Земли, включенные в ПКИ, в настоящее время не могут использоваться для выращивания биоэнергетических культур, при этом собирают урожай высокоурожайных растений (таких как мискантус и просо) для преобразования в товарные биопродукты, которые заменяют собой ископаемое топливо и энергию на основе угля. Создано U.S. Министерство сельского хозяйства в 1985 году, CRP побуждает землевладельцев выводить на пенсию экологически деградированные пахотные земли, обменивая продуктивность сельского хозяйства на естественную среду обитания и принимая взамен ежегодные государственные платежи.
По мере того, как мир нагревается, а его население стремительно увеличивается, глобальный спрос на производство продуктов питания вступает в противоречие со снижением производительности сельского хозяйства, которому угрожают экстремальные климатические условия. Таким образом, выделение земли ПКИ для производства высокоурожайной энергетической биомассы может устранить необходимость в борьбе за пространство для биоэнергетических и продовольственных культур.
Команда под руководством руководителя темы устойчивого развития CABBI Мадху Кханна и Ф.D. студент Луойе Чен разработал комплексный подход к моделированию для оценки жизнеспособности перехода земель КОС в восточной части США.S. многолетним биоэнергетическим культурам. Их статья, опубликованная в журнале Environmental Science & Technology в январе 2021 года, подтвердила, что переход к землепользованию действительно жизнеспособен при соблюдении определенных ключевых условий.
«Как сторонники более безопасной и устойчивой биоэкономики, мы должны уделять приоритетное внимание вытеснению ископаемого топлива», – сказала Кханна, которая также является исполняющим обязанности директора Института устойчивого развития, энергетики и окружающей среды (iSEE) в Университете Иллинойса в Урбане-Шампейн. "Как ученые, мы обязаны применять продуманный, новаторский подход к сокращению выбросов парниковых газов таким образом, чтобы это принесло пользу в долгосрочной перспективе.
«Транспортный и электроэнергетический секторы стремятся расширить производство биоэнергии, и крайне важно, чтобы сельскохозяйственный сектор делал то же самое.
Это требует программы, в которой биоэнергетические пахотные земли и пахотные земли для производства пищевых продуктов сосуществуют, а не конкурируют."
Команда CABBI применяет комплексный подход к взвешиванию затрат и выгод от замены статус-кво CRP – невозделываемых площадей – на биоэнергетику, комбинируя модель анализа биотопливной и экологической политики (BEPAM) с биогеохимической моделью DayCent (версия Daily Time Step. Модель века).
BEPAM оценивает чистую прибыльность, отвечая на ключевой вопрос: какие именно экономические условия будут стимулировать землевладельцев CRP перейти на биоэнергетические пахотные земли?
В качестве экологического контрапункта BEPAM, DayCent имитирует все экосистемные эффекты перехода в данном округе, обеспечивая «быстрый взгляд» в будущее и проливая свет на то, как это изменение в землепользовании может повлиять на такие факторы, как урожайность, обмен питательных веществ и связывание углерода в почве.
Ключевой компонент этого исследования объединяет данные из обеих моделей для формулирования оценки жизненного цикла парниковых газов (ПГ), которая рассчитывает общее количество парниковых газов, смягчаемых процессом в целом – от физического акта посадки до внедрения чистой энергии. в биоэкономику.
«Оценка полного жизненного цикла действительно является ключом к пониманию общей картины результатов нашего исследования», – сказал Чен. «Мы принимаем во внимание все – процесс выращивания и сбора сырья, связывание углерода в почве и тот факт, что в конечном итоге мы заменим ископаемое топливо биотопливом, а электричество на основе угля – биоэлектричеством.
"Помните об этом конечном результате, чтобы связать все остальное с конечной целью – чистым положительным воздействием на окружающую среду."
Команда пришла к выводу, что преобразование 3.4 миллиона гектаров земли CRP для биоэнергетики с 2016 по 2030 год являются экономически и экологически жизнеспособными – при определенных условиях.
С экономической точки зрения, все системы работают, если рыночная цена биомассы высока, а правительство продолжает распределять соответствующие платежи за аренду земли в рамках КОС. В идеале эти факторы могут выступать в качестве противовесов: если цены на биомассу снижаются, существенные арендные платежи за землю могут облегчить финансовый стресс у фермеров и поощрить их неизменную приверженность биоэнергетике; в качестве альтернативы, рост цен на биомассу рационализирует ослабление государственной поддержки, экономя деньги налогоплательщиков. Группа определила две идеальные пары: 1) землевладельцы получают 100 процентов своих первоначальных государственных платежей и продают биомассу по 75 долларов за метрическую тонну; или 2) землевладельцы получают 75 процентов своей первоначальной оплаты и продают биомассу по цене 100 долларов за метрическую тонну.
В идеале выигрывают обе стороны.
Преобразование земель КОС в биоэнергетику также может привести к значительной экономии парниковых газов. Предыдущие исследования показывают, что большой «долг по почвенному углероду» может накапливаться в самом начале проекта, в годы посадки мискантуса и проса.
Однако, принимая во внимание оценку полного жизненного цикла, упомянутую выше, исследовательская группа определила, что долгосрочные эффекты замещения ископаемого топлива и угольной энергии биопродуктами с лихвой компенсируют эту временную потерю.
Принимая во внимание доход землевладельца от продажи биомассы, экономию государственных платежей для поддержания существующего участия в программе CRP и монетизируемые выгоды от снижения выбросов парниковых газов за счет вытеснения ископаемого топлива (количественно оцениваемого с использованием «социальной стоимости углерода»), общая чистая стоимость преобразования земель CRP в биоэнергетику может составить от 28 до 125 млрд долларов за период 2016-2030 гг.