Los investigadores analizaron los costos y beneficios financieros y ambientales de cuatro cultivos de biocombustibles utilizados para producir combustibles de aviación sustentables en los EE. UU.
Por Diana Yates, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign
Encontraron que cada materia prima (rastrojo de maíz, sorgo energético, miscanto o pasto varilla) tuvo mejor desempeño en una región específica de los Estados Unidos de secano.
Su estudio ayudará a los productores y a los responsables de las políticas a seleccionar las materias primas más adecuadas para alcanzar objetivos como la reducción de los costos de producción , la disminución de las emisiones de gases de efecto invernadero y la creación de reservas de carbono en el suelo.
Estados Unidos consume actualmente 23 mil millones de galones de combustible para aviones por año, y el combustible de aviación representa aproximadamente el 13% de las emisiones de dióxido de carbono del transporte nacional, informan los investigadores en su análisis en la revista Environmental Science and Technology .
Hasta ahora, en Estados Unidos solo se producen unos pocos millones de galones de combustibles de aviación sostenibles, pero una iniciativa nacional, el Gran Desafío del Combustible de Aviación Sostenible, tiene como objetivo ampliar la producción a 3 mil millones de galones para 2030 y 35 mil millones de galones para 2050, logrando al mismo tiempo una reducción del 50% en la intensidad de las emisiones de gases de efecto invernadero durante el ciclo de vida en comparación con el combustible convencional.
La combinación de materias primas para la producción de bioenergía que se producirá para hacer frente a este desafío, sus costos relativos y las intensidades de carbono dependerán de cómo se especifiquen los objetivos de la política, dijo Madhu Khanna, profesor de economía agrícola y del consumidor en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign y director del Instituto de Sostenibilidad, Energía y Medio Ambiente de la Universidad de Illinois. Khanna dirigió el estudio con Xinxin Fan, investigador postdoctoral en iSEE.
«Es una tarea enorme sopesar todos los factores que hacen que una determinada materia prima para biocombustibles sea viable económica o ambientalmente», dijo Khanna. «Hay que tener en cuenta todos los demás usos potenciales de la tierra utilizada para cultivar el cultivo, los costos de establecer un nuevo cultivo y muchos otros factores, como el clima, el carbono del suelo y la productividad de un cultivo determinado en un lugar determinado».
«También está el costo de convertir diferentes materias primas en biocombustibles y las emisiones de gases de efecto invernadero asociadas con su cultivo y transporte a una refinería», dijo Fan.
El objetivo era identificar las materias primas con el «precio de equilibrio» más bajo para un productor que cambia de cultivo viable, la menor intensidad de carbono y el menor costo de reducción de carbono, y la mayor biomasa producida por unidad de tierra.
Identificar estos factores para cada materia prima y región de cultivo permitirá a los productores y a los responsables de las políticas determinar qué cultivos tendrán mejor rendimiento en cada parte del país y qué políticas o incentivos serán más exitosos, dijo Fan.
Los investigadores dividieron las zonas de secano de su área de estudio (que abarcan la mayor parte del territorio continental de Estados Unidos desde las Dakotas, Nebraska, Kansas, Oklahoma y Texas hacia el este) en parcelas de 2,5 kilómetros cuadrados. Se centraron en cuatro zonas: las Grandes Llanuras, el Medio Oeste, el Noreste y el Sudeste.
El equipo determinó primero los costos de equilibrio para un productor que cambia del siguiente cultivo más viable a un cultivo para biocombustibles. Estos incluyen los gastos de semillas, productos químicos, fertilizantes, almacenamiento y todos los demás costos asociados con la plantación, el mantenimiento y la cosecha de un cultivo.
Los científicos también modelaron las diferentes condiciones de crecimiento, las emisiones de carbono y los costos y beneficios a lo largo del ciclo de vida de cada materia prima, incluido su transporte a una biorrefinería y su conversión en combustible para aviones. También determinaron el costo promedio de la reducción de gases de efecto invernadero por materia prima.
«Mostramos que la materia prima óptima para cada ubicación difiere dependiendo de si el incentivo es reducir el precio de equilibrio, la intensidad del carbono o el costo de la reducción del carbono, o tener una mayor producción de biomasa por unidad de tierra», escribieron los investigadores.
El costo de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero con combustibles de aviación sostenibles «fue más bajo con el miscanthus en el Medio Oeste, el pasto varilla en el Sur y el sorgo energético en una región relativamente pequeña en las Grandes Llanuras», informaron. «Si bien el SAF basado en rastrojo de maíz tuvo el precio de equilibrio por galón más bajo, tiene el costo de reducción más alto debido a su intensidad relativamente alta de gases de efecto invernadero».
Según Khanna, distintas políticas favorecerían a algunas materias primas en detrimento de otras. El rastrojo de maíz ganaría si los responsables de las políticas priorizaran el volumen de producción por sobre la reducción total de las emisiones de gases de efecto invernadero. Sin embargo, el uso de esta materia prima reduciría las reservas de carbono del suelo, lo que la haría más intensiva en carbono que los demás cultivos energéticos.
El miscanthus y el pasto varilla aumentan el carbono del suelo y contribuirían mucho más a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero que el rastrojo de maíz, pero estas materias primas son más caras de producir, por lo que se requiere un incentivo como un crédito fiscal al carbono para que sean económicamente viables.
En última instancia, concluyen los investigadores, «o bien los precios del carbono tendrían que aumentar o bien el coste de producir combustibles de aviación sostenibles tendría que caer para que los SAF fueran una alternativa económicamente atractiva al combustible para aviones».
Más información: Xinxin Fan et al, Costos de reducción de GEI que varían espacialmente con materias primas celulósicas alternativas para combustibles de aviación sostenibles, Environmental Science & Technology (2024). DOI: 10.1021/acs.est.4c01949
