Grassolina Putem alimenta mașinile cu iarbă?

Un E85 Etanol Hyundai este afișat la o expoziție auto. Vezi mai multe imagini cu vehiculele cu combustibil alternativ. Mark Renders / Getty Images

-

-În 2006, Statele Unite au consumat în medie aproape 20,6 milioane de barili de petrol pe zi, echivalentul a peste 865 de milioane de galoane de o-il [sursa: Energy Information Administration]. Petrolul îți alimentează mașina într-o călătorie la magazinul alimentar. Ajută industria să se dezvolte și favorizează progresele tehnologice în știință și medicină. De asemenea, creează o sumă imensă de bogăție: economia globală se bazează în mare parte pe foraj, rafinare, transport și distribuție de petrol.-

Dar petrolul este o resursă finită produsă din resturile fosilizate ale plantelor și animalelor marine antice. Este nevoie de cel puțin 10 milioane de ani pentru ca rămășițele fosilizate să devină petrol brut, iar oamenii folosesc uleiul mult mai repede decât este creat. În cele din urmă, producția de ulei va crește și vom începe să se epuizeze. Unii estimează că acest vârf a avut deja loc; alții o văd că are loc în viitorul apropiat. Oricum, majoritatea oamenilor consideră că ne aflăm într-o criză energetică iminentă. La urma urmei, petrolul joacă un rol atât de mare în activitatea umană zilnică. Ce se întâmplă când rămânem fără petrol?

-

-Sectorul energetic cheltuiește miliarde în căutarea alternativelor la benzină. Dar următoarea sursă de energie trebuie să facă mai mult decât să furnizeze lumii energie electrică. Având în vedere îngrijorarea în ceea ce privește gazele cu efect de seră (GES) din combustibilii fosili care duc la încălzirea globală, următorul combustibil trebuie să fie și curat. Trebuie să fie accesibil și trebuie să contribuie la susținerea economiei.

Următoarea generație de combustibili trebuie să ajungă rapid, pentru a ajuta oamenii să treacă de la petrol. Până la urmă, lumea nu se poate opri timp de un deceniu sau doi, în timp ce următorul combustibil este dezvoltat și pus în aplicare.

Toate acestea reunite sună ca o listă de rufe imposibilă pentru orice sursă de combustibil. De aceea este atât de surprinzător că, după doar câțiva ani de cercetare, apare o sursă de energie care pare să îndeplinească toate aceste obligații.

etanol (alcoolul etilic) este o formă de combustibil derivată din carbohidrații complecși din plante. De zeci de ani, cercetătorii au conștientizat potențialul său de combustibil. Dar procesul de a produce etanol ieftin și eficient a fost evaziv - până acum, spun unii oameni de știință.

O iarbă cu creștere rapidă cunoscută sub numele de switchgrass poate fi găsit în jurul Statelor Unite, Canada, America Centrală și de Sud și în anumite părți din Africa. Și, dacă arată în continuare tipul de promisiune pe care îl face acum, poate fi ceea ce utilizați pentru a vă alimenta mașina în următorii 20 de ani. Deci, cum poate iarba să devină combustibil? Citiți pagina următoare pentru a afla despre prognoza însorită pentru switchgrass ca răspuns la criza energetică iminentă.

cuprins

1. switchgrass
2. Probleme și soluții ale comutatorului
3. Critica biocombustibililor

Cercetătorul David Bransby inspectează iarba de soi Alamo pe un complot de testare al Universității din Alabama. Amabilitate Warren Gretz / Laboratorul Național de Energii Regenerabile

Cercetarea surselor de combustibili biologici -- biocombustibili -- a inclus totul, de la grăsimea de pui la chipsurile de lemn. Dar prelucrarea majorității acestora are un nivel scăzut raportul energetic net -- cantitatea de energie pe care o deține fiecare unitate nu este mai mult decât energia pusă în producția sa. De asemenea, costurile au fost o problemă: tehnicile de extragere a combustibililor din resursele vegetale și animale sunt în prezent costisitoare, ceea ce s-ar reflecta la pompa de combustibil. Dar, cu cât mai mulți cercetători zdrobesc numerele pe switchgrass, cu atât pare un candidat bun pentru o sursă alternativă de combustibil.

Switchgrass este o specie perenă n-ativă pentru cele două Americi. Crește rapid și ușor pe câmpii. Este o specie dură, rezistentă - în unele cazuri, este considerată invazivă. Un studiu de trei ani în Dakota de Nord publicat în 2005 a arătat că, atunci când sunt lăsate în pace, unele soiuri de iarbă pot produce un randament mediu de peste șapte tone de biomasă -- materialul vegetal recoltat - pe acre, în funcție de precipitații și tipul de sol [sursa: Departamentul Agriculturii din SUA].

