Grassoline Czy możemy tankować samochody trawą?

-

-W 2006 roku Stany Zjednoczone zużywały średnio prawie 20,6 mln baryłek ropy dziennie, co stanowi równowartość ponad 865 mln galonów ropy naftowej [źródło: Energy Information Administration]. Olej napędza Twój samochód podczas wycieczki do sklepu spożywczego. Pomaga w rozwoju przemysłu i wspiera postęp technologiczny w nauce i medycynie. Tworzy również ogromne bogactwo: gospodarka światowa opiera się w dużej mierze na odwiertach ropy naftowej, rafinacji, transporcie i dystrybucji.-

Ale ropa jest ograniczonym zasobem produkowanym ze skamieniałych szczątków starożytnych roślin i zwierząt morskich. Potrzeba co najmniej 10 milionów lat, zanim skamieniałe szczątki stają się ropą naftową, a ludzie zużywają ropę znacznie szybciej niż jest ona wytwarzana. W końcu wydobycie ropy osiągnie szczyt i zacznie się kończyć. Niektórzy szacują, że ten szczyt już wystąpił; inni widzą, że ma to miejsce w najbliższej przyszłości. Tak czy inaczej, większość ludzi uważa, że ​​znajdujemy się w samym środku zbliżającego się kryzysu energetycznego. W końcu ropa naftowa odgrywa tak dużą rolę w codziennej działalności człowieka. Co się dzieje, gdy zabraknie nam oleju?

-

-Sektor energetyczny wydaje miliardy na poszukiwanie alternatyw dla benzyny. Ale następne źródło energii musi zrobić więcej niż tylko zaopatrzyć świat w energię. Wraz z rosnącymi obawami dotyczącymi gazów cieplarnianych (GHG) pochodzących z paliw kopalnych, co prowadzi do globalnego ocieplenia, następne paliwo również musi być czyste. Musi być przystępna cenowo i musi pomagać w utrzymaniu gospodarki.

Paliwa nowej generacji muszą przybyć szybko, aby pomóc ludziom przejść z ropy naftowej. W końcu świat nie może zatrzymać się na dekadę lub dwie, podczas gdy kolejne paliwo jest opracowywane i wdrażane.

Wszystko to razem brzmi jak lista wymagań do prania dla dowolnego źródła paliwa. Dlatego jest tak zaskakujące, że po zaledwie kilku latach badań pojawia się źródło energii, które wydaje się spełniać wszystkie te obowiązki..

Etanol (alkohol etylowy) jest paliwem otrzymywanym z węglowodanów złożonych w roślinach. Od dziesięcioleci naukowcy są świadomi jego potencjału jako paliwa. Jednak proces produkcji etanolu niedrogo i wydajnie był nieuchwytny - jak twierdzą niektórzy naukowcy do tej pory.

Szybko rosnąca trawa znana jako switchgrass można znaleźć w Stanach Zjednoczonych, Kanadzie, Ameryce Środkowej i Południowej oraz w niektórych częściach Afryki. A jeśli nadal będzie wyglądać tak obiecująco, jak teraz, może być tym, czego użyjesz do tankowania samochodu przez następne 20 lat. Jak więc trawa może stać się paliwem? Przeczytaj następną stronę, aby dowiedzieć się o słonecznej prognozie dla rózgi rózgowej jako odpowiedzi na zbliżający się kryzys energetyczny.

1. Switchgrass
2. Problemy i rozwiązania Switchgrass
3. Krytyka biopaliw

Badania źródeł paliw biologicznych -- biopaliwa -- zawiera wszystko, od tłuszczu z kurczaka po zrębki. Jednak przetwarzanie większości z nich daje niski wynik wskaźnik energetyczny netto -- ilość energii, jaką wydziela każda jednostka, nie jest dużo większa niż energia włożona w jej produkcję. Koszt również był problemem: Techniki pozyskiwania paliw z zasobów roślinnych i zwierzęcych są obecnie drogie, co znalazłoby odzwierciedlenie w pompie paliwowej. Ale im więcej naukowców analizuje liczby dotyczące trawy rózgowej, tym bardziej wygląda na dobrego kandydata na alternatywne źródło paliwa.

