Gressoline Kan vi brensle biler med gress?

  • Vova Krasen
  • 0
  • 1960
  • 289
En E85 Ethanol Hyundai vises på en bilutstilling. Se flere bilder av alternative drivstoffbiler. Mark Renders / Getty Images

-

-I 2006 forbrukte USA i gjennomsnitt nesten 20,6 millioner fat petroleum per dag, tilsvarende mer enn 865 millioner liter o-il [kilde: Energy Information Administration]. Olje gir bilen din en tur til matbutikken. Det hjelper industrien med å utvikle og fremme teknologiske fremskritt innen vitenskap og medisin. Det skaper også en enorm mengde rikdom: Den globale økonomien er i stor grad basert på oljeboring, raffinering, transport og distribusjon.-

Men olje er en begrenset ressurs som er produsert fra de fossile restene av gamle marine planter og dyr. Det tar minst 10 millioner år for fossil rester blir råolje, og folk bruker olje mye raskere enn det er skapt. Etter hvert kommer oljeproduksjonen til topps, og vi begynner å gå tom. Noen anslår at denne toppen allerede har skjedd; andre ser at det skjer i nærmeste fremtid. Uansett tror de fleste at vi er midt i en forestående energikrise. Tross alt spiller petroleum en så stor rolle i daglig menneskelig aktivitet. Hva skjer når vi går tom for olje?

-

-Energisektoren bruker milliarder på jakten på alternativer til bensin. Men den neste energikilden må gjøre mer enn bare å forsyne verden med strøm. Med økende bekymring for klimagasser (GHG) fra fossile brensler som fører til global oppvarming, må neste drivstoff også være rent. Det må være rimelig, og det må bidra til å opprettholde økonomien.

Den neste generasjonen drivstoff må komme raskt for å hjelpe mennesker med å gå over fra petroleum. Tross alt kan ikke verden stoppe i et tiår eller to mens neste drivstoff blir utviklet og implementert.

Alt dette sammen høres ut som en umulig klesvaskliste med krav til drivstoffkilder. Derfor er det så overraskende at det etter noen få års forskning dukker opp en energikilde som ser ut til å oppfylle alle disse forpliktelsene.

etanol (etylalkohol) er en form for drivstoff avledet fra komplekse karbohydrater i planter. I flere tiår har forskere vært klar over potensialet som drivstoff. Men prosessen med å produsere etanol billig og effektivt har vært unnvikende - til nå, sier noen forskere.

Et raskt voksende gress kjent som switch finnes rundt omkring i USA, Canada, Mellom- og Sør-Amerika og deler av Afrika. Og hvis den fortsetter å vise hva slags løfte den gjør nå, kan det være det du bruker for å drivstoffbilen din i løpet av de neste 20 årene. Så hvordan kan gress bli drivstoff? Les neste side for å finne ut om den solfylte prognosen for switchgrass som svar på den forestående energikrisen.

innhold
  1. switch
  2. Problemer og løsninger med Switchgrass
  3. Biodrivstoffkritikk
Forsker David Bransby inspiserer Alamo variasjonsbrytergras på en testplott fra University of Alabama. Høflighet Warren Gretz / National Renewable Energy Laboratory

Forskning på kilder for biologisk brensel -- biodrivstoff -- har inkludert alt fra kyllingfett til flis. Men å behandle de fleste av dem gir et lavt netto energiforhold -- mengden energi hver enhet legger ut er ikke mye mer enn energien som er satt i produksjonen. Kostnader har også vært et problem: Teknikker for utvinning av brensel fra ressurser fra planter og dyr er for tiden dyre, noe som vil gjenspeiles ved drivstoffpumpen. Men jo flere forskere knuser tallene på switchgrass, jo mer ser det ut som en god kandidat for en alternativ drivstoffkilde.

Switchgrass er en n-ative flerårig art til Amerika. Den vokser raskt og enkelt på slettene. Det er en tøff, hardfør art - i noen tilfeller anses den som inngripende. En treårig studie i Nord-Dakota publisert i 2005 viste at når de er i fred, kan noen sorter av gresset gi et gjennomsnittlig utbytte på mer enn syv tonn biomasse -- det høstede plantematerialet - per dekar, avhengig av nedbør og jordtype [kilde: U.S. Department of Agriculture].

-Gresset er også motstandsdyktig mot tørke og krever lite, om noen, gjødsel. Dette betyr at det krever mindre fossilt brensel brukt på produksjonen. Traktorer som brukes til å spre gjødsel og brennstoff til pumpene som vanner felt krever fossilt brensel. Mindre vanning og mindre gjødsel betyr da redusert energiinngang, noe som igjen betyr mindre kostnader og færre klimagassutslipp. Dessuten sier switchgrass-talsmenn at drivstoff produsert fra anlegget ville gjøre USA sikrere og uavhengige, siden det kunne dyrkes i Amerika i stedet for importert fra andre nasjoner.

