Gli agricoltori hanno già abbastanza preoccupazioni:tra il maltempo, costi in aumento, e le mutevoli richieste del mercato, senza doversi preoccupare dell'impronta di carbonio delle loro operazioni. Ma ora una nuova serie di progetti degli scienziati del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), compresi scienziati del Joint BioEnergy Institute (JBEI), potrebbe rendere l'agricoltura più sostenibile e più redditizia.

I tre progetti, finanziato dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE), sfruttare i punti di forza di Berkeley Lab nell'intelligenza artificiale, sensori, e biologia ecologica. Mirano a quantificare e ridurre l'intensità di carbonio dell'agricoltura, compresa la coltivazione di materie prime per biocarburanti come il mais, soia, e sorgo, aumentando anche la resa.

I biocarburanti ottenuti dalle colture hanno il potenziale per fornire fino a circa il 5% della domanda energetica degli Stati Uniti, secondo il DOE. Due dei nuovi progetti fanno parte del programma SMARTFARM dell'Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA-E) del DOE. Questa iniziativa aspira a rendere la catena di approvvigionamento dei biocarburanti negativa per il carbonio, nel senso che rimuove o sequestra più carbonio di quanto emette, il che migliorerebbe notevolmente i benefici del biocarburante per l'economia e l'ambiente in generale. Gli scienziati sperano inoltre che l'aumento della produttività avrà l'effetto di ridurre i costi e aumentare il reddito degli agricoltori.

"Come possiamo far funzionare questa Terra per 7 miliardi di persone?" disse Michael Schuppenhauer, che sta guidando uno dei progetti per un partner di settore, Intelligenza Arva, una startup con sede a Park City, Utah. "Se riusciamo a sviluppare un percorso per consentire agli agricoltori di ottenere risultati migliori e aiutare l'ambiente, è lì che vincono tutti".

Raccolta di enormi quantità di dati

Nel primo progetto, ricercatori guidati da Blake Simmons, direttore della divisione Biological &Systems Engineering (BSE) di Berkeley Lab, lavorare con il capo progetto, Intelligenza Arva, monitorerà cinque fattorie commerciali in California e Arkansas che coltivano mais e colture per la paglia. Le aziende agricole saranno dotate di sensori all'avanguardia per valutare fertilizzanti, acqua, consumo di energia, e la resa delle colture, mentre le torri di monitoraggio registrate con la rete AmeriFlux del DOE misureranno le emissioni di anidride carbonica, ossido nitroso, e metano a risoluzione inferiore al secondo.

Gli impatti ambientali e sulle emissioni della produzione di biocarburanti, uno dei maggiori consumatori di cereali negli Stati Uniti, sono ben compresi, ma le emissioni e le opportunità di miglioramento sul campo rimangono poco chiare. Il team Arva/Berkeley Lab è uno dei quattro selezionati da ARPA-E per stabilire siti di convalida per soluzioni "ground truth" per il monitoraggio delle emissioni, con una varietà di specie di colture incluse tra le squadre.

Il team del Berkeley Lab sta valutando la digestione anaerobica dei residui colturali, quali sono le parti delle piante lasciate sul campo dopo che il raccolto alimentare è stato raccolto, al biogas come via percorribile per gli agricoltori. "I residui delle colture sono in realtà il più grande pool di biomassa sostenibile prontamente disponibile che puoi convertire in modo efficiente in biocarburanti e bioprodotti, " Simmons ha detto. "Possiamo usarlo come materia prima. Così, stai producendo cibo, carburante e fibre dallo stesso campo e massimizzando l'efficienza di conversione del carbonio su base per acro. Questo è il motivo per cui, in definitiva, crediamo che questo percorso abbia un bilancio ecologico e del carbonio molto migliore rispetto ad altri percorsi".

Nell'ambito del progetto, Gli scienziati del Berkeley Lab condurranno il rilevamento atmosferico dei gas serra, analisi genomiche per caratterizzare il microbioma del suolo, e analisi del ciclo di vita per determinare il rapporto tra input di carbonio e output. Gli esperimenti sul campo genereranno enormi quantità di dati. Arva utilizzerà i dati per costruire modelli matematici e migliorare gli algoritmi dell'agricoltura di precisione per aiutare le aziende agricole a diventare carbon-neutral o addirittura carbon-negative.

"I prodotti finali non riguardano solo le emissioni di gas serra, " disse Schuppenhauer, capofila del progetto per Arva, che è anche uno scienziato affiliato alla BSE. "I prodotti finali saranno cose come:di quanto fertilizzante abbiamo veramente bisogno? Se possiamo ridurre la quantità di fertilizzante utilizzata della metà o di un quarto, che ha implicazioni sull'uso di combustibili fossili, in quanto viene utilizzato nella produzione di fertilizzanti."