在美國，每天有45000架飛機在全國各地上空飛行，運送大約170萬乘客。一個經常旅行的人對氣候變化的個人貢獻主要是航空業，但卻是去碳化最具挑戰性的部門之一。美國是世界上航空二氧化碳排放的最大貢獻者。事實上，它所排放的二氧化碳佔所有飛行排放的四分之一以上。

研究發現，在美國各地現有的2320萬公頃的邊緣農田（經常休耕或土壤質量差的土地）上種植芒草，將提供足夠的生物質原料，以滿足美國航空部門完全來自生物燃料的液體燃料需求，預計到2040年這一數量將達到300億加侖/年。

但是，如果我們能使所有的美國航空旅行幾乎沒有排放呢？

如果我們能用一種更清潔的替代品取代碳密集型的噴氣式化石燃料：從美國種植的雨養草中提取的生物噴氣燃料，那會怎樣？

將於今天（11月14日）發表在《自然-可持續發展》雜誌上的新研究表明，通過用可持續生產的生物燃料替代傳統的噴氣燃料，美國航空燃料的使用有了完全脫碳的途徑。

由亞利桑那州立大學研究小組領導的這項研究發現，在全美國現有的2320萬公頃邊緣農田（經常休耕或土壤質量差的土地）上種植芒草，將提供足夠的生物質原料，以滿足美國航空業對生物燃料的全部需求，預計到2040年，這一數量將達到300億加侖/年。

該研究的共同作者、亞利桑那州立大學地理學博士畢業生Nazli Uludere Aragon說：”我們可以證明，美國有能力使商業航空使用的燃料脫碳，而不必等待飛機推進的電氣化。如果我們認真對待實現溫室氣體淨排放，我們需要處理航空旅行的排放問題，在一切照舊的情況下，這些排放預計會增長。找到替代的、更可持續的航空液體燃料來源是這方面的關鍵”。

在這項研究中，研究人員使用了一個土地評估、水文氣候建模、生態系統建模和經濟建模的綜合框架，利用評估環境和經濟性能的標準，評估在美國何處以及在何種條件下可以可持續地種植用於生物航空燃料的能源作物。

該標準非常廣泛。該團隊首先確定並評估了美國已經存在的最佳邊緣農業用地，然後評估是否可以在不使用額外水的情況下在該土地上種植合適的能源作物。

然後，研究小組分析了在這些土地上種植能源作物原料是否會對周圍的氣候或土壤濕度產生不利影響，並預測了兩種不同的草–水曲柳和柳枝稷–作為合適的生物質能源原料的潛在產量。最後，該團隊量化了將在全國范圍內大規模生產和分配的生物噴氣燃料的數量和成本。

這項研究的作者、可持續發展學院的助理教授內森-帕克說：”目前我們生產可持續航空燃料的方式是非常低效的，而且不是大規模的，航空業可以成為低碳排放的方式非常有限，對氣候的影響也相應較小，這是我們證明可行的一種方式，可以讓航空業通過農業實現碳中和。”

科學家們強調，這種綜合系統的觀點對這項研究至關重要。在過去，圍繞生物燃料潛力的研究在很大程度上是由孤立的評估組成的，這些評估沒有得到很好的整合，例如，忽略了關於改變作物覆蓋物如何影響周圍氣候的關鍵數據。

該研究的共同通訊作者、地理科學和城市規劃學院副教授、亞利桑那州立大學城市氣候研究中心主任Matei Georgescu說：”當你在戰略設計的區域上種植作物時，這些作物的種植會對氣候產生影響。如果基礎景觀發生變化，例如，植被數量的增加或減少，可能會對當地到區域範圍的氣候產生影響，包括更多或更少的降水，或更暖或更冷的溫度。”

為了說明這些土地-大氣的相互作用，研究小組利用他們的水文氣候模型的輸出，為他們的生態系統模型提供信息。然後，該團隊評估了農民種植這些草的經濟可行性。

現實世界的解決方案

對於任何替代能源途徑的吸收，解決方案需要具有經濟意義。

研究人員在他們的分析中，將他們所確定的土地的現有用途，有些已經被用於種植玉米、大豆或其他各種作物，有些則被用作牧場，經濟回報與種植水曲柳和柳枝稷作為生物質原料的經濟回報進行比較，它們需要更有利可圖，以取代每個地區的現有土地用途。

Uludere Aragon說：”我們確定的這些土地是由真正的人擁有和經營的，用於不同的農業用途，”他現在是環境保護基金的博士後研究員。”來自生物質原料的具有成本效益的生物燃料潛力主要受到替代土地用途的機會成本的影響。”

最後，研究人員發現芒草是更有前途的原料，從芒草中提取的生物噴氣燃料可以滿足300億加侖/年的目標，平均成本為4.10美元/加侖。

雖然這比傳統噴氣燃料的平均價格（通常約為2美元/加侖）要高，但該團隊認為，考慮到生物噴氣燃料的減排潛力，這是合理的。值得注意的是，在2022年，由於供應和需求的變化，噴氣燃料的價格從2美元到5美元/加侖不等（不要與零售汽油混淆），這表明價格高於4美元/加侖是完全可能的。

研究人員說，在為地球的氣候危機尋找進一步的解決方案時，重要的是科學界要在各學科之間架起橋樑，並超越漸進式減排。相反，研究人員強調了現實的解決方案的重要性。

Georgescu說：”這是一個跨學科的團隊，擁有來自生態系統科學、氣候建模、大氣科學和經濟學的專業知識，”他承認這項研究是八年建模工作和合作的結晶。”為了真正解決可持續性問題，你需要一系列領域的專家技能。”

“作為學術界人士，我們應該記住經濟是推動人們在實地作出決定的動力。找到這些決定與理想的環境結果相一致的情況是非常重要的”。