Le miscanthus est récolté dans une installation CABBI de l'Iowa State University. Les chercheurs du CABBI de l'ISU et de l'Université de l'Illinois Urbana-Champaign ont découvert que les mandats de biocarburants de la norme sur les carburants renouvelables entraîneront des coûts économiques et environnementaux importants sans politiques et incitations ciblées qui valorisent les avantages de la durabilité des cultures bioénergétiques pérennes comme le miscanthus par rapport aux options moins chères. Crédit :Centre for Advanced Bioenergy and Biofuels Innovation (CABBI)
De nouvelles études du Center for Advanced Bioenergy and Bioproducts Innovation (CABBI) éclairent davantage les coûts économiques et environnementaux des mandats dans le Renewable Fuels Standard (RFS), un programme fédéral pour développer le secteur des biocarburants du pays.
Les chercheurs ont déclaré que les études indiquent la nécessité d'adopter des politiques plus ciblées qui valorisent les avantages environnementaux et écosystémiques des cultures bioénergétiques pérennes par rapport aux options moins chères et offrent des incitations financières aux agriculteurs pour les cultiver.
La RFS a été publiée en 2005 et mise à jour par l'Energy Independence and Security Act de 2007 pour améliorer la sécurité énergétique des États-Unis, réduire les émissions de gaz à effet de serre (GES), et promouvoir le développement rural. Les normes de 2007 imposaient de mélanger 36 milliards de gallons de biocarburants de première génération (fabriqués à partir de cultures vivrières comme le maïs, comme l'éthanol) et les biocarburants de deuxième génération (fabriqués à partir de la biomasse du miscanthus ou d'autres matières premières énergétiques) avec des combustibles fossiles d'ici 2022, pour remplacer le mazout et le fioul à base de pétrole. Le mandat sur l'éthanol de maïs a été respecté, avec 15 milliards de gallons produits annuellement, mais la production de biocarburants cellulosiques a été négligeable. Les objectifs au-delà de 2022 restent à déterminer.
Les mandats sur les biocarburants ont un impact sur l'environnement de multiples façons—affectant l'utilisation des terres, émissions de GES, application d'azote (N), et fuite de composés azotés nocifs dans le sol, air, et de l'eau. Ces impacts varient selon la matière première, tout comme les coûts et avantages économiques pour les consommateurs qui achètent de la nourriture et du carburant et pour les producteurs, en fonction des coûts de culture et de la concurrence pour les terres cultivées pour des utilisations alternatives.
La première étude a calculé les coûts économiques et environnementaux nets des mandats RFS et a constaté que le maintien du mandat sur l'éthanol de maïs entraînerait un coût net cumulé pour la société de près de 200 milliards de dollars de 2016 à 2030 par rapport à l'absence de RFS. Le coût social des dommages causés par l'azote de la production d'éthanol de maïs compense considérablement les avantages sociaux des économies de GES.
D'autre part, la mise en œuvre du mandat cellulosique supplémentaire pourrait offrir des avantages économiques et environnementaux substantiels avec des innovations technologiques qui réduisent les coûts de conversion de la biomasse en éthanol cellulosique et des politiques qui accordent une valeur monétisée élevée aux avantages de l'atténuation des GES. Cette étude, Publié dans Lettres de recherche environnementale , a été dirigé par Madhu Khanna, responsable du thème de la durabilité de CABBI et titulaire d'un doctorat. l'étudiant Luoye Chen de l'Université de l'Illinois Urbana-Champaign.
La deuxième étude a examiné comment la mise en œuvre complète des mandats RFS affectera la qualité de l'eau dans le bassin du fleuve Mississippi/Atchafalaya (MARB) et le golfe du Mexique, qui sont en proie au ruissellement d'azote des champs de maïs et de soja. L'augmentation des niveaux d'azote a épuisé l'oxygène et créé une zone morte hypoxique dans le golfe. Spécifiquement, cette étude a cherché à savoir si la diversification des terres cultivées avec des cultures énergétiques pérennes, telles que CABBI, pouvait réduire la perte d'azote associée à la production de maïs et ainsi améliorer la qualité de l'eau tout en atteignant les objectifs de la RFS.
Il a constaté que l'endroit le plus économique pour cultiver des cultures bioénergétiques pérennes, qui nécessitent généralement moins d'engrais azotés et moins de ruissellement d'azote, était sur des terres cultivées inutilisées. Cela a limité leur potentiel de réduction du ruissellement d'azote, qui serait le plus élevé si elles remplaçaient les cultures en rangs intensives en N sur les terres cultivées. Les avantages de réduction d'azote des cultures bioénergétiques seraient également plus que compensés par l'augmentation du ruissellement généré par la récolte de résidus de cultures à faible coût tels que les tiges de maïs (feuilles et tiges de maïs laissées après la récolte du grain) pour la biomasse cellulosique. Les résultats suggèrent que des incitations ciblées pour réduire la perte d'azote sont nécessaires pour persuader les producteurs de remplacer les cultures en rangées intensives en azote ainsi que la biomasse des tiges de maïs par des cultures bioénergétiques. Publié dans Sciences et technologies de l'environnement , l'étude a été dirigée par le professeur agrégé d'agronomie Andy VanLoocke et Ph.D. Kelsie Ferin, étudiante de l'Iowa State University.
Ensemble, les études ont montré que le maintien du mandat de l'éthanol de maïs pousse plus de terres dans la production de maïs, ce qui augmente le prix du marché d'autres produits agricoles. Alors que les producteurs pourraient bénéficier de prix de marché plus élevés, les consommateurs qui achètent du carburant ou des produits agricoles en paient le coût. Et bien que le mandat sur l'éthanol de maïs puisse aider à atténuer les GES en remplaçant les combustibles fossiles par des biocarburants, il augmente le lessivage de l'azote en raison de l'utilisation accrue d'engrais avec l'augmentation de la production de maïs. Cela aggrave la qualité de l'eau dans le MARB et le golfe du Mexique et entraîne un coût environnemental et social énorme.
En revanche, le mandat de l'éthanol cellulosique pourrait offrir un avantage global avec les bonnes politiques. Soutenir la recherche et le développement pour réduire le coût de conversion de la biomasse en éthanol cellulosique réduirait considérablement les coûts de production et augmenterait les avantages sociaux, et une valeur monétisée élevée pour l'atténuation des GES pourrait compenser tous les autres coûts.
Ces résultats devraient amener les décideurs à remettre en question l'efficacité des mandats technologiques comme le RFS qui traitent toutes les matières premières cellulosiques comme étant identiques. Il encourage des options moins chères comme les tiges de maïs et limite les incitations à cultiver des cultures énergétiques pérennes à haut rendement qui ont une intensité de carbone et une fuite d'azote plus faibles mais sont plus coûteuses avec la technologie actuelle.
Les chercheurs du CABBI espèrent que des politiques basées sur la performance, y compris la norme sur les carburants à faible teneur en carbone, taxes sur les fuites de carbone et d'azote, ou des limites sur la récolte de résidus de culture et l'application d'azote - peuvent être mises en œuvre pour compléter les mandats RFS après 2022.
La complexité des politiques de biocarburants nécessite une expertise à la fois des agronomes et des économistes, comme dans ces études. Les deux équipes de recherche ont développé des modèles économiques et biophysiques intégrés intégrant un large éventail de facteurs dans leurs analyses.
« CABBI offre une excellente opportunité pour ce type de recherche, des collaborations inspirantes de différentes disciplines, " a déclaré Khanna.
