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Todos os dias, 45.000 aviões voam pelos Estados Unidos, transportando cerca de 1,7 milhão de passageiros. A aviação domina a contribuição individual de um viajante frequente para a mudança climática e, ainda assim, é um dos setores mais difíceis de descarbonizar.
Os Estados Unidos são o maior contribuinte para as emissões de dióxido de carbono da aviação no mundo e são responsáveis por mais de um quarto de todo o dióxido de carbono emitido pelos voos.
Mas e se pudéssemos fazer com que todas as viagens aéreas nos Estados Unidos fossem quase isentas de emissões?
E se pudéssemos substituir os combustíveis fósseis de aviação com uso intensivo de carbono por uma alternativa mais limpa: biocombustíveis derivados de capim alimentado pela chuva cultivado nos Estados Unidos?
Nova pesquisa publicada em 14 de novembro na revista Natureza Sustentabilidade mostra um caminho para a descarbonização total do uso de combustível de aviação nos EUA, substituindo o combustível de aviação convencional por biocombustíveis produzidos de forma sustentável.
O estudo, liderado por uma equipe de pesquisadores da Arizona State University, descobriu que plantar miscanthus em 23,2 milhões de hectares de terras agrícolas marginais existentes – terras que muitas vezes ficam em pousio ou são de baixa qualidade – nos Estados Unidos forneceria o suficiente matéria-prima de biomassa para atender às demandas de combustível líquido do setor de aviação dos EUA totalmente a partir de biocombustíveis, uma quantidade que deve atingir 30 bilhões de galões/ano até 2040.
“Demonstramos que está ao alcance dos Estados Unidos descarbonizar o combustível usado pela aviação comercial, sem ter que esperar pela eletrificação da propulsão das aeronaves”, disse Nazli Uludere Aragon, co-autor correspondente do estudo e recente PhD em Geografia da ASU. diplomado.
“Se estamos falando sério sobre chegar a zero emissões líquidas de gases de efeito estufa, precisamos lidar com as emissões de viagens aéreas que devem crescer em um cenário de negócios como sempre. Encontrar fontes alternativas e mais sustentáveis de combustível líquido para a aviação é fundamental para isto.”
Integrando ecossistema, ciência atmosférica e conhecimento econômico
No estudo, os pesquisadores usaram uma estrutura integrada de avaliações de terra, modelagem hidroclimática, modelagem de ecossistema e modelagem econômica para avaliar onde e sob quais condições nos Estados Unidos, as culturas energéticas usadas para biocombustíveis poderiam ser cultivadas de forma sustentável usando critérios que avalia o desempenho ambiental e econômico.
Os critérios eram extensos. A equipe primeiro identificou e avaliou onde já existiam terras agrícolas marginais ideais nos EUA. Eles então avaliaram se alguém poderia ou não cultivar as culturas energéticas certas na terra sem usar água adicional.
A equipe então analisou se o cultivo de matérias-primas para culturas energéticas nessas terras teria efeitos prejudiciais no clima circundante ou na umidade do solo e previu a produtividade potencial de rendimentos de duas gramíneas diferentes – miscanthus e switchgrass – como matérias-primas de energia de biomassa adequadas. Por fim, a equipe quantificou a quantidade e o custo do biocombustível que seria produzido e distribuído em escala nacional.
“A forma atual como produzimos combustível de aviação sustentável é muito ineficiente em termos de uso de terra e não em grande escala”, disse Nathan Parker, autor do estudo e professor assistente da Escola de Sustentabilidade. “Existem maneiras muito limitadas de a aviação se tornar de baixa emissão de carbono com um impacto climático correspondentemente baixo e esta é uma maneira que mostramos que é viável e pode fazer com que a indústria da aviação seja neutra em carbono por meio da agricultura”.
