研究按各地区和政策目标确定了可持续航空燃料的最佳生物能源作物

研究人员分析了美国用于生产可持续航空燃料的四种生物燃料作物的财务和环境成本与效益。他们发现，每种原料——玉米秸秆、能源高粱、芒草或柳枝稷——在美国雨养地区的具体地区表现最佳。

他们的研究将帮助种植者和政策制定者选择最适合实现降低生产成本、降低温室气体排放和增加土壤碳储量等目标的原料。

研究人员在《环境科学与技术》杂志的分析中报告称，美国目前每年消耗 230 亿加仑的航空燃料，航空燃料约占国内运输二氧化碳排放量的 13%。

到目前为止，美国仅生产了数百万加仑的可持续航空燃料，但一项名为“可持续航空燃料大挑战”的国家倡议的目标是到 2030 年将产量扩大到 30 亿加仑，到 2050 年扩大到 350 亿加仑，同时与传统燃料相比，实现生命周期温室气体排放强度减少 50%。

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校农业和消费者经济学教授、伊利诺伊大学可持续发展、能源和环境研究所所长 Madhu Khanna 表示，为应对这一挑战而生产的生物能源作物原料组合、其相对成本和碳强度将取决于如何指定政策目标。Khanna 与 iSEE 博士后研究员 Xinxin Fan 共同领导了这项研究。

“权衡所有因素，使某种生物燃料原料在经济或环境上可行，这是一项艰巨的任务，”卡纳说。“你必须考虑种植作物的土地的所有其他潜在用途、种植新作物的成本，以及诸如天气、土壤碳和特定地点特定作物的生产力等众多其他因素。”

“将不同的原料转化为生物燃料也需要成本，而且在生产和运输到炼油厂的过程中还会产生温室气体排放，”范说。

目标是确定对于从其他可行作物转换而来的种植者来说“盈亏平衡价格”最低的原料、最低的碳强度和碳减排成本以及每单位土地生产的生物质最高的原料。

范说，确定每种原料和种植区域的这些因素将使种植者和政策制定者能够确定哪种作物在全国各地表现最好，以及哪些政策或激励措施最为成功。

研究人员将研究区域的雨养区(包括南北达科他州、内布拉斯加州、堪萨斯州、俄克拉荷马州和德克萨斯州以东的大部分美国大陆)划分为 1.5 平方英里的地块。他们重点关注四个区域：大平原、中西部、东北部和东南部。

该团队首先确定了种植者从第二大可行作物转向生物燃料作物的盈亏平衡成本。这些成本包括种子、化学品、施肥、储存以及与种植、维护和收获作物相关的所有其他成本。

科学家们还模拟了不同的生长条件、碳排放以及每种原料生命周期的成本和收益，包括将其运送到生物精炼厂并将其转化为可用的航空燃料。他们还确定了每种原料温室气体减排的平均成本。

研究人员写道：“我们表明，每个地点的最佳原料有所不同，这取决于激励措施是降低盈亏平衡价格、碳强度或碳减排成本，还是提高单位土地的生物质产量。”

他们报告称，使用可持续航空燃料减少温室气体排放的成本“在中西部地区使用芒草、在南部使用柳枝稷以及在大平原地区相对较小的地区使用能源高粱最低”。“虽然以玉米秸秆为基础的可持续航空燃料每加仑的盈亏平衡价格最低，但由于其温室气体强度相对较高，其减排成本最高。”

卡纳表示，不同的政策会对某些原料更有利。如果政策制定者优先考虑产量而不是温室气体排放总量，玉米秸秆将胜出。然而，使用这种原料会减少土壤碳储量，使其碳密集度高于其他能源作物。

芒草和柳枝稷能增加土壤碳含量，比玉米秸秆更能降低温室气体排放。但这些原料的生产成本更高，需要碳税抵免等激励措施才能使其具有经济可行性。

最终，研究人员得出结论，“要么提高碳价，要么降低可持续航空燃料的生产成本，才能使SAF成为经济上有吸引力的航空燃料替代品。”