I ricercatori del Center for Advanced Bioenergy and Bioproducts Innovation (CABBI) hanno scoperto che la transizione dei terreni iscritti al Conservation Reserve Program (CRP) all'agricoltura bioenergetica può essere vantaggiosa per i proprietari terrieri americani, il governo, e l'ambiente.

I terreni iscritti al CRP non possono attualmente essere utilizzati per la produzione di colture bioenergetiche, in cui le piante ad alto rendimento (come il miscanto e l'erba rampicante) vengono raccolte per la conversione in bioprodotti commerciabili che sostituiscono l'energia a base di combustibili fossili e carbone. Istituito dal Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti nel 1985, il CRP incentiva i proprietari terrieri a ritirare i terreni coltivati ​​degradati dal punto di vista ambientale, scambiando la produttività agricola con gli habitat nativi e accettando in cambio pagamenti annuali del governo.

Mentre il mondo si riscalda e la sua popolazione si espande in modo esplosivo, la domanda globale di produzione alimentare è in contrasto con la diminuzione della produttività agricola minacciata da condizioni climatiche estreme. Perciò, l'assegnazione di terreni CRP per biomassa energetica ad alto rendimento potrebbe eliminare la necessità di colture bioenergetiche e colture alimentari per contendersi lo spazio.

Un team guidato da CABBI Sustainability Theme Leader Madhu Khanna e Ph.D. lo studente Luoye Chen ha sviluppato un approccio di modellazione integrato per valutare la fattibilità della transizione di terreni CRP negli Stati Uniti orientali a colture bioenergetiche perenni. La loro carta, pubblicato in Scienze e tecnologie ambientali nel gennaio 2021, ha confermato che la transizione dell'uso del suolo è effettivamente praticabile a condizione che siano soddisfatte determinate condizioni fondamentali.

"Come fautori di un più sicuro, bioeconomia più sostenibile, dobbiamo dare la priorità allo spostamento dei combustibili fossili, " ha detto Khanna, che è anche Direttore ff dell'Istituto per la Sostenibilità, Energia, e Ambiente (iSEE) presso l'Università dell'Illinois Urbana-Champaign. "Come scienziati, è nostra responsabilità prendere un pensiero, approccio innovativo alla mitigazione dei gas serra in un modo che si rivelerà vantaggioso a lungo termine.

"I settori dei trasporti e dell'elettricità stanno cercando di espandere la produzione di bioenergia, ed è imperativo che il settore agricolo faccia lo stesso. Ciò richiede un programma in cui le coltivazioni bioenergetiche e le coltivazioni alimentari coesistono piuttosto che competere".

Il team CABBI adotta un approccio integrato per valutare i costi e i benefici dello scambio dello status quo CRP - superficie incolta - per la bioenergia, combinando il Biofuel and Environmental Policy Analysis Model (BEPAM) con il modello biogeochimico DayCent (Daily Time Step Version of the Century Model).

BEPAM valuta la redditività netta, rispondendo alla domanda chiave:quali precise condizioni economiche incoraggeranno i proprietari terrieri CRP a passare ai terreni coltivati ​​a bioenergia? Un contrappunto ambientale a BEPAM, DayCent simula l'intero ecosistema degli effetti della transizione su una determinata contea, fornendo una "sbirciatina" nel futuro e facendo luce su come questo cambiamento nell'uso del suolo potrebbe influenzare fattori come la resa delle colture, scambio di nutrienti, e sequestro del carbonio nel suolo.

Una componente chiave di questo studio aggrega i dati di entrambi i modelli per formulare una valutazione del ciclo di vita dei gas serra (GHG), che calcola i GHG totali mitigati dal processo nel suo complesso, dall'atto fisico della semina all'introduzione di energia pulita nella bioeconomia.

"La valutazione dell'intero ciclo di vita è davvero la chiave per comprendere i risultati del quadro generale della nostra ricerca, " Ha detto Chen. "Prendiamo in considerazione tutto:il processo di coltivazione e raccolta delle materie prime, il carbonio sequestrato nel suolo, e il fatto che alla fine, sostituiremo i combustibili fossili con i biocarburanti, e l'elettricità a base di carbone con la bioelettricità.

"Tenere a mente questo risultato finale àncora tutto il resto all'obiettivo finale di un impatto ambientale netto positivo".

Il team ha concluso che convertire 3,4 milioni di ettari di terreno CRP in bioenergia dal 2016 al 2030 è fattibile dal punto di vista economico e ambientale, a determinate condizioni.

Economicamente parlando, tutti i sistemi sono "aperti" se il prezzo di mercato della biomassa è alto e il governo continua a distribuire i pagamenti appropriati per l'affitto dei terreni CRP. Questi fattori possono idealmente fungere da contrappesi:se i prezzi della biomassa diminuiscono, pagamenti consistenti per l'affitto dei terreni possono alleviare lo stress finanziario degli agricoltori e incoraggiare il loro impegno continuo a favore della bioenergia; in alternativa, l'aumento dei prezzi della biomassa razionalizzerebbe il sostegno del governo rilassato, risparmiare i soldi dei contribuenti. Il team ha identificato due coppie ideali:1) i proprietari terrieri ricevono il 100 percento dei loro pagamenti governativi originali e vendono la biomassa a 75 dollari/tonnellata; o 2) i proprietari terrieri ricevono il 75% del loro pagamento originale e vendono la biomassa per $ 100/tonnellata. Idealmente, entrambe le parti ne beneficiano.

Anche la conversione di terreni CRP in bioenergia può comportare notevoli risparmi di gas serra. Precedenti studi mostrano che un grande "debito di carbonio del suolo" è soggetto a maturare all'inizio dell'impresa, durante gli anni della semina del miscanto e della gramigna. Però, tenendo conto della valutazione dell'intero ciclo di vita di cui sopra, il team di ricerca ha stabilito che gli effetti a lungo termine dello spostamento dell'energia a base di combustibili fossili e carbone con bioprodotti avrebbero più che compensato questa perdita temporanea.

Considerando il reddito dei proprietari terrieri dalle vendite di biomassa, risparmi nei pagamenti governativi per mantenere l'iscrizione CRP esistente, e i benefici monetizzati della mitigazione dei gas serra sostituendo i combustibili fossili (quantificati utilizzando il "costo sociale del carbonio"), il valore netto totale della conversione di terreni CRP in bioenergia potrebbe raggiungere i 28 miliardi di dollari fino a 125 miliardi di dollari nel periodo 2016-2030.