Trawa pręgowa jest gatunkiem wieloletnim żyjącym w obu Amerykach. Rośnie szybko i łatwo na równinach. To twardy, odporny gatunek - w niektórych przypadkach jest uważany za inwazyjny. Trzyletnie badanie przeprowadzone w Północnej Dakocie w 2005 roku wykazało, że niektóre odmiany traw, pozostawione same sobie, mogą dawać średnio ponad siedem ton biomasa -- zebrany materiał roślinny - na akr, w zależności od opadów atmosferycznych i rodzaju gleby [źródło: Departament Rolnictwa Stanów Zjednoczonych].

-Trawa jest również odporna na suszę i wymaga niewielkiej ilości nawozów, jeśli w ogóle. Oznacza to, że wymaga mniej paliw kopalnych wydatkowanych na produkcję. Ciągniki używane do rozrzucania nawozów i paliw do pomp, które nawadniają pola wymagają paliw kopalnych. Mniej nawadniania i mniej nawozów oznacza zatem mniejsze zużycie energii, co z kolei oznacza mniejsze koszty i mniejszą emisję gazów cieplarnianych. Co więcej, zwolennicy rózgowca twierdzą, że paliwo produkowane z tej rośliny uczyniłoby Stany Zjednoczone bardziej bezpiecznymi i niezależnymi, ponieważ można by je uprawiać w Ameryce, a nie importować z innych krajów..

Paliwo produkowane z rózgi rózgowej surowiec -- surowiec użyty do produkcji paliwa destylowanego - jest etanol celulozowy. To alkoholowe paliwo powstaje w wyniku chemicznego procesu rozkładu celuloza -- strukturę, która tworzy ściany komórkowe rośliny. Po rozbiciu celulozy na podstawowe składniki, dodaje się drożdże i fermentuje do alkoholu. Po rafinacji wyprodukowany etanol może służyć jako paliwo.

Im więcej celulozy jest dostępnych do ekstrakcji z rośliny, tym cenniejsza staje się jako źródło etanolu. Roślinność ma dużo celulozy. Około 70 procent rośliny składa się z tych złożonych węglowodanów [źródło: BioCycle]. Nawet lepiej, lignina -- produkt uboczny powstający, gdy woda jest usuwana z celulozy - okazał się obiecujący do wykorzystania jako paliwo do zasilania fabryk etanolu. Jeśli uda się wykorzystać ligninę, może to spowodować samowystarczalność przetwarzania etanolu.

Zaczynając od produkcji nawozu używanego do uprawy trawy, a kończąc na transporcie w celu dystrybucji etanolu, Michael Wang, badacz Argonne National Laboratory, obliczył współczynnik energetyczny rózgi rózgowej. Odkrył, że każda jednostka energii włożona do produkcji etanolu celulozowego z trawy rózgowej wytwarza 10 razy więcej energii. To znacznie więcej niż etanol pochodzący z kukurydzy. Z kolei benzyna ma współczynnik energetyczny od 1 do 0,81, co oznacza, że ​​do jej wyprodukowania potrzeba więcej energii niż daje. Wang odkrył również, że do produkcji etanolu z trawy rózgowej może być wymagane 70 procent mniej paliw kopalnych niż benzyna i Etanol E85 -- mieszanka 85% etanolu i 15% benzyny - emituje 86% mniej gazów cieplarnianych niż benzyna. [źródło: Wang].