Drivstoffet produsert fra switchgrass råstoff -- råmaterialet som brukes til å produsere et destillert drivstoff - er cellulosetanol. Dette alkoholholdige drivstoffet er skapt av en kjemisk prosess for å bryte ned cellulose -- strukturen som utgjør celleveggene i anlegget. Når cellulosen er brutt ned i de grunnleggende komponentene, tilsettes gjær, og den gjæres til alkohol. Etter at den er raffinert, kan produsert etanol brukes som drivstoff.

Jo mer cellulose som er tilgjengelig for ekstraksjon fra en plante, jo mer verdifull blir den som en kilde til etanol. Og switchgrass har masse cellulose. Rundt 70 prosent av planten er sammensatt av disse komplekse karbohydratene [kilde: BioCycle]. Enda bedre, lignin -- et biprodukt opprettet når vann elimineres fra cellulose - har vist løfte om bruk som drivstoff for å drive etanolproduksjonsanlegg. Hvis lignin kan utnyttes, kan dette gjøre at etanolbehandling blir selvopprettholdende.

Fra og med produksjon av gjødsel som ble brukt til å dyrke gresset og slutte med transport for distribusjon av etanol, beregnet Argonne National Laboratory-forsker Michael Wang energiforholdet for switchgrass. Han fant ut at hver eneste energienhet som ble satt inn i cellulosetanolproduksjon fra switchgrass, ble skapt 10 ganger energiproduksjonen. Dette er mye høyere enn etanol avledet fra mais. Derimot har bensin et energiforhold på 1 til 0,81, noe som betyr at det krever mer energi å produsere enn det gir. Wang fant også ut at switchgrass etanol kan kreve 70 prosent mindre fossilt brensel å produsere enn bensin og E85 etanol -- en blanding av 85 prosent etanol og 15 prosent bensin - avgir 86 prosent færre drivhusgasser enn bensin. [kilde: Wang].

Det høres ut som switchgrass som et alternativt drivstoff har alt for det. Så hva er holdingen? Raffineringsprosessen virker enkel, og faktisk er den relativt sett. Men å lage etanol fra switchgrass står overfor noen utfordringer. Les neste side om vanskeligheten med å destillere etanol fra switchgrass.

E85 etanol vises på flere bensinstasjoner, som denne i Washington. D. C. Drivstoffet kan selges for så lite som $ 1 per gallon hvis forskere kan effektivisere produksjonsprosessen. Chip Somodevilla / Getty Images

Mens det blir tydeligere med publiseringen av hver nye studie av switchgrass at anlegget kan spille en viktig rolle i fremtidig energilindring, er ordet "fremtid" nøkkelen. For tiden viser prosessen med å trekke ut cellulose fra anlegget vanskelig og kostbar.

Cellulose avledet fra plantemateriale produseres av hvilken som helst av en rekke enzymer, avhengig av hvilken type plantemateriale som brukes. Disse katalysatorene spiser på komplekse karbohydrater, som sukker, og driver ut cellulose og karbondioksid som avfall i prosessen. Disse enzymene er imidlertid kostbare, rundt 20 øre for hver gallon renset etanol [kilde: Federal Trade Commission]. Dessuten krever fermenteringsprosessen for cellulose med gjær et annet enzym, noe som øker kostnadene ytterligere. I 2006 sa plantegenetiker Albert Kausch at med dagens dyrking og produksjonsmetoder ville kostnadene per gallon cellulosetanol være 2,70 dollar. Det er fremdeles billigere enn gassolje, men Kausch mener det kan bringes ned til rundt $ 1 per gallon [kilde: Newswise]. En av måtene å oppnå denne dramatiske kostnadsreduksjonen er å utvikle billigere enzymer og finne et enkelt enzym som både kan bryte ned cellulose og gjære etanol.

Et av de andre problemene som etanol står overfor, er å få det fra raffinerier til bensinstasjoner. Etanol er svært etsende og kan ikke sendes via rørledninger som olje og petroleum kan. Dette betyr at den må transporteres med lastebiler, noe som både bidrar til produksjonskostnadene og senker energiforholdet, siden store tankbiler krever mer fossilt brensel for å transportere etanol for distribusjon.

Argonne National Laboratory's Michael Wang forteller at utfordringen med å distribuere etanol til dels kunne overvinnes ved å bruke jernbanesystemer for å føre den så langt som mulig. "Når du avgrenser den i Midtvesten og transporterer den til Vesten, er transport et problem," sier han. "Du må bruke jernbane. Men når du transporterer den korte avstander, gjør det ikke så stor forskjell [til netto energiforhold]."

Det andre problemet som etanol med switchgrass for øyeblikket står overfor, er mengden tilgjengelig land for dyrking. En University of Tennessee-analyse konkluderte med at USA kunne produsere totalt 153 millioner tørre tonn switchgrass og avlingsrester -- de tingene som er til overs etter høsting og produksjon av landbruket, som stengler og frø - årlig som etanol råstoff. Tallene viser at dette ville resultere i en 5,3 prosent reduksjon i det årlige bensinforbruket i USA - langt mindre enn forventet, og mye mindre enn de 35 milliarder gallons fornybar drivstoff president George W. Bush etterlyste innen 2017 i 2006 State of the Union adresse.

