Земли, включенные в CRP, в настоящее время не могут быть использованы для производства биоэнергетических культур, где высокоурожайные растения (такие как мискантус и подорожник) собирают для превращения в товарные биопродукты, которые заменяют энергию на основе ископаемого топлива и угля. Учрежденный Министерством сельского хозяйства США в 1985 году, CRP стимулирует землевладельцев выводить из эксплуатации экологически деградированные пахотные земли, обменивая сельскохозяйственную продуктивность на естественную среду обитания и получая взамен ежегодные государственные платежи.

По мере того как в мире становится теплее и его население стремительно увеличивается, глобальный спрос на производство продовольствия вступает в противоречие со снижением производительности сельского хозяйства, которому угрожают экстремальные климатические условия. Следовательно, выделение земельных участков CRP для высокоурожайной энергетической биомассы может устранить необходимость в том, чтобы биоэнергетические культуры и продовольственные культуры конкурировали за пространство.

Команда, возглавляемая руководителем темы устойчивого развития CABBI Мадху Ханной и аспирантом Луойе Ченом, разработала комплексный подход к моделированию для оценки жизнеспособности перехода сельскохозяйственных угодий на востоке США на многолетние биоэнергетические культуры. Их статья, опубликованная в Наука и технология в области охраны окружающей среды в январе 2021 года было подтверждено, что переход к землепользованию действительно жизнеспособен при условии соблюдения определенных ключевых условий.

"Как сторонники более безопасной и устойчивой биоэкономики, мы должны уделять приоритетное внимание замене ископаемого топлива", - сказала Ханна, которая также является исполняющей обязанности директора Института устойчивого развития, энергетики и окружающей среды (iSEE) при Университете Иллинойса в Урбана-Шампейн. "Как ученые, мы несем ответственность за продуманный, инновационный подход к снижению выбросов парниковых газов таким образом, чтобы это оказалось 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 биоэнергетические пахотные земли и продовольственные пахотные земли сосуществуют, а не конкурируют".

Команда CABBI применяет комплексный подход к взвешиванию затрат и выгод от замены существующего статуса-кво - необработанных площадей - на биоэнергетику, комбинируя модель анализа биотоплива и экологической политики (BEPAM) с биогеохимической моделью DayCent (версия Century Model с ежедневным временным шагом).

BEPAM оценивает чистую прибыльность, отвечая на ключевой вопрос: какие конкретные экономические условия будут стимулировать местных землевладельцев перейти на биоэнергетические пахотные земли? Экологический контрапункт BEPAM, DayCent моделирует все экосистемные последствия перехода для данного округа, предоставляя "быстрый взгляд" в будущее и проливая свет на то, как это изменение в землепользовании может повлиять на такие факторы, как урожайность сельскохозяйственных культур, обмен питательными веществами и поглощение углерода почвой.

Ключевой компонент этого исследования объединяет данные из обеих моделей для формулирования оценки жизненного цикла парниковых газов (ПГ), которая вычисляет общее количество ПГ, уменьшенное в результате процесса в целом - от физического акта посадки до внедрения чистой энергии в биоэкономику.

"Полная оценка жизненного цикла действительно является ключом к пониманию общей картины 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 счете мы заменим ископаемое топливо биотопливом, а электроэнергию на основе угля - биоэлектричеством.

"Помня об этом конечном результате, мы привязываем все остальное к конечной цели - чистому положительному воздействию на окружающую среду".

Команда пришла к выводу, что перевод 3,4 миллиона гектаров сельскохозяйственных угодий на биоэнергетику в период 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 и правительство продолжает распределять соответствующие платежи за аренду земли CRP. Эти факторы в идеале могут выступать в качестве противовесов: если цены на биомассу снизятся, значительные платежи за аренду земли могут облегчить финансовое напряжение фермеров и стимулировать их дальнейшую приверженность биоэнергетике; в качестве альтернативы, рост цен на биомассу рационализирует ослабление государственной поддержки, экономя деньги налогоплательщиков. Команда определила две идеальные пары: 1) землевладельцы получают 100 процентов от своих первоначальных государственных платежей и продают биомассу по 75 долларов за метрическую тонну; или 2) землевладельцы получают 75 процентов от своих первоначальных платежей и продают биомассу по 100 долларов за метрическую тонну. В идеале выигрывают обе стороны.

Преобразование земли CRP в биоэнергетику также может привести к существенной экономии парниковых газов. Предыдущие исследования показывают, что большой "углеродный долг почвы" может накопиться в самом начале проекта, в годы посадки мискантуса и подорожника. Однако, принимая во внимание упомянутую выше оценку полного жизненного цикла, исследовательская группа определила, что долгосрочные последствия замены энергии на основе ископаемого топлива и угля биопродуктами с лихвой компенсируют эту временную потерю.

Учитывая доходы землевладельцев от продажи биомассы, экономию на государственных платежах для поддержания существующего охвата CRP и монетизированные выгоды от снижения выбросов парниковых газов за счет замены ископаемого топлива (количественно с использованием "социальной стоимости углерода"), общая чистая стоимость преобразования земель CRP в биоэнергетику может достигать 28 миллиардов долларов до $125 миллиардов долларов в течение периода 2016-2030 годов.