Wygląda na to, że rózga rózgowa jest paliwem alternatywnym. Więc o co chodzi? Proces rafinacji wydaje się prosty i faktycznie taki jest, mówiąc względnie. Jednak wytwarzanie etanolu z rózgi rózgowej wiąże się z pewnymi wyzwaniami. Przeczytaj następną stronę o trudnościach w destylacji etanolu z trawy rózgowej.

Podczas gdy wraz z publikacją każdego nowego badania rózgi rózgowej staje się coraz bardziej jasne, że roślina może odegrać ważną rolę w przyszłym uwalnianiu energii, słowo „przyszłość” jest kluczowe. Obecnie proces ekstrakcji celulozy z rośliny okazuje się trudny i kosztowny.

Celuloza pochodząca z materiału roślinnego jest produkowana przez dowolne z różnych enzymy, w zależności od rodzaju używanego materiału roślinnego. Te katalizatory żywią się złożonymi węglowodanami, takimi jak cukry, i usuwają celulozę i dwutlenek węgla jako odpady w procesie. Enzymy te są jednak drogie, około 20 centów za każdy galon oczyszczonego etanolu [źródło: Federalna Komisja Handlu]. Co więcej, proces fermentacji celulozy z drożdżami wymaga innego enzymu, co dodatkowo podnosi koszty. W 2006 roku genetyk roślin Albert Kausch powiedział, że przy obecnych metodach uprawy i produkcji koszt galona etanolu celulozowego wyniósłby 2,70 dolara. To wciąż jest tańsze niż benzyna, ale Kausch uważa, że ​​można ją obniżyć do około 1 dolara za galon [źródło: Newswise]. Jednym ze sposobów osiągnięcia tak radykalnej redukcji kosztów jest opracowanie tańszych enzymów i znalezienie jednego enzymu, który może zarówno rozkładać celulozę, jak i fermentować etanol.

Jednym z innych problemów, z jakimi boryka się etanol, jest dostarczanie go z rafinerii na stacje paliw. Etanol jest silnie korozyjny i nie można go transportować rurociągami, tak jak ropa i ropa. Oznacza to, że musi być przewożony ciężarówkami, co zarówno zwiększa koszty produkcji, jak i obniża współczynnik energetyczny, ponieważ duże cysterny wymagają więcej paliw kopalnych do transportu etanolu do dystrybucji..

Michael Wang z Argonne National Laboratory mówi, że wyzwanie związane z dystrybucją etanolu można częściowo pokonać, wykorzystując systemy szynowe do transportu go tak daleko, jak to możliwe. „Kiedy udoskonalasz go na Środkowym Zachodzie i transportujesz na Zachód, transport jest problemem” - mówi. „Musiałbyś użyć kolei. Ale kiedy transportujesz ją na krótkie odległości, nie ma to większego znaczenia [do wskaźnika zużycia energii netto]”.

Innym problemem, z którym boryka się obecnie etanol z trawy rózgowej, jest ilość ziemi dostępnej pod jego uprawę. Analiza przeprowadzona na Uniwersytecie Tennessee wykazała, że ​​Stany Zjednoczone mogą wyprodukować łącznie 153 miliony ton suchej trawy rózgowej resztki pożniwne -- rzeczy pozostałe po zbiorach i produkcji rolnej, takie jak łodygi i nasiona - co roku jako surowiec etanolowy. Jego dane pokazują, że doprowadziłoby to do 5,3-procentowego zmniejszenia rocznego zużycia benzyny w Stanach Zjednoczonych - znacznie mniej niż oczekiwano i znacznie mniej niż 35 miliardów galonów paliwa odnawialnego, o które apelował prezydent George W. Bush do 2017 roku w swoim 2006 roku. Adres o stanie Unii.

Podobnie jak badania nad enzymami, technologia może również pokonać tę przeszkodę. Jason Grumet z Krajowej Komisji ds. Polityki Energetycznej (NCEP) sugeruje opracowanie odmian rózgowca, które mogłyby zwiększyć plony z ton na akr, zwiększyć wydajność produkcji etanolu o jedną trzecią i podwoić wydajność paliwową wszystkich pojazdów w Ameryce [źródło: Senat USA].

