Per la contabilizzazione più accurata dell'impatto ambientale di un prodotto, gli scienziati esaminano l'intero ciclo di vita del prodotto, dalla culla alla tomba. È un grande calcolo noto come valutazione del ciclo di vita (LCA), e le emissioni di gas serra sono una componente chiave.

Per l'etanolo da mais, la maggior parte delle emissioni di gas serra può essere mappata alla produzione del carburante, trasporto, e combustione, ma gran parte del calcolo dei gas serra può essere fatta risalire all'azienda agricola. Per motivi di privacy, però, gli scienziati non possono accedere alle decisioni di gestione delle singole aziende agricole come il tipo e il tasso di fertilizzante.

I dati sui fertilizzanti azotati sono una parte importante del calcolo perché una parte di questi fertilizzanti finisce nell'atmosfera sotto forma di protossido di azoto, un gas serra molto potente. I dati sui fertilizzanti azotati del mais sono pubblicamente disponibili a livello nazionale e statale, ma gli scienziati sostengono che questo livello di risoluzione maschera ciò che viene realmente applicato nelle aziende agricole in tutto il paese e potrebbe portare a LCA imprecise per l'etanolo da mais.

In un nuovo studio dell'Università dell'Illinois e dell'Argonne National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, i ricercatori hanno sviluppato i primi set di dati sull'applicazione dell'azoto a livello di contea per mais, migliorando drasticamente l'accuratezza dei calcoli dei gas serra per la coltura.

"Avere buoni dati è davvero importante per favorire sia una discussione condivisa che una maggiore fiducia nelle LCA. Abbiamo visto alcuni abusi dell'analisi del ciclo di vita utilizzando numeri davvero grezzi, ridimensionando le grandi medie che possono davvero variare molto. Quindi, anche se il livello della contea non è ancora così preciso come vorremmo, è un grande traguardo arrivare a quella scala, "diceMichelle Wander, professore nel Dipartimento di Risorse Naturali e Scienze Ambientali dell'Illinois e coautore dello studio.

Hoyoung Kwon, principale scienziato ambientale presso il Systems Assessments Center di Argonne e coautore dello studio, afferma che il protocollo e i risultati aiuteranno la comunità agricola e della bioeconomia a comprendere meglio gli impatti dei dati sui fertilizzanti azotati ad alta risoluzione sugli LCA dei biocarburanti a base di mais.

"Il protossido di azoto costituisce circa la metà dei gas serra totali associati alla coltivazione del mais, " Dice Kwon. "Ora possiamo differenziare le emissioni di protossido di azoto associate alla coltivazione del mais a livello di contea, e può mostrare quanto queste emissioni variano a seconda della posizione e delle pratiche agricole".

Yushu Xia, che ha guidato l'analisi e ha recentemente terminato il suo programma di dottorato con Wander, ha utilizzato due approcci per determinare l'utilizzo di fertilizzanti azotati e letame a livello di contea.

Il primo, che Xia chiama l'approccio top-down, era un po' come mettere insieme un puzzle usando pezzi di dimensioni diverse. A livello di contea, ha trovato dati per fertilizzanti azotati e letame, ma i numeri sono stati aggregati per tutte le colture, non il mais in particolare. Il set di dati a livello statale includeva l'area fertilizzata nel mais, quindi si trattava di abbinare la contea allo stato. Il set di dati dello stato includeva anche input di azoto, ma li ha aggregati tra i tipi di fertilizzante. Convalida dei dati, o ricontrollare le informazioni sullo stato e sul paese, divenne quindi un altro enigma.

"Per l'approccio top-down, abbiamo utilizzato i dati derivati ​​dalle vendite di fertilizzanti, informazioni raccolte dalla Association of American Plant Food Control Officials. Quindi assumiamo che questi numeri siano relativamente accurati; qualcuno ha davvero comprato quell'azoto. Yushu ha fatto uno sforzo scrupoloso, fondamentalmente usando quel livello di dati del raccolto come un puzzle per capire quanto mais è dove e in quale rotazione nel tempo. E poi anche per il letame:quanti animali ci sono? Dove sono loro? Che tipo di rifiuti animali e quanto? È letteralmente uno sforzo di budget per cercare di scoprire cosa è ragionevole e vero, "Dice Vagabondo.

Il secondo approccio di Xia ha preso il raccolto di mais, rotazioni colturali, e le proprietà del suolo a livello di contea e gli apporti di azoto stimati in base alla quantità di azoto necessaria per ottenere tale resa. Confrontando i risultati dei due approcci, gli agricoltori di Xia stanno applicando azoto in eccesso rispetto a quanto necessario.

"A livello nazionale, le medie ponderate degli apporti di azoto del mais in base alla superficie coltivata a mais hanno superato il fabbisogno di azoto di 60 chilogrammi per ettaro, con un surplus di azoto riscontrato nell'80% di tutte le contee produttrici di mais degli Stati Uniti, " dice Xia.

L'applicazione in eccesso è stata più pronunciata nel Midwest, seguito dalle pianure settentrionali. Il sud-est e il nord-ovest hanno avuto tassi di applicazione di azoto relativamente bassi e livelli di eccedenza. Gli stati occidentali erano complessivamente più variabili.

Xia afferma che la tecnica può essere utile oltre le stime delle emissioni di protossido di azoto.

"Il nostro approccio può essere utilizzato anche per stimare la lisciviazione di azoto, emissioni di ammoniaca, altre emissioni di gas serra, o l'impronta idrica e di carbonio. Questi miglioramenti dei dati possono davvero aiutare a creare e utilizzare migliori modelli di ecosistema e analisi del ciclo di vita".

Kwon indica che il nuovo approccio potrebbe essere potenzialmente utilizzato dai responsabili politici a livello nazionale.

"Il rapporto sull'inventario nazionale dei gas serra dell'EPA attualmente utilizza dati sui fertilizzanti azotati a livello statale per generare stime nazionali delle emissioni di protossido di azoto dai fertilizzanti. Se si applicano questi dati ad alta risoluzione a livello di contea, possono perfezionare quei numeri su scala nazionale".

I risultati potrebbero anche aiutare gli agricoltori a prendere decisioni di gestione più informate.

"I prezzi dei fertilizzanti sono alle stelle in questo momento, quindi, poiché i nostri risultati suggeriscono che alcuni agricoltori stanno applicando in modo eccessivo fino a un terzo del loro azoto, potrebbero probabilmente fare un passo indietro e risparmiare un po' di soldi, "Dice Vagabondo.

L'articolo, "Sviluppo di dati a livello di contea di fertilizzanti azotati e letame per la produzione di mais negli Stati Uniti, " è pubblicato nel Journal of Cleaner Production .