Qu’est-ce qui est le plus important pour les biocarburants – le sol ou la culture ?

En tant que scientifique de la Terre, j’ai été ravi de voir que c’était le sol. Je n’aurais pas dû être surpris. Les agriculteurs le savent depuis des siècles.

La texture du sol et les microbes du sol sont essentiels. C’est ce que fait un fermier quand il se penche, ramasse de la terre dans ses mains, la regarde, la sent et soupire.

Ceci est particulièrement important si vous essayez de capter le carbone de l’atmosphère et de le mettre dans des usines qui produiront des biocarburants pour faire fonctionner des voitures ou des centrales électriques.

Le biocarburant est un carburant dérivé de la matière vivante appelée biomasse (généralement de la matière végétale). Des exemples de biocarburants comprennent, mais sans s’y limiter, le biodiesel, l’éthanol et l’huile végétale. Les biocarburants peuvent être classés en trois types différents en fonction de la source de biomasse. Étant donné que les biocarburants sont obtenus à partir de la croissance actuelle des plantes, ils sont considérés comme une source d’énergie renouvelable.

L’éthanol est le biocarburant le plus courant en Amérique du Nord, car la plupart des essences contiennent jusqu’à 10 % d’éthanol. Ce carburant est appelé E10, où le nombre fait référence au pourcentage d’éthanol dans le carburant. Les véhicules polycarburants peuvent fonctionner jusqu’à l’E85. Les 15 % restants du carburant doivent être de l’essence car l’éthanol est plus difficile à enflammer dans les moteurs.

La majeure partie du carbone contenu dans le sol est sous forme de matière organique. La composition de cette matière est déterminée par les plantes, les microbes et le sol. Cependant, les scientifiques ne comprennent pas entièrement comment la variation des apports végétaux, la structure des communautés microbiennes du sol et les attributs physiques et chimiques du sol interagissent pour influencer la composition chimique de la matière organique dans le sol.

Les chercheurs du PNNL, dirigés par Kirsten Hofmockel, ont comblé ce manque de connaissances en couplant les caractéristiques microbiennes à la chimie détaillée du sol à partir de deux expériences de recherche bioénergétique à long terme. Ils ont découvert que la texture du sol était plus importante que le type de culture sur la composition de la communauté microbienne du sol et la chimie de la matière organique des sols.

Les plantes prélèvent du carbone dans l’air, construisent des cellules, puis libèrent une partie du carbone dans le sol par les racines et les exsudats racinaires. Certains ont suggéré que la culture de cultures de biocarburants dans des sols marginaux, qui ont généralement une faible teneur en carbone, pourrait être un moyen d’éliminer le carbone de l’atmosphère et de le stocker sous le sol. Mais cela s’avère inexact.

Les scientifiques doivent comprendre les contrôles sur la façon dont la matière organique s’accumule dans les sols pour identifier des stratégies efficaces qui améliorent la santé des sols et augmentent le stockage du carbone, en particulier pour les cultures potentielles de biocarburants.

Dans les études du PNNL, les chercheurs ont caractérisé l’influence de la culture et du site sur la structure de la communauté fongique et bactérienne, l’activité enzymatique potentielle, la chimie du carbone du sol et les concentrations totales de carbone et d’azote du sol lors de deux expériences de terrain à long terme sur les biocarburants.

Les deux sites avaient à la fois des cultures de maïs et de panic raide. Un site avait principalement un sol de loam sableux, l’autre un sol principalement de loam limoneux. La recherche a révélé que la culture avait moins d’influence sur la structure de la communauté microbienne du sol et la chimie de la matière organique que le type de sol.

Le type de sol était particulièrement influent sur la structure de la communauté fongique et la composition chimique du carbone relativement persistant. Après huit ans de gestion sans labour, le sol de loam limoneux contenait encore deux fois plus de carbone et d’azote que le sol de loam sableux, sans réponse significative à la culture de biocarburants.

La figure ci-dessous, de Christopher Kasanke, Qian Zhao, Sheryl Bell, Allison Thompson et Kirsten Hofmockel (2020), montre les fortes différences dans les effets du sol. Notez que le sol a fait toute la différence dans les deux cultures en ce qui concerne la rétention de carbone et d’azote. La clé de chiffre est – carbone total (a) et azote total (b) dans le maïs sableux (bleu clair), le panic raide sableux (bleu foncé), le maïs limoneux (rouge clair) et le panic raide limoneux (rouge foncé) en grand (cercle) . Petits macroagrégats (triangle) générés à l’aide d’une approche de tamisage de l’humidité optimale. Les valeurs tracées représentent le pourcentage moyen de C ou N par gramme de sol sec.

Les panneaux inférieurs sont des images micrographiques des petits agrégats dans les sols sableux (c) et limoneux (d), montrant comment la petite structure influencerait des choses comme le sol et la rétention des nutriments. Dans les sols sableux, il y a peu de microporosité pour les retenir.

Les chercheurs ont conclu que cela résulte très probablement d’une activité microbienne accrue dans les sols. Ainsi, la sélection initiale du site est essentielle pour les interactions plantes-microbes et affecte considérablement le potentiel de stockage à long terme du carbone dans les sols de surface dans le cadre de la production de biocarburants.

« Alternativement », a déclaré Hofmockel, « les plantes vivaces profondément enracinées utilisées pour la production de biocarburants peuvent fournir un moyen de capturer le carbone profondément dans le profil du sol. La capacité des systèmes de culture pour biocarburants à séquestrer le carbone dépendra de la manière dont le carbone provenant de sources végétales et microbiennes interagit avec les minéraux du sol. Les microbes se comportent différemment plus profondément dans le sol. Les plantes aux racines plus profondes offrent la possibilité d’augmenter les apports de carbone et de réduire le retour de carbone dans l’atmosphère. Mais tout dépend de la chimie du sol. Nos recherches continuent d’approfondir le profil du sol pour comprendre les facteurs du sol les plus prometteurs pour la séquestration du carbone.

Les biocarburants et les combustibles fossiles (charbon, pétrole et gaz naturel) sont tous deux dérivés de la matière organique, mais diffèrent par la date de mort de la matière organique. Les combustibles fossiles proviennent de matières organiques mortes il y a des millions d’années, tandis que les biocarburants proviennent de matières organiques récemment mortes.

Du point de vue du changement climatique, l’utilisation de biocarburants dans un moteur libère toujours autant de dioxyde de carbone que les carburants fossiles. Cependant, comme ils sont issus de la biomasse récente qui a absorbé le CO2 au fur et à mesure de sa croissance, le CO2 libéré lors de la combustion n’entraîne aucune augmentation nette du carbone atmosphérique, ce qui rend les biocarburants proches de la neutralité carbone, mis à part les coûts en CO2 et N2O de l’équipement agricole, de la production d’engrais, du transport et de la conversion de la biomasse.

Inversement, les combustibles fossiles libèrent du CO2 qui a été stocké pendant des éternités. Les brûler augmente la quantité de dioxyde de carbone dans le cycle du carbone, en particulier dans l’atmosphère et les océans.

.