Pieniądze na pewno są potrzebne do pokonania tych przeszkód. Zarówno firmy energetyczne, jak i konglomeraty zajmujące się badaniami upraw, inwestują pieniądze w zakłady produkcji etanolu celulozowego. Firma BP Amoco PLC przekazała Uniwersytetowi Kalifornijskiemu - Berkley i Uniwersytetowi Illinois - Champaign łącznie 500 milionów dolarów na sfinansowanie ośrodka badawczego. Chevron Corporation przekazała University of California - Davis 25 milionów dolarów, a Georgia Institute of Technology - 12 milionów dolarów. A Oak Ridge National Laboratory otrzymało 125 milionów dolarów od Departamentu Energii USA na badania nad etanolem celulozowym [źródło: DeMonte]. Mimo to wiele firm oczekuje od rządu Stanów Zjednoczonych pomocy we wspieraniu badań i rozwoju, zapewniając gwarancje inwestycyjne i ulgi podatkowe dla finansistów, którzy stawiają na technologię celulozową.

- Biorąc pod uwagę ilość pieniędzy przeznaczoną na badania nad etanolem celulozowym i możliwość, że nadchodzi więcej - nie wspominając o entuzjazmie i poparciu publicznym - trudno nie wyobrazić sobie, że w ciągu zaledwie kilku dziesięcioleci etanol na bazie trawy rózgowej będzie wypełniony nasze samochody. Ale rózga ma też swoich sceptyków. Niektórzy uważają, że trawa nie spełnia oczekiwań, a inni boją się konsekwencji, jeśli tak się stanie. Przeczytaj o sceptykach biopaliw na następnej stronie.

Konkurencja między kukurydzą a rózgą jest ostra, która będzie służyć jako surowiec do przyszłej produkcji etanolu. Ponieważ na niektórych obszarach uprawy kukurydzy nie można uprawiać rózgi rózgowej i odwrotnie, wiele regionów jest żywo zainteresowanych wynikami debaty na temat paliw alternatywnych. Na podstawie badań kosztów produkcji, wskaźników energetycznych i emisji gazów cieplarnianych wydaje się, że etanol z kukurydzy po prostu nie może konkurować z etanolem wytwarzanym z trawy rózgowej.

Ale chociaż etanol wytwarzany z tych dwóch upraw jest pod wieloma względami podobny, proces, w którym rózga rózgowa zamienia się w paliwo, sprawia, że ​​jest to najlepszy wybór dla wielu badaczy, polityków i aktywistów. Na przykład przy produkcji etanolu z kukurydzy do produkcji etanolu wykorzystuje się tylko ziarno (to, co jesz). Reszta jest odrzucana - chociaż, jak na ironię, resztki pożniwne można wykorzystać do produkcji etanolu celulozowego.

Inną przewagą rózgowca nad kukurydzą jest ilość i rodzaj potrzebnej ziemi. W stanie Iowa - stanie z lepszą niż przeciętnie glebą - średni plon w 2005 r. Wynosił około 4,8 tony z akr. Wspomniane wcześniej badanie Północnej Dakoty z 2005 r. Wykazało plony na poziomie około siedmiu ton prosówki rózgowej z akr. Roślinnica nie wymaga najlepszej gleby, aby dobrze rosnąć. Można go uprawiać na gruntach obecnie nieużywanych pod uprawy.

Raport opracowany przez Oak Ridge National Laboratory wykazał, że zasilanie połowy pojazdów poruszających się obecnie w Stanach Zjednoczonych etanolem wymagałoby 180 milionów akrów ziemi do uprawy rózgi rózgowej. Stanowi to 40 procent gruntów już wykorzystywanych w rolnictwie w Ameryce [źródło: Senat USA].

