Les agriculteurs ont assez de soucis - entre le mauvais temps, la hausse des coûts, et les demandes changeantes du marché, sans avoir à se soucier de l'empreinte carbone de leurs opérations. Mais maintenant, une nouvelle série de projets de scientifiques du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), dont des scientifiques du Joint BioEnergy Institute (JBEI), pourrait rendre l'agriculture à la fois plus durable et plus rentable.

Les trois projets, financé par le Département américain de l'énergie (DOE), tirer parti des atouts de Berkeley Lab en intelligence artificielle, capteurs, et la biologie écologique. Ils visent à quantifier et réduire l'intensité carbone de l'agriculture, y compris la culture de matières premières pour biocarburants comme le maïs, soja, et le sorgho, tout en augmentant le rendement.

Les biocarburants à base de cultures ont le potentiel de fournir jusqu'à environ 5 % de la demande énergétique des États-Unis, selon le DOE. Deux des nouveaux projets font partie du programme SMARTFARM de l'Agence pour les projets de recherche avancée-Énergie (ARPA-E) du DOE. Cette initiative vise à rendre la chaîne d'approvisionnement des biocarburants négative en carbone, ce qui signifie qu'elle élimine ou séquestre plus de carbone qu'elle n'en émet, ce qui améliorerait considérablement les avantages des biocarburants pour l'économie et l'environnement au sens large. Les scientifiques espèrent également que l'augmentation de la productivité aura pour effet de réduire les coûts et d'augmenter les revenus des agriculteurs.

« Comment pouvons-nous faire fonctionner cette Terre pour 7 milliards de personnes ? » dit Michael Schuppenhauer, qui dirige l'un des projets pour un partenaire industriel, Arva Intelligence, une startup basée à Park City, Utah. « Si nous pouvons développer une voie permettant aux agriculteurs d'avoir de meilleurs résultats et d'aider l'environnement, c'est là que tout le monde gagne."

Collecter des quantités massives de données

Dans le premier projet, chercheurs dirigés par Blake Simmons, directeur de la division Biological &Systems Engineering (BSE) de Berkeley Lab, travailler avec le chef de projet, Arva Intelligence, surveillera cinq fermes commerciales en Californie et en Arkansas qui cultivent du maïs et des cultures pour la paille. Les fermes seront équipées de capteurs de pointe pour évaluer les engrais, l'eau, consommation d'énergie, et le rendement des cultures, tandis que les tours de surveillance enregistrées auprès du réseau AmeriFlux du DOE mesureront les émissions de dioxyde de carbone, protoxyde d'azote, et le méthane à une résolution inférieure à la seconde.

Les impacts environnementaux et sur les émissions de la production de biocarburants - l'un des plus gros consommateurs de céréales aux États-Unis - sont bien compris, mais les émissions et les possibilités d'amélioration sur le terrain restent floues. L'équipe Arva/Berkeley Lab est l'une des quatre sélectionnées par l'ARPA-E pour établir des sites de validation de solutions de « vérité terrain » pour la surveillance des émissions, avec une variété d'espèces cultivées incluses dans les équipes.

L'équipe du Berkeley Lab envisage la digestion anaérobie des résidus de culture, qui sont les parties des plantes laissées sur le terrain après la récolte de la culture vivrière, au biogaz comme voie viable pour les agriculteurs. « Les résidus de récolte sont en fait le plus grand réservoir de biomasse durable facilement disponible que vous pouvez convertir efficacement en biocarburants et en bioproduits, " a déclaré Simmons. "Nous pouvons l'utiliser comme matière première. Donc, vous produisez de la nourriture, du carburant et des fibres à partir du même champ et maximisez l'efficacité de conversion du carbone par acre. C'est la raison pour laquelle, finalement, nous pensons que cette voie a un bien meilleur bilan écologique et carbone que d'autres voies."

Dans le cadre du projet, Les scientifiques du Berkeley Lab procéderont à la détection atmosphérique des gaz à effet de serre, analyses génomiques pour caractériser le microbiome du sol, et l'analyse du cycle de vie pour déterminer le rapport entre l'apport de carbone et la production. Les expériences sur le terrain généreront des quantités massives de données. Arva utilisera les données pour construire des modèles mathématiques et améliorer les algorithmes d'agriculture de précision pour aider les fermes à devenir neutres en carbone, voire négatives en carbone.

"Les produits finaux ne se limitent pas aux émissions de gaz à effet de serre, " dit Schuppenhauer, le chef de projet pour Arva, qui est également un scientifique affilié à l'ESB. « Les produits finaux seront des choses telles que :De quelle quantité d'engrais avons-nous vraiment besoin ? Si nous pouvons réduire la quantité d'engrais utilisée de moitié ou d'un quart, qui a des implications sur l'utilisation des combustibles fossiles, tel qu'il est utilisé dans la production d'engrais.