Исследователи из Центра передовых инноваций в области биоэнергетики и биопродуктов (CABBI) обнаружили, что перевод земель, зарегистрированных в Программе сохранения резервов (CRP), на биоэнергетическое сельское хозяйство может быть выгодным для американских землевладельцев, правительства и окружающей среды.
Земли, зарегистрированные в CRP, в настоящее время не могут использоваться для производства биоэнергетических культур, при этом высокоурожайные растения (такие как мискантус и просо) собираются для преобразования в товарные биопродукты, которые заменяют энергию, основанную на ископаемом топливе и угле. CRP, созданная Министерством сельского хозяйства США в 1985 году, стимулирует землевладельцев выводить из эксплуатации экологически деградированные пахотные земли, обменивая сельскохозяйственную продукцию на естественные места обитания и принимая взамен ежегодные государственные платежи.
По мере того, как мир нагревается, а его население стремительно увеличивается, глобальный спрос на производство продуктов питания противоречит снижению производительности сельского хозяйства, которому угрожают экстремальные климатические условия. Таким образом, выделение земли CRP для высокоурожайной энергетической биомассы может устранить необходимость в биоэнергетических культурах и пищевых культурах, соперничающих за пространство.
Команда под руководством руководителя темы устойчивого развития CABBI Мадху Кханна и доктора философии. студент Луой Чен разработал комплексный подход к моделированию для оценки жизнеспособности перехода земель CRP на востоке США к многолетним биоэнергетическим культурам. Их статья, опубликованная в журнале Environmental Science & Technology в январе 2021 года, подтвердила, что переход к землепользованию действительно возможен при соблюдении определенных ключевых условий.
«Как сторонники более безопасной и устойчивой биоэкономики, мы должны уделять первоочередное внимание замене ископаемого топлива», - сказал Ханна, который также является исполняющим обязанности директора Института устойчивого развития, энергетики и окружающей среды (iSEE) в Университете Иллинойса. Урбана-Шампейн. «Как ученые, мы обязаны применять продуманный инновационный подход к уменьшению выбросов парниковых газов таким образом, чтобы он оказался полезным в долгосрочной перспективе.
"Транспортный и электроэнергетический секторы стремятся расширить производство биоэнергии, и крайне важно, чтобы сельскохозяйственный сектор сделал то же самое. Это требует программы, в которой пахотные земли для биоэнергетики и пищевые пахотные земли сосуществуют, а не конкурируют".
Команда CABBI применяет комплексный подход к оценке затрат и выгод замены статус-кво CRP (необрабатываемых площадей) на биоэнергию, сочетая Модель анализа биотопливной и экологической политики (BEPAM) с биогеохимической моделью DayCent (Daily Time Ступенчатая версия модели века).
BEPAM оценивает чистую рентабельность, отвечая на ключевой вопрос: какие конкретно экономические условия будут стимулировать землевладельцев CRP к переходу на пахотные земли, использующие биоэнергию? Экологический контрапункт BEPAM, DayCent моделирует полные экосистемные эффекты перехода в данном округе, обеспечивая «беглый взгляд» в будущее и проливая свет на то, как это изменение в землепользовании может повлиять на такие факторы, как урожайность, обмен питательными веществами и связывание углерода в почве.
Ключевой компонент этого исследования объединяет данные обеих моделей для формулирования оценки жизненного цикла парниковых газов (ПГ), которая рассчитывает общее количество парниковых газов, смягченных процессом в целом - от физического акта посадки до внедрение экологически чистой энергии в биоэкономику.
«Оценка полного жизненного цикла действительно является ключом к пониманию общих результатов нашего исследования», - сказал Чен. «Мы принимаем во внимание все - процесс фактического выращивания и сбора сырья, углерод, удерживаемый в почве, и тот факт, что в конечном итоге мы будем вытеснять ископаемое топливо биотопливом, а электроэнергию на основе угля - биоэлектричеством.
"Помнение об этом конечном результате привязывает все остальное к конечной цели чистого положительного воздействия на окружающую среду."
Команда пришла к выводу, что преобразование 3,4 млн гектаров земель CRP в биоэнергию с 2016 по 2030 год является экономически и экологически жизнеспособным - при определенных условиях.
С экономической точки зрения, все системы «работают», если рыночная цена биомассы высока, а правительство продолжает распределять соответствующие арендные платежи за землю CRP. Эти факторы в идеале могут действовать как противовесы: если цены на биомассу снизятся, существенные арендные платежи за землю могут смягчить финансовый стресс фермеров и стимулировать их дальнейшую приверженность биоэнергетике; в качестве альтернативы, стремительный рост цен на биомассу рационализировал бы ослабленную государственную поддержку, сэкономив деньги налогоплательщиков. Команда определила две идеальные пары: 1) землевладельцы получают 100 процентов своих первоначальных государственных платежей и продают биомассу по цене 75 долларов за метрическую тонну; или 2) землевладельцы получают 75 процентов своего первоначального платежа и продают биомассу по цене 100 долларов США за метрическую тонну. В идеале выигрывают обе стороны.
Преобразование CRP земель в биоэнергию также может привести к существенной экономии парниковых газов. Предыдущие исследования показывают, что большой «углеродный долг почвы» может накапливаться в начале предприятия, в годы посадки мискантуса и проса. Однако, принимая во внимание упомянутую выше оценку полного жизненного цикла, исследовательская группа определила, что долгосрочные последствия замены ископаемого топлива и энергии на основе угля биопродуктами более чем компенсируют эту временную потерю.
Учитывая доход землевладельцев от продажи биомассы, экономию на государственных платежах для поддержания существующей регистрации CRP и монетизированные выгоды от смягчения последствий выбросов парниковых газов за счет замены ископаемых видов топлива (количественно определяемые с использованием «социальной стоимости углерода»), общая чистая стоимость преобразование земель CRP в биоэнергию может составить от 28 до 125 миллиардов долларов в период с 2016 по 2030 год.