Jednak Jason Grumet z NCEP uważa, że ​​dzięki „stałemu, ale nieznacznemu postępowi” w badaniach i rozwoju, możemy zmniejszyć ilość ziemi potrzebnej do wyprodukowania takiej ilości etanolu do 30 milionów akrów w ciągu 20 do 30 lat. Grumet wspomina, że ​​chodzi o wielkość areału w Program rezerwatu ochronnego (CRP), federalny program, który płaci rolnikom za odłogowanie gruntów odłogowanych w celu zmniejszenia wpływu rolnictwa na środowisko [źródło: Senat USA].

Grumet nie jest jedyną osobą, która sugeruje, że rózga pręgowa może być uprawiana na marginalnych terenach. W końcu wykazano, że poprawia glebę, na której jest sadzona, a ziemia CRP może przynieść korzyści w tym samym czasie, gdy rośnie surowiec do produkcji etanolu. Ale nie wszyscy uważają, że przemysłowa produkcja rózgi rózgowej jest najlepszym sposobem wykorzystania ziemi CRP. Sceptycy argumentują, że większość gruntów objętych programem rezerwy ochrony jest odłogowana, ponieważ gleba nie daje upraw wysokiej jakości. Jeśli rózgowiec stanie się kolejnym źródłem paliwa, a duże firmy wpompują duże kwoty w jej produkcję, krytycy twierdzą, że te same firmy będą chciały uzyskać jak najwyższy uzysk. Najlepiej byłoby to osiągnąć, korzystając z najlepszej dostępnej ziemi. Co oznacza, że ​​niektóre grunty orne przeszłyby od produkcji żywności do produkcji energii.

Obecnie używamy małej porcji roślin spożywczych na paliwo. Jeśli zaczniemy polegać na biopaliwach jako źródle energii, energia i żywność mogą bezpośrednio konkurować o zasoby, w szczególności ziemię..

Dotyczy to niektórych, w tym dr Erica Holt-Gimeneza z Instytutu Polityki Żywności i Rozwoju. Wraz ze wzrostem cen paliw rosną również ceny żywności ze względu na zwiększone koszty produkcji i transportu. Holt-Gimenez argumentuje, że jeśli żywność i energia konkurują o ziemię, ceny żywności mogą mieć wzajemny wpływ na ceny energii. Co więcej, mówi, że programy nadwyżek żywności dla głodujących krajów mogą wyschnąć, ponieważ nadwyżki żywności mogą zostać wykorzystane jako biomasa do etanolu [źródło: Holt-Gimenez].

-

Istnieją również inne obawy dotyczące etanolu celulozowego. Niektórzy uważają, że jego potencjał jest zbyt różowy, na podstawie badań, które pokazują, że etanol celulozowy nie ma współczynnika energetycznego, o którym mówią inne badania. Ale tych badań jest mniej - i poświęcono im znacznie mniej uwagi - niż te, które wykazują potencjał rojnika. A jeśli finansowanie i opinia publiczna są wskaźnikami postępu, wygląda na to, że etanol z trawy rózgowej jest gotowy.

Więcej informacji na temat biopaliw, energii i powiązanych tematów można znaleźć na następnej stronie.

Powiązane artykuły

• Jak działa Biodiesel
• Jak działa rafinacja ropy naftowej
• Jak działa wiercenie ropy
• Czy woda morska może napędzać samochody?
• Co to jest strategiczna rezerwa ropy naftowej?
• Czy paliwo etanolowe jest naprawdę lepsze dla środowiska niż trzymanie się gazu?
• E85 Ethanol Flex Fuel - przegląd

Więcej świetnych linków

• Departament Energii Stanów Zjednoczonych
• Forum energetyczne bębna naftowego
• Oak Ridge National Laboratory