Os cientistas enfatizaram que essa perspectiva de sistemas integrados foi fundamental para o estudo. No passado, a pesquisa sobre o potencial dos biocombustíveis consistia em avaliações isoladas que não eram bem integradas, por exemplo, negligenciando dados importantes sobre como a alteração da cobertura vegetal influencia o clima circundante.
“Quando você planta culturas em áreas estrategicamente projetadas, o plantio dessas culturas tem um impacto no clima”, disse Matei Georgescu, co-autor correspondente do estudo e professor associado da Escola de Ciências Geográficas e Planejamento Urbano e Diretor do Centro de Pesquisa do Clima Urbano da ASU. “Se houver uma mudança na paisagem subjacente, por exemplo, um aumento ou diminuição na quantidade de vegetação, pode haver implicações para o clima de escala local a regional, incluindo mais ou menos precipitação, ou temperaturas mais quentes ou mais frias”.
Para explicar essas interações terra-atmosfera, a equipe de pesquisa obteve resultados de seu modelo de hidroclima para informar seu modelo de ecossistema. A equipe então avaliou a viabilidade econômica para os agricultores cultivarem essas gramíneas.
Soluções do mundo real
Para qualquer adoção de um caminho alternativo de energia, as soluções precisam fazer sentido economicamente.
Os pesquisadores, em sua análise, compararam os retornos financeiros dos usos existentes para as terras que identificaram – alguns já são usados para o cultivo de milho, soja ou várias outras culturas, e outros estão sendo usados como pasto – contra aqueles do cultivo de miscanthus ou switchgrass como matéria-prima de biomassa.
O cultivo de miscanthus ou switchgrass precisava ser mais lucrativo para substituir o uso existente da terra em cada área.
“Essas terras que identificamos pertencem e são operadas por pessoas reais para diferentes usos agrícolas”, disse Uludere Aragon, que agora é pós-doutorando no Fundo de Defesa Ambiental. “O potencial de biocombustível econômico de matérias-primas de biomassa é influenciado em grande parte pelo custo de oportunidade de usos alternativos da terra.”
No final, os pesquisadores descobriram que o miscanthus é a matéria-prima mais promissora, e os biocombustíveis derivados do miscanthus podem atingir a meta de 30 bilhões de galões/ano a um custo médio de US$ 4,10/galão.
Embora seja mais alto do que o preço médio do combustível de aviação convencional – normalmente cerca de US$ 2/galão – a equipe concluiu que é razoável ao considerar o potencial do biojet para reduzir as emissões. Notavelmente, em 2022, os preços do combustível de aviação variaram de US$ 2 a US$ 5/galão (não confundir com a gasolina no varejo) devido a mudanças na oferta e na demanda, mostrando que preços acima de US$ 4/galão estão dentro do possível.
Um modelo para o futuro
Os pesquisadores dizem que, ao encontrar novas soluções para a crise climática da Terra, é importante que a comunidade científica supere as disciplinas e supere as reduções incrementais nas emissões. Em vez disso, os pesquisadores enfatizam a importância de soluções realistas que escalam.
“Esta foi uma equipe interdisciplinar com experiência em ciências dos ecossistemas, modelagem climática e ciências atmosféricas e economia”, disse Georgescu, que reconheceu que esta pesquisa foi o culminar de oito anos de trabalho de modelagem e colaboração. “Para realmente abordar as questões de sustentabilidade, você precisa das habilidades especializadas de um espectro de domínios.”
“Como acadêmicos, devemos lembrar que a economia orienta as decisões das pessoas no terreno. É de vital importância encontrar as circunstâncias em que essas decisões também estão alinhadas com os resultados ambientais desejáveis.”
A equipe de pesquisa consistia em Nazli Uludere Aragon, Nathan C. Parker, Meng Wang e Matei Georgescu (Arizona State University), Andy VanLoocke (Iowa State University) e Justin Bagley (Onpeak Energy). A pesquisa foi financiada pela National Science Foundation como parte da iniciativa Water Sustainability and Climate
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