali combustibili sostituiscano parzialmente quelli derivati ​​dal petrolio. Finora, tuttavia, il mandato è stato quasi interamente adempiuto dall'etanolo da mais, un carburante che potrebbe essere peggiore per il clima rispetto alla benzina che sostituisce.

Quindici anni dopo, la ricerca condotta dall'Università del Wisconsin-Madison ha valutato gli impatti ambientali dell'etanolo da mais e la politica che lo governa, utilizzando una combinazione di analisi econometriche, dati sull'uso del suolo e modelli biofisici.

L'analisi, pubblicata questa settimana negli Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , mostra che le emissioni di carbonio derivanti dall'utilizzo della terra per coltivare il mais possono annullare o addirittura invertire i vantaggi climatici dell'etanolo da mais rispetto alla benzina.

I risultati confermano ciò che molti scienziati hanno già realizzato:dal punto di vista climatico e ambientale, l'etanolo da mais non è una buona soluzione di biocarburante. Invece, i risultati sono in linea con il movimento della ricerca sulla bioenergia verso lo sviluppo di biocarburanti di nuova generazione, come quelli ottenuti da piante perenni non alimentari coltivate su terreni meno adatti all'agricoltura convenzionale.

"In sostanza riafferma ciò che molti sospettavano, che l'etanolo da mais non è un combustibile rispettoso del clima e che dobbiamo accelerare il passaggio a combustibili rinnovabili migliori, oltre a migliorare l'efficienza e l'elettrificazione", afferma l'autore principale dello studio Tyler Lark, uno scienziato presso il Great Lakes Bioenergy Research Center e il Nelson Institute for Environmental Studies di UW–Madison.

I risultati sono particolarmente tempestivi, afferma, perché lo standard sui combustibili rinnovabili impone specifici volumi annuali di biocarburanti fino al 2022; una volta scaduti questi requisiti, l'Agenzia per la protezione ambientale assumerà il ruolo di determinare quanto e quali tipi di biocarburanti dovrebbero essere prodotti ogni anno per soddisfare lo standard. Ciò che verrà dopo dal punto di vista politico potrebbe avere un effetto molto ampio sul cambiamento climatico, afferma Lark. "È un momento cruciale per decidere come dovrebbe essere questa politica, e il nostro panorama, per andare avanti."

Nei loro studi sui cambiamenti dei modelli di uso del suolo negli Stati Uniti, Lark e la sua collega Holly Gibbs, una professoressa di studi ambientali e geografia della UW-Madison, hanno notato l'espansione dei terreni agricoli dedicati alle colture di base, in particolare il mais. Sospettavano che la produzione di etanolo potesse avere un ruolo. "Sapevamo che probabilmente avrebbe contribuito, ma non sapevamo in che misura", afferma Gibbs.

Hanno riunito un team interdisciplinare, riunendo agroecologi, modellisti ambientali ed economisti di UW–Madison, dell'Università della California, Davis, della Kansas State University e dell'Università del Kentucky. Il team si è basato su studi di modellizzazione precedenti per condurre un'analisi più empirica delle connessioni tra politica, sviluppo dell'etanolo, uso del suolo e risultati ambientali.

"È la prima volta che abbiniamo questi dati dettagliati e ricchi sull'uso del suolo con i fattori economici sottostanti", afferma Gibbs. "I dati sui prezzi e i modelli economici hanno fornito il potere esplicativo per aiutarci a comprendere la causalità dietro questi cambiamenti che osserviamo da un decennio."

L'emanazione dello standard sui combustibili rinnovabili ha fatto aumentare i prezzi dei raccolti, mostra la loro analisi, con i prezzi del mais in aumento del 30% e di altre colture di base, come grano e soia, del 20%. Dal 2008 al 2016, la coltivazione del mais negli Stati Uniti è aumentata dell'8,7%, coprendo altri 6,9 milioni di acri di terra. Questa maggiore agricoltura è stata accompagnata da un maggiore uso di fertilizzanti (3–8% in più ogni anno), un maggiore degrado della qualità dell'acqua (3–5% di aumento della lisciviazione dei nitrati e del deflusso del fosforo) e maggiori emissioni di carbonio attribuibili ai cambiamenti nell'uso del suolo.

Questi effetti hanno un impatto sulla vita quotidiana delle persone in tutto il paese. Il deflusso di azoto e fosforo contribuisce alla proliferazione di alghe dannose e alle zone morte nei laghi, nei fiumi e nel Golfo del Messico. E la lisciviazione dei nitrati può contaminare le falde acquifere e l'acqua potabile; it's not uncommon for municipalities in Midwestern states to have to build new water treatment plants to treat nitrate in their water from agricultural pollution. Corn ethanol is worsening these problems.

"This one policy effectively bumped up pollution from the entire agricultural industry by several percent," Lark says.

The sum effect is that the carbon emissions of corn-based ethanol produced to meet the Renewable Fuel Standard are at least as high as those from the equivalent amount of gasoline and possibly higher—likely by 24% or more.

Under the Renewable Fuel Standard, a fuel had to achieve at least a 20% reduction in greenhouse gas emissions relative to petroleum to qualify as renewable. Corn ethanol just met the threshold in the EPA's 2010 regulatory impact analysis, with emissions estimated to be 20–21% lower compared with gasoline.

But ethanol's environmental profile hasn't matched expectations. With the benefit of hindsight, Lark says, they can see one reason why. "In the EPA's regulatory analysis, they estimated a very small amount of domestic land use change," he notes, "and maybe rightfully so. No one expected such a big response, because cropland area in the U.S. had been declining for the previous 30 years."

In the past decade, however, Lark and Gibbs' research has documented both expansion of cropland area and significant switching from crop rotations with soy and wheat toward more continuous corn monoculture.

"The EPA's original estimates suggested that U.S. land use change would sequester carbon and help improve the carbon footprint of ethanol. But in retrospect, we now know it did just the opposite," Lark says. "Rather than reduce the carbon intensity of ethanol to 20% lower than gasoline, it looks like it actually increases it to that much higher than gasoline."

Introduction of 10% corn ethanol into gasoline blends has been a useful step toward integrating renewables into mainstream fuels, Lark and Gibbs say, but it's not a good long-term strategy. Cellulosic and other advanced biofuels—such as those made from switchgrass, other perennial plants or waste materials—offer an opportunity to build off that start in a more sustainable manner.

"We use a lot of land for corn and ethanol right now," Lark says. "You could envision replacing the existing 15 billion gallons of corn ethanol with next-generation biofuels as that production comes online. That would give an opportunity to restore millions of acres of cornfields into perennial native grasslands and other landscapes that could potentially be utilized for bioenergy, still be economically productive, and also help reduce nitrate leaching, erosion and runoff."

Ultimately, the findings underscore that near-term policy decisions will have a lasting environmental legacy, whether positive or negative.

"This adds urgency to the critical work being done in our bioenergy research centers to find ways to generate carbon-negative biofuels," Lark says, "and to use perennial and native systems that can improve water quality, enhance biodiversity, and help truly hit our carbon emission reduction goals."