В усилиях по ограничению использования ископаемого топлива, вырабатывающего парниковый газ, биотопливо на растительной основе является одним из главных претендентов на роль альтернативных жидких источников энергии для транспорта. Тем не менее, согласно исследованию, проведенному профессором экологии Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Дэвидом Тилманом, стратегии производства биомассы с высоким выходом для топлива не являются универсальными.
«Трудно производить биотопливо, которое действительно имеет экологические преимущества», - сказал Тилман, преподаватель Школы экологических наук и менеджмента Брена и соавтор статьи, опубликованной в журнале Nature Sustainability.«Когда продовольственная культура используется для производства биотоплива, это, по сути, отнимает пищу у бедных людей во всем мире и, как выясняется, практически не дает сокращения выбросов парниковых газов».
В то время как при традиционном производстве биотоплива в основном используются продовольственные культуры, такие как кукуруза, соя, масличная пальма и сахарный тростник, у этих методов есть свои подводные камни, такие как интенсивное использование азотных удобрений и конкуренция за плодородные пахотные земли, на которых выращивались продукты питания.. В ходе 10-летнего эксперимента Тилмана исследователи изучили альтернативные способы производства биомассы, но с меньшими экологическими и экономическими побочными эффектами.
«Мы хотели посмотреть, могут ли степные травы оказаться лучшим урожаем», - сказал он. В отличие от однолетних культур с относительно более мелкой корневой системой, глубокие корни многолетних трав Среднего Запада способны лучше накапливать углерод в земле, что является дополнительным преимуществом для окружающей среды. Более того, согласно исследованию, выращивание разнообразных многолетних трав на настолько неплодородных землях, что их перестали использовать в сельском хозяйстве, «могло бы свести к минимуму конкуренцию с продуктами питания и выбросы парниковых газов, связанные с потенциальной прямой или косвенной расчисткой земель, улучшить восстановление экосистемных услуг и обеспечивают среду обитания диких животных."
Однако, поскольку почва была истощена питательными веществами, некоторые сельскохозяйственные обработки могли иметь значение. И поэтому исследователи, работая с 36 участками и 32 местными видами пастбищ, решили найти оптимальное количество удобрений и орошения, которые дали бы наибольшее и самое разнообразное количество биомассы, а также привели бы к подземному хранению углерода и минимальному количеству нитратов. выщелачивание.
Результат десятилетнего наблюдения и анализа? Больше не обязательно лучше.
"Наши результаты показывают, что разные уровни интенсификации имеют разные экологические преимущества и затраты", - сказал ведущий автор Йи Ян, который в настоящее время является исследователем с докторской степенью в Университете Миннесоты.
На самом деле, умеренные обработки с низким содержанием азотных удобрений и воды для орошения привели к лучшим выходам биомассы и сохранению углерода - в два раза больше урожайности и запасов по сравнению с необработанными участками. Между тем, участки с более интенсивной обработкой привели к снижению выбросов парниковых газов на 30 процентов, выщелачиванию нитратов в 10 раз больше и потере разнообразия растений на 120 процентов больше, чем на участках с умеренной обработкой.
Хотя результаты показали, что выход энергии при оптимальном управлении степными травами был все еще несколько ниже на гектар, чем при использовании традиционного этанола из кукурузы, степные травы выращивались на землях, слишком бесплодных для кукурузы. Более того, поскольку азотных удобрений использовалось гораздо меньше, чем для кукурузы, и особенно из-за высокого уровня накопления углерода в почве, биоэнергия от оптимально выращенных степных трав давала гораздо большую экономию в теплицах. И все это с преимуществами восстановления окружающей среды.
Многообещающие результаты этого исследования приводят к выводу, что более индивидуальный, экологически безопасный подход к производству биотоплива может быть полезен и в других регионах, поскольку мы продолжаем изучать способы производства биомассы в качестве альтернативы ископаемому топливу.
«Наше исследование показывает, что оптимизация множества экологических преимуществ требует устойчивых методов интенсификации, соответствующих почвам, климату и видам растений в регионе», - сказал Ян.
Исследование этого проекта также проводили Кларенс Леман и Джаред Л. Трост из Университета Миннесоты (UMN).