Los agricultores tienen suficientes preocupaciones, entre el mal tiempo, costos en aumento, y las cambiantes demandas del mercado, sin tener que preocuparse por la huella de carbono de sus operaciones. Pero ahora, un nuevo conjunto de proyectos de científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab), incluidos científicos del Joint BioEnergy Institute (JBEI), podría hacer que la agricultura sea más sostenible y más rentable.

Los tres proyectos, financiado por el Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), aprovechar 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, incluyendo el cultivo de materias primas para biocombustibles como el maíz, soja, y sorgo, al mismo tiempo que aumenta el rendimiento.

Los biocombustibles basados ​​en cultivos tienen el potencial de suministrar hasta aproximadamente el 5% de la demanda energética de EE. UU., según el DOE. 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 hacer que la cadena de suministro de biocombustible sea negativa, lo que significa que elimina o secuestra más carbono del que emite, lo que mejoraría enormemente 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, quién está liderando uno de los proyectos para un socio de la industria, Inteligencia Arva, 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 ".

Recopilación de cantidades masivas de datos

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

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 comprenden bien, pero las emisiones y las oportunidades de 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 en tierra" para el monitoreo de emisiones. con una variedad de especies de cultivos incluidas en los equipos.

El equipo de Berkeley Lab está considerando la digestión anaeróbica de residuos de cultivos, que son las partes de las plantas que quedan en el campo después de la cosecha del alimento, al biogás como vía viable para los agricultores. "Los residuos de cultivos son en realidad la mayor reserva de biomasa sostenible fácilmente disponible que se puede convertir de manera eficiente en biocombustibles y bioproductos, ", Dijo Simmons." Podemos usar eso como materia prima. Entonces, 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 que por último, 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 la 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 la 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 analizan las emisiones de gases de efecto invernadero, "dijo Schuppenhauer, el líder del proyecto para Arva, que también es científico afiliado a la EEB. "Los productos finales serán cosas como:¿Cuánto fertilizante realmente necesitamos? Si podemos reducir la cantidad de fertilizante utilizado a la mitad o una cuarta parte, que tiene implicaciones en el uso de combustibles fósiles, como se utiliza en la producción de fertilizantes ".