-Iarba este, de asemenea, rezistentă la secetă și necesită puțin îngrășământ, dacă este cazul. Aceasta înseamnă că necesită mai puțini combustibili fosili cheltuiți în producție. Tractoarele utilizate pentru a împrăștia îngrășământul și a alimenta pompele care irigă câmpurile necesită combustibil fosil. Apoi, mai puțină irigare și mai puțină îngrășăminte înseamnă un consum redus de energie, ceea ce la rândul său înseamnă mai puțin costuri și mai puține emisii de gaze cu efect de seră. Mai mult, susținătorii de switchgrass spun că combustibilul produs de la fabrică ar face Statele Unite mai sigure și mai independente, deoarece ar putea fi cultivat în America, mai degrabă decât importat din alte națiuni.

Combustibilul produs din comutatorul de iarbă intermediari de sinteză -- materia primă folosită pentru producerea unui combustibil distilat - este etanol celulozic. Acest combustibil alcoolic este creat printr-un proces chimic de descompunere celuloză -- structura care compune pereții celulari din plantă. După ce celuloza este descompusă în componentele sale de bază, se adaugă drojdie și este fermentată în alcool. După rafinare, etanolul produs poate fi folosit ca combustibil.

Cu cât mai multă celuloză este disponibilă pentru extragerea unei plante, cu atât devine mai valoroasă ca sursă de etanol. Iar switchgrass are multă celuloză. Aproximativ 70 la sută din plantă este compusă din acești carbohidrați complecși [sursa: BioCycle]. Chiar mai bine, lignină -- un produs secundar creat atunci când apa este eliminată din celuloză - a arătat o promisiune pentru utilizarea ca combustibil pentru alimentarea instalațiilor de producție de etanol. Dacă lignina poate fi valorificată, acest lucru ar putea face procesarea etanolului auto-susținere.

Începând cu producția de îngrășământ folosit pentru creșterea ierbii și terminând cu transportul pentru distribuirea etanolului, cercetătorul Labonne National Labonne Michael Wang a calculat raportul energetic pentru iarba de schimb. El a descoperit că fiecare unitate de energie introdusă în producția de etanol celulozic din iarba de schimb creată de 10 ori mai mare decât energia. Aceasta este mult mai mare decât etanolul derivat din porumb. În schimb, benzina are un raport energetic de la 1 la 0,81, ceea ce înseamnă că necesită mai multă energie pentru a produce decât produce. De asemenea, Wang a descoperit că etanolul switchgrass poate necesita cu 70% mai puțin combustibil fosil pentru a produce decât benzina și E85 etanol -- un amestec de 85% etanol și 15% procente de benzină - emite 86% mai puține GES decât benzina. [sursa: Wang].

Sună ca switchgrass ca un combustibil alternativ are totul pentru asta. Deci, care este reținerea? Procesul de rafinare pare simplu și, de fapt, este, relativ vorbind. Dar producerea etanolului din switchgrass se confruntă cu anumite provocări. Citiți pagina următoare despre dificultatea de distilare a etanolului din iarba de schimb.

Etanolul E85 apare la mai multe benzinării, ca acesta la Washington. D.C. Combustibilul poate fi vândut cu prețul de până la 1 dolar pe galon dacă cercetătorii pot eficientiza procesul de producție. Chip Somodevilla / Getty Images

Deși devine din ce în ce mai clar, odată cu publicarea fiecărui nou studiu despre iarba de schimb, că planta poate juca un rol important în ameliorarea energiei viitoare, cuvântul „viitor” este esențial. În prezent, procesul de extragere a celulozei din plantă se dovedește dificil și scump.

Celuloza derivată din materialul vegetal este produsă de oricare dintre varietăți de enzime, în funcție de tipul de material vegetal utilizat. Acești catalizatori consumă carbohidrați complecși, cum ar fi zaharurile, și expulzează celuloza și dioxidul de carbon ca deșeuri în proces. Aceste enzime sunt însă costisitoare, în jur de 20 de centi pentru fiecare litru de etanol purificat [sursa: Comisia Federală a Comerțului]. Mai mult, procesul de fermentare a celulozei cu drojdie necesită o enzimă diferită, crescând în continuare costurile. În 2006, geneticianul plantelor Albert Kausch a spus că, prin metodele actuale de cultivare și producție, costul pe galon de etanol celulozic ar fi de 2,70 USD. Acest lucru este încă mai ieftin decât benzina, dar Kausch consideră că ar putea fi redus la aproximativ 1 dolar pe galon [sursa: Newswise]. Unul dintre modurile de a realiza această reducere dramatică a costurilor este de a dezvolta enzime mai ieftine și de a găsi o singură enzimă care poate descompune celuloza și fermenta etanolul.