Źródła

• Berdhal, John i in. "Plon biomasy z różnych odmian rózgowca i odmian doświadczalnych w zachodniej Dakocie Północnej." Dziennik Agronomy. 15 kwietnia 2005. http://www.ars.usda.gov/research/publications/publications.htm? Seq_no_115 = 164799
• Bullis, Kevin. "Czy etanol celulozowy wystartuje?" Przegląd technologii. 26 lutego 2007. http://www.technologyreview.com/Energy/18227/
• Ciężar, Dan. „Profil Switchgrass”. Centrum zasobów marketingu rolnego. Czerwiec 2005. http://www.agmrc.org/agmrc/templates/agmrcgenerictemplate.aspx? NRMODE = Opublikowane & NRNODEGUID =% 7bF099CBB7-A693-4DFD-A0B6- E6D3CB969B96% 7d & NRORIGINALURL =% 2fagmrc% 2fcommodity% 2f biomasa% 2fswitchgrass% 2fswitchgrassprofile% 2fswitchgrassprofile% 2MEmnCm
• Clark, Giles. „Białko roślinne może wspomóc produkcję biopaliw”. Przegląd biopaliw. 30 kwietnia 2007. http://www.biofuelreview.com/index.php?option=com_content & task = view & id = 943
• English, Burton C. i in. „Szacowany wpływ gospodarczy na sektor rolny i gospodarkę kraju związaną z dostawami surowców do sektora energetycznego”. Uniwersytet Tennessee. 22 sierpnia 2007. http://www1.eere.energy.gov/biomass/biotech_symposium/docs/1a-24.doc
• Grumet, Jason. „Przesłuchanie na temat bezpieczeństwa energetycznego i uzależnienia od ropy naftowej”. Senacka Komisja ds. Stosunków Zagranicznych Stanów Zjednoczonych. 16 maja 2006. http://www.energycommission.org/site/page.php?testimony=17
• Hirsch, Robert L. i in. „Szczyt światowej produkcji ropy naftowej: wpływ, łagodzenie i zarządzanie ryzykiem”. SAIC. http://www.projectcensored.org/newsflash/the_hirsch_report.pdf
• Holt-Gimenez, dr Eric „Biopaliwa - mity związane z przejściem na paliwa pochodzenia rolniczego”. Instytut Polityki Żywnościowej i Rozwoju. http://petroleum.berkeley.edu/patzek/BiofuelQA/Brazil/food_first _backgrounder.htm
• Lang, Susan S. „Badania ekologów Cornell wykazały, że produkcja etanolu i biodiesla z kukurydzy i innych upraw nie jest warta energii”. Uniwersytet Cornella. 5 lipca 2005. http://www.news.cornell.edu/stories/July05/ethanol.toocostly.ssl.html
• Ratliff, Evan. „Roślina, która uratuje Amerykę: chemia”. Przewodowy, strony 160-161. Październik 2007.
• Wang, Michael Q. PhD. „Wpływ etanolu na energię i emisje gazów cieplarnianych”. Argonne National Laboratory. 23 sierpnia 2005. http://www.anl.gov/Media_Center/News/2005/NCGA_Ethanol_ Meeting_050823.ppt
• Woolsey, James R. Przesłuchania na temat zboża, trzciny cukrowej i samochodów: zachęty podatkowe dla paliw alternatywnych i pojazdów. Komisja Senatu ds. Finansów Stanów Zjednoczonych. 19 kwietnia 2007 r. Http://www.energycommission.org/site/page.php?testimony = 18
• „Korzyści dla środowiska”. Departament Energii USA. 4 października 2007. http://www1.eere.energy.gov/biomass/environmental.html
• „Petroleum Flow, 2006”. Administracja informacją energetyczną. http://www.eia.doe.gov/emeu/aer/pdf/pages/sec5_3.pdf
• „Badania Switchgrass mają na celu stworzenie etanolu do napędzania pojazdów w cenie 1 dolara za galon”. Newswise. 4 grudnia 2006. http://www.newswise.com/articles/view/525656/