Nuovi studi del Center for Advanced Bioenergy and Bioproducts Innovation (CABBI) gettano più luce sui costi economici e ambientali dei mandati nel Renewable Fuels Standard (RFS), un programma federale per espandere il settore dei biocarburanti della nazione.

I ricercatori hanno affermato che gli studi indicano la necessità di adottare politiche più mirate che valorizzino i benefici ambientali ed ecosistemici delle colture bioenergetiche perenni rispetto a opzioni più economiche e forniscano incentivi finanziari agli agricoltori per coltivarle.

L'RFS è stato emesso nel 2005 e aggiornato attraverso l'Energy Independence and Security Act del 2007 per migliorare la sicurezza energetica degli Stati Uniti, ridurre le emissioni di gas serra (GHG), e promuovere lo sviluppo rurale. Gli standard del 2007 imponevano di miscelare 36 miliardi di galloni di biocarburanti di prima generazione (prodotti da colture alimentari come mais, come l'etanolo) e biocarburanti di seconda generazione (ottenuti dalla biomassa del miscanto o altre materie prime energetiche) con combustibili fossili entro il 2022, per sostituire l'olio da riscaldamento e il carburante a base di petrolio. Il mandato per l'etanolo da mais è stato rispettato, con 15 miliardi di galloni prodotti ogni anno, ma la produzione di biocarburanti cellulosici è stata trascurabile. Gli obiettivi oltre il 2022 sono ancora da definire.

I mandati sui biocarburanti hanno un impatto sull'ambiente in molteplici modi, influenzando l'uso del suolo, emissioni di gas serra, applicazione di azoto (N), e fuoriuscita di composti azotati nocivi nel suolo, aria, e acqua. Tali impatti variano in base alla materia prima, così come i costi e i benefici economici per i consumatori che acquistano cibo e carburante e per i produttori, a seconda dei costi di coltivazione e della concorrenza per i terreni coltivati ​​per usi alternativi.

Il primo studio ha calcolato i costi economici e ambientali netti dei mandati RFS e ha scoperto che il mantenimento del mandato per l'etanolo da mais porterebbe a un costo netto cumulativo per la società di quasi $ 200 miliardi dal 2016 al 2030 rispetto all'assenza di RFS. Il costo sociale dei danni da azoto derivanti dalla produzione di etanolo da mais compensa sostanzialmente i benefici sociali derivanti dal risparmio di gas serra.

D'altra parte, l'implementazione del mandato aggiuntivo per la cellulosa potrebbe fornire sostanziali benefici economici e ambientali con innovazioni tecnologiche che riducono i costi di conversione della biomassa in etanolo cellulosico e politiche che attribuiscono un alto valore monetizzato ai benefici di mitigazione dei gas serra. Quello studio, pubblicato in Lettere di ricerca ambientale , è stato guidato da CABBI Sustainability Theme Leader Madhu Khanna e Ph.D. lo studente Luoye Chen dell'Università dell'Illinois Urbana-Champaign.

Il secondo studio ha esaminato come la piena attuazione dei mandati RFS influenzerà la qualità dell'acqua nel bacino del fiume Mississippi/Atchafalaya (MARB) e nel Golfo del Messico, che sono afflitti dal deflusso di azoto dai campi di mais e di soia. L'aumento dei livelli di N ha impoverito l'ossigeno e creato una zona morta ipossica nel golfo. Nello specifico, questo studio ha esaminato se la diversificazione delle terre coltivate con colture energetiche perenni, come le coltivazioni CABBI, potrebbe ridurre la perdita di azoto associata alla produzione di mais e quindi migliorare la qualità dell'acqua rispettando gli obiettivi RFS.

Ha scoperto che il luogo più economico per coltivare colture bioenergetiche perenni, che in genere richiedono meno fertilizzante azotato e un minore deflusso di N, era su un terreno coltivato inattivo. Ciò ha limitato il loro potenziale per ridurre il deflusso di N, che sarebbe più alto se sostituissero le colture a file ad alta intensità di azoto sui terreni coltivati. I benefici della riduzione dell'azoto delle colture bioenergetiche sarebbero anche più che compensati dall'aumento del deflusso generato dalla raccolta di residui colturali a basso costo come le foglie di mais e gli steli di mais lasciati dopo la raccolta del grano per la biomassa cellulosica. I risultati suggeriscono che sono necessari incentivi mirati per ridurre la perdita di azoto per persuadere i coltivatori a sostituire le colture a filari ad alta intensità di azoto e la biomassa del mais con colture bioenergetiche. Pubblicato in Scienze e tecnologie ambientali , lo studio è stato condotto dal Professore Associato di Agronomia Andy VanLoocke e Ph.D. studentessa Kelsie Ferin della Iowa State University.

Insieme, gli studi hanno dimostrato che il mantenimento del mandato sull'etanolo da mais spinge più terra nella produzione di mais, che aumenta il prezzo di mercato di altri prodotti agricoli. Mentre i produttori potrebbero beneficiare di prezzi di mercato più elevati, i consumatori che acquistano carburante o prodotti agricoli ne pagano il costo. E sebbene il mandato sull'etanolo da mais possa aiutare a mitigare i gas serra sostituendo i combustibili fossili con i biocarburanti, aumenta la lisciviazione dell'azoto a causa dell'aumento dell'uso di fertilizzanti con la produzione di mais espansa. Ciò peggiora la qualità dell'acqua nel MARB e nel Golfo del Messico e comporta un enorme costo ambientale e sociale.

In contrasto, il mandato dell'etanolo cellulosico potrebbe fornire un beneficio complessivo con le giuste politiche. Sostenere la ricerca e lo sviluppo per ridurre i costi di conversione della biomassa in etanolo cellulosico ridurrebbe sostanzialmente i costi di produzione e aumenterebbe i benefici sociali, e un alto valore monetizzato per la mitigazione dei gas serra potrebbe compensare tutti gli altri costi.

Questi risultati dovrebbero portare i responsabili politici a mettere in dubbio l'efficacia dei mandati tecnologici come l'RFS che trattano tutte le materie prime cellulosiche come identiche. Incentiva opzioni più economiche come la stufatura di mais e limita gli incentivi a coltivare colture energetiche perenni ad alto rendimento che hanno una minore intensità di carbonio e perdite di N ma sono più costose con la tecnologia attuale.

I ricercatori CABBI sperano in politiche basate sulle prestazioni, incluso lo standard di carburante a basse emissioni di carbonio, tasse sulle emissioni di carbonio e azoto, o limiti alla raccolta dei residui colturali e all'applicazione di N—possono essere implementati per integrare i mandati RFS dopo il 2022.

La complessità delle politiche sui biocarburanti richiede competenze sia di agronomi che di economisti, come in questi studi. Entrambi i team di ricerca hanno sviluppato modelli economici e biofisici integrati incorporando un'ampia gamma di fattori nelle loro analisi.

"CABBI offre una grande opportunità per questo tipo di ricerca, stimolanti collaborazioni di diverse discipline, " ha detto Khanna.