Una dintre celelalte probleme cu care se confruntă etanolul este să-l ajungi de la rafinării la stații de alimentare. Etanolul este extrem de coroziv și nu poate fi livrat prin conducte, deoarece pot produce petrol și petrol. Acest lucru înseamnă că trebuie transportat cu camioane, ceea ce adaugă la costurile de producție și scade raportul energetic, întrucât camioanele mari cisternă necesită mai mulți combustibili fosili pentru a transporta etanolul pentru distribuție..

Michael Wang al Laboratorului Național Argonne spune că provocarea de a distribui etanolul ar putea fi parțial depășită prin utilizarea sistemelor feroviare pentru a o transporta cât mai mult posibil. „Când îl rafinați în Midwest și îl transportați în Vest, transportul este o problemă”, spune el. "Ar trebui să folosiți calea ferată. Dar atunci când o transportați pe distanțe scurte, nu face mare diferență [la raportul net de energie]".

Cealaltă problemă cu care se confruntă etanolul în care se confruntă în prezent este cantitatea de pământ disponibilă pentru cultivarea sa. O analiză a Universității din Tennessee a concluzionat că Statele Unite ar putea produce în total 153 milioane de tone uscate de iarbă și reziduuri de cultură -- lucrurile care au mai rămas după recoltare și producție agricolă, precum tulpinile și semințele - anual ca materie primă cu etanol. Cifrele sale arată că acest lucru ar duce la o reducere de 5,3 la sută a consumului anual de benzină în Statele Unite - cu mult mai puțin decât se aștepta și mult mai puțin decât cei 35 de miliarde de galoane de combustibil regenerabil solicitat de către președintele George W. Bush în 2017 în 2006 Adresa statului Uniunii.

Ca și cercetarea enzimelor, tehnologia ar putea depăși acest obstacol. Jason Grumet de la Comisia Națională pentru Politica Energetică (NCEP) sugerează dezvoltarea unor tulpini de iarbă de schimb care ar putea crește randamentele ton-pe-acre, crescând eficiența producției de etanol cu ​​o treime și dublând eficiența combustibilului tuturor vehiculelor din America [sursa: Senatul SUA].

Banii sunt cu siguranță acolo pentru a depăși aceste obstacole. Atât companiile energetice, cât și conglomeratele de cercetare a culturilor se toarnă bani în instalațiile de etanol celulozic. BP Amoco PLC a acordat Universității din California - Berkley și Universității din Illinois - Champaign un total de 500 de milioane de dolari pentru a finanța o unitate de cercetare. Chevron Corporation a acordat Universității din California - Davis 25 milioane dolari și Institutul Tehnologic din Georgia 12 milioane dolari. Iar Laboratorul Național Oak Ridge a primit 125 de milioane de dolari de la Departamentul de Energie al SUA pentru cercetarea în etanol celulozic [sursa: DeMonte]. Cu toate acestea, multe companii se uită către guvernul Statelor Unite pentru a ajuta la promovarea cercetării și dezvoltării, oferind garanții de investiții și reduceri de taxe pentru finanțatorii care pariază pe tehnologia celulozică.

- Cu cantitatea de bani care se revarsă în cercetarea cu etanol celulozic și posibilitatea ca mai multe să fie pe parcurs - ca să nu mai vorbim de entuziasmul și sprijinul public - este greu să nu ne imaginăm că în doar câteva decenii, etanolul pe bază de switchgrass se va umple mașinile noastre. Dar switchgrass are, de asemenea, sceptici. Unii nu cred că iarba respectă așteptările, iar alții se tem de consecințe dacă se întâmplă. Citiți despre scepticii biocarburanților pe pagina următoare.

Scepticii biocombustibilului sunt îngrijorați că finanțarea pentru programele de ajutor alimentar, cum ar fi Feed the Children (de mai sus), se va usca dacă excesul de aliment este folosit ca combustibil. Layne Murdoch / NBAE prin Getty Images

Concurența este strânsă între porumb și iarbă, care va servi drept materie primă pentru viitoarea producție de etanol. Deoarece unele zone care cultivă porumb nu pot crește iarbă și, invers, multe regiuni au un interes în rezultatul dezbaterii privind combustibilul alternativ. Pe baza cercetărilor privind costurile de producție, raporturile energetice și emisiile de GES, se pare că etanolul pe bază de porumb pur și simplu nu poate concura cu etanolul obținut din iarba de schimb.

