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Granjas inteligentes del futuro: hacer que los cultivos bioenergéticos sean más ecológicos


Los agricultores tienen suficientes preocupaciones, entre mal tiempo, aumento de costos y demandas cambiantes del mercado, sin tener que preocuparse por la huella de carbono de sus operaciones. 


por Julie Chao, Instituto BioEnergético Conjunto


Pero ahora un nuevo conjunto de proyectos de científicos en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab), incluidos los científicos del Instituto BioEnergético Conjunto (JBEI), podría hacer que la agricultura sea más sostenible y más rentable.

Los tres proyectos, financiados por el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE), aprovechan las fortalezas de Berkeley Lab en inteligencia artificial, sensores y biología ecológica. Su objetivo es cuantificar y reducir la intensidad de carbono de la agricultura, incluida la agricultura de materias primas para biocombustibles como el maíz, la soja y el sorgo, al tiempo que aumenta el rendimiento.

Según el DOE, los biocombustibles basados ​​en cultivos tienen el potencial de abastecer hasta aproximadamente el 5% de la demanda energética de los EE. UU. Dos de los nuevos proyectos son parte del programa SMARTFARM de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada-Energía (ARPA-E) del DOE. Esta iniciativa aspira a que el carbono de la cadena de suministro de biocombustibles sea negativo, lo que significa que elimina o secuestra más carbono del que emite, lo que mejoraría en gran medida los beneficios del biocombustible para la economía y el medio ambiente en general. Los científicos también esperan que el aumento de la productividad tenga el efecto de reducir los costos y aumentar los ingresos de los agricultores.

«¿Cómo podemos hacer que esta Tierra funcione para 7 mil millones de personas?» dijo Michael Schuppenhauer, quien lidera uno de los proyectos para un socio de la industria, Arva Intelligence, una startup con sede en Park City, Utah. «Si podemos desarrollar un camino para que los agricultores tengan mejores resultados y ayuden al medio ambiente, ahí es donde todos ganan».

Recopilando cantidades masivas de datos

Granjas inteligentes del futuro: hacer que los cultivos bioenergéticos sean más ecológicos
Las torres de monitoreo de AmeriFlux como esta en un campo en Arkansas recolectarán datos sobre las emisiones de dióxido de carbono, óxido nitroso y metano. Crédito: Beatriz Moreno García

En el primer proyecto , los investigadores dirigidos por Blake Simmons, director de la División de Ingeniería Biológica y de Sistemas (BSE) de Berkeley Lab, que trabajan con el líder del proyecto, Arva Intelligence, supervisarán cinco granjas comerciales en California y Arkansas que cultivan maíz y cultivos en busca de paja. Las granjas estarán equipadas con sensores de última generación para evaluar los fertilizantes, el agua, el uso de energía y el rendimiento de los cultivos, mientras que las torres de monitoreo registradas en la red AmeriFlux del DOE medirán las emisiones de dióxido de carbono, óxido nitroso y metano a una resolución de un segundo. .

Los impactos ambientales y de emisiones de la producción de biocombustibles, uno de los mayores consumidores de cultivos de granos en los EE. UU., Se conocen bien, pero las emisiones y las oportunidades para mejoras a nivel de campo siguen sin estar claras. El equipo de Arva / Berkeley Lab es uno de los cuatro seleccionados por ARPA-E para establecer sitios de validación para soluciones de «verdad real» para el monitoreo de emisiones, con una variedad de especies de cultivos incluidas en todos los equipos.

El equipo de Berkeley Lab está considerando la digestión anaeróbica de los residuos del cultivo, que son las partes de las plantas que quedan en el campo después de la cosecha del alimento, para el biogás como una vía viable para los agricultores. «Los residuos de cultivos son en realidad el grupo más grande de biomasa sostenible fácilmente disponible que puede convertir eficientemente en biocombustibles y bioproductos», dijo Simmons. «Podemos usar eso como materia prima. Por lo tanto, está produciendo alimentos, combustible y fibra del mismo campo y maximizando la eficiencia de conversión de carbono por acre. Esa es la razón por la cual, en última instancia, creemos que esta vía tiene un equilibrio ecológico y de carbono mucho mejor que otras vías «.

Como parte del proyecto, los científicos de Berkeley Lab llevarán a cabo una detección atmosférica de gases de efecto invernadero, análisis genómicos para caracterizar el microbioma del suelo y análisis del ciclo de vida para determinar la relación entre la entrada y salida de carbono. Los experimentos de campo generarán cantidades masivas de datos. Arva utilizará los datos para construir modelos matemáticos y mejorar los algoritmos de agricultura de precisión para ayudar a las granjas a convertirse en carbono neutral o incluso carbono negativo.

«Los productos finales no solo están mirando las emisiones de gases de efecto invernadero», dijo Schuppenhauer, líder del proyecto para Arva, quien también es un científico afiliado a la EEB. «Los productos finales serán cosas como: ¿Cuánto fertilizante realmente necesitamos? Si podemos reducir la cantidad de uso de fertilizantes a la mitad o un cuarto, eso tiene implicaciones en el uso de combustibles fósiles, ya que se utiliza en la producción de fertilizantes».


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