Însă, în timp ce etanolul obținut din cele două culturi este similar în multe privințe, procesul prin care iarba de comutare este transformată în combustibil, face ca alegerea superioară pentru mulți cercetători, politicieni și activiști. Producția de etanol de porumb, de exemplu, folosește numai cerealele (lucrurile pe care le mănânci) pentru a produce etanol. Restul este eliminat - deși, ironic, reziduurile de cultură pot fi utilizate în producția de etanol celulozic.

Un alt avantaj de care are loc porumbul este cantitatea și tipul de pământ de care are nevoie. În Iowa - un stat cu un sol mai bun decât media - randamentul mediu al culturii a fost de aproximativ 4,8 tone pe acre în 2005. Studiul din Dakota de Nord din 2005, menționat anterior, a arătat un randament de aproximativ șapte tone de iarbă de mână pe acre. Iar iarba de schimb nu necesită cel mai bun sol pentru a crește bine. Poate fi cultivat pe terenuri care nu sunt utilizate în prezent pentru culturi.

Un raport produs de Oak Ridge National Laboratory a concluzionat că alimentarea cu etanol a jumătății vehiculelor de pe drumurile din Statele Unite ale Americii ar necesita 180 de milioane de acri de teren pentru a crește iarba de schimb. Acest lucru reprezintă 40% din pământul folosit deja pentru agricultură în America [sursa: Senatul SUA].

Dar Jason Grumet, de la NCEP, consideră că, cu „progrese constante, dar nesemnificative” în cercetare și dezvoltare, am putea obține cantitatea de teren necesară pentru a produce atât de mult etanol până la 30 de milioane de acri în 20 până la 30 de ani. Grumet menționează că este vorba despre cantitatea de suprafață din Programul rezervației de conservare (CRP), un program federal care plătește fermierilor să pună deoparte terenul ca pătrat pentru a reduce impactul asupra mediului al agriculturii [sursa: Senatul Statelor Unite].

Grumet nu este singura persoană care presupune că iarba de schimb ar putea fi cultivată în pământ marginal. La urma urmei, s-a dovedit că îmbunătățește solul în care este plantat, iar terenurile CRP ar putea beneficia în același timp, fiind fabricate materii prime pentru producția de etanol. Dar nu toată lumea crede că producția industrială de iarbă este cea mai bună utilizare pentru terenurile CRP. Scepticii susțin că majoritatea terenurilor înscrise în Programul rezervației de conservare sunt rezervate deoarece solul nu va produce culturi de înaltă calitate. Dacă switchgrass devine următoarea sursă de combustibil, iar marile companii pompează cantități mari de bani în producția sa, acești critici afirmă că aceste aceleași companii vor dori cel mai mare randament posibil. Acest lucru ar fi realizat cel mai bine folosind cele mai bune terenuri disponibile. Ceea ce înseamnă că unele terenuri arabile ar trece de la producția de alimente la producția de energie.

Astăzi folosim o mică porție de culturi alimentare pentru combustibil. Dacă venim să ne bazăm pe biocombustibili, deoarece sursa noastră de energie, energia și alimentele pot intra în concurență directă pentru resurse, în special pentru terenuri.

Acest lucru se referă la unii, inclusiv Dr. Eric Holt-Gimenez, de la Institutul pentru Politica Alimentară și Dezvoltare. Când prețurile la carburanți cresc, la fel și prețurile la alimente, datorită costurilor crescute în producție și transport. Holt-Gimenez susține că, dacă produsele alimentare și energia concurează pentru pământ, prețurile produselor alimentare pot avea un efect reciproc asupra prețurilor la energie. Mai mult, el spune că programele de surplus alimentar pentru țările înfometate se pot usca, deoarece surplusul de alimente ar putea fi folosit drept biomasă pentru etanol [sursa: Holt-Gimenez].

-

Există și alte preocupări cu privire la etanolul celulozic. Unii consideră că pretențiile potențialului său sunt prea roșii, bazate pe studii care demonstrează că etanolul celulozic nu are raportul energetic în alte studii. Dar aceste studii sunt mai puține - și primesc mult mai puțin atenție - decât cele care demonstrează potențialul de schimb. Și dacă finanțarea și opinia publică sunt indicatori pentru progres, se pare că etanolul switchgrass este un progres.

Pentru mai multe informații despre biocombustibili, energie și subiecte conexe, citiți pagina următoare.

Articole similare

• Cum funcționează Biodieselul
• Cum funcționează rafinarea uleiului
• Cum funcționează forajul cu ulei
• Ar putea să alimenteze apa cu sare cu mașini?
• Care este rezerva strategică de petrol?
• Este combustibilul cu etanol într-adevăr mai bun pentru mediu decât lipirea cu gaz?
• E85 Prezentare generală a combustibilului cu etanol Flex

Mai multe legături grozave

• Departamentul de Energie al Statelor Unite
• Forumul energetic al tamburului petrolier
• Laboratorul National Oak Ridge

surse

• Berdhal, John și colab. "Producția de biomasă a diverselor cultivatoare de iarbă de schimb și tulpini experimentale din vestul Dakotei de Nord." Jurnalul de agronomie. 15 aprilie 2005. http://www.ars.usda.gov/research/publications/publications.htm? Seq_no_115 = 164799
• Bullis, Kevin. "Etanolul celulozic va decola?" Revizuirea tehnologiei. 26 februarie 2007. http://www.technologyreview.com/Energy/18227/
• Încărcată, Dan. "Profilul de comutare". Centrul de resurse de marketing agricol. Iunie 2005. http://www.agmrc.org/agmrc/templates/agmrcgenerictemplate.aspx? NRMODE = Publicat & NRNODEGUID =% 7bF099CBB7-A693-4DFD-A0B6- E6D3CB969B96% 7d & NRORIGINALURL =% 2fagmrc% 2fcommodity% 2f biomass% 2fswitchgrass% 2fswitchgrassprofitch
• Clark, Giles. "Proteinele vegetale pot ajuta producția de biocombustibili." Revizuirea biocombustibililor. 30 aprilie 2007. http://www.biofuelreview.com/index.php?option=com_content & task = view & id = 943
• English, Burton C., și colab. "Impacturi economice estimate asupra sectorului agricol și a economiei naționale de furnizare a materiei prime către un sector energetic." Universitatea din Tennessee. 22 august 2007. http://www1.eere.energy.gov/biomass/biotech_symposium/docs/1a-24.doc
• Grumet, Jason. "Audiere privind securitatea energetică și dependența de petrol". Comitetul Senat al SUA pentru relații externe. 16 mai 2006. http://www.energycommission.org/site/page.php?testimony=17
• Hirsch, Robert L., și colab. „Vârful producției mondiale de petrol: impacturi, atenuare și gestionarea riscurilor”. SAIC. http://www.projectcensored.org/newsflash/the_hirsch_report.pdf
• Holt-Gimenez, dr. Eric. "Biocombustibili - Mituri ale tranziției agro-combustibili." Institutul pentru Politica Alimentară și Dezvoltare. http://petroleum.berkeley.edu/patzek/BiofuelQA/Brazil/food_first _backgrounder.htm
• Lang, Susan S. „Studiul ecologului Cornell constată că producerea de etanol și biodiesel din porumb și din alte culturi nu merită energia”. Universitatea Cornell. 5 iulie 2005. http://www.news.cornell.edu/stories/July05/ethanol.toocostly.ssl.html
• Ratliff, Evan. „Planta care va salva America: chimia”. Cu fir, pp 160-161. Octombrie 2007.
• Wang, Michael Q. doctorat. "Impactul emisiilor de gaze cu efect de seră și de gaze cu efect de seră". Laboratorul Național Argonne 23 august 2005. http://www.anl.gov/Media_Center/News/2005/NCGA_Ethanol_ Meeting_050823.ppt
• Woolsey, James R. Audieri privind cerealele, trestia și automobilele: stimulente fiscale pentru combustibili și vehicule alternative. "Comitetul Senat al SUA pentru Finanțe. 19 aprilie 2007. http://www.energycommission.org/site/page.php?testimony = 18
• „Beneficii pentru mediu”. Departamentul de energie al SUA. 4 octombrie 2007. http://www1.eere.energy.gov/biomass/environmental.html
• "Fluxul de petrol, 2006." Administrarea informațiilor despre energie. http://www.eia.doe.gov/emeu/aer/pdf/pages/sec5_3.pdf
• "Cercetarea Switchgrass își propune să creeze etanol pentru a alimenta vehicule la 1 dolar pe galon." Newswise. 4 decembrie 2006. http://www.newswise.com/articles/view/525656/