I likhet med enzymforskning, kan teknologi også overvinne dette hinderet. Jason Grumet fra National Commission on Energy Policy (NCEP) foreslår å utvikle stammer av switchgrass som kan øke utbytte per tonn, øke effektiviteten i etanolproduksjon med en tredjedel og doble drivstoffeffektiviteten til alle kjøretøyer i Amerika [kilde: USAs senat].

Pengene er definitivt der for å overvinne disse hindringene. Både energiselskaper og avlingsforskningskonglomerater skjenker penger i cellulosetanolanlegg. BP Amoco PLC ga University of California - Berkley og University of Illinois - Champaign tilsammen 500 millioner dollar for å finansiere et forskningsanlegg. Chevron Corporation ga University of California - Davis 25 millioner dollar og Georgia Institute of Technology 12 millioner dollar. Og Oak Ridge National Laboratory mottok $ 125 millioner fra U.S. Department of Energy for cellulosetanolforskning [kilde: DeMonte]. Fortsatt ser mange selskaper til USAs regjering for å bidra til å fremme forskning og utvikling ved å tilby investeringsgarantier og skattelettelser for finansfolk som satser på celluloseteknologi.

- Med mengden penger som strømmer inn i cellulosetanolforskning og muligheten for at mer er på vei - for ikke å snakke om entusiasme og offentlig støtte - er det vanskelig å ikke forestille seg at innen noen få tiår vil switchgrass-basert etanol fylle bilene våre. Men switchgrass har også sine skeptikere. Noen tror ikke gresset lever opp til forventningene, og andre frykter konsekvensene hvis det gjør det. Les om biodrivstoffskeptikere på neste side.

Skeptikere om biodrivstoff er opptatt av at finansiering av mathjelpsprogrammer, som Feed the Children (ovenfor), vil tørke opp hvis overflødig mat brukes som drivstoff. Layne Murdoch / NBAE via Getty Images

Konkurransen er tett mellom mais og switchgrass som vil tjene som råstoff for fremtidig etanolproduksjon. Fordi noen områder som dyrker mais ikke kan vokse switchgrass, og omvendt, har mange regioner en interesse for resultatet av den alternative drivstoffdebatten. Basert på forskning på produksjonskostnader, energiforhold og klimagassutslipp, ser det ut til at kornbasert etanol rett og slett ikke kan konkurrere med etanol laget av switchgrass.

Men selv om etanol laget av de to avlingene er lik i mange henseender, gjør prosessen der switchgrass blir til drivstoff, det til det overlegne valget for mange forskere, politikere og aktivister. Produksjon av maisetanol bruker for eksempel bare kornet (tingene du spiser) til å produsere etanol. Resten blir kastet av - selv om det ironisk nok kan avlingsresten brukes i cellulosetanolproduksjon.

En annen fordel switchgrass har over mais er mengden og type land den krever. I Iowa - en stat med bedre jord enn gjennomsnittet - var det gjennomsnittlige avlingsutbyttet omtrent 4,8 tonn per dekar i 2005. Undersøkelsen fra Nord-Dakota fra 2005, som ble nevnt før, viste et utbytte på rundt syv tonn switchgrass per dekar. Og switchgrass krever ikke at den beste jorda skal vokse godt. Den kan dyrkes på land som foreløpig ikke brukes til avlinger.

En rapport produsert av Oak Ridge National Laboratory konkluderte med at drivstoff for halvparten av kjøretøyene på veien i USA i dag med etanol ville kreve 180 millioner dekar land for å vokse switchgrass. Dette utgjør 40 prosent av landet som allerede er brukt til jordbruk i Amerika [kilde: U.S. Senate].

Men NCEPs Jason Grumet mener at med "jevn, men umerkelig fremgang" innen forskning og utvikling, kunne vi få mengden land som trengs for å produsere så mye etanol ned til 30 millioner dekar på 20 til 30 år. Grumet nevner at det handler om mengden areal i Conservation Reserve Program (CRP), et føderalt program som betaler bønder for å sette av land som brakk for å redusere miljøpåvirkningen av jordbruk [kilde: U.S. Senate].

Grumet er ikke den eneste personen som antyder at det kan dyrkes switchgrass i marginale land. Tross alt er det vist seg å forbedre jorden der den er plantet, og CRP-land kan ha nytte av samtidig råstoff som dyrkes til etanolproduksjon. Men ikke alle tror at industriell switchgrassproduksjon er den beste bruken for CRP-land. Skeptikere hevder at de fleste land som er registrert i Conservation Reserve-programmet er avsatt fordi jorda ikke vil produsere avlinger av høy kvalitet. Hvis switchgrass blir den neste drivstoffkilden, og store selskaper pumper store mengder penger inn i produksjonen, argumenterer disse kritikerne for at de samme selskapene vil ha høyest mulig avkastning. Dette vil være best mulig realisert ved å bruke det beste land som er tilgjengelig. Noe som betyr at noe dyrkbart land vil gå fra matproduksjon til energiproduksjon.

Vi bruker en liten del matavlinger som drivstoff i dag. Hvis vi stoler på biodrivstoff som energikilde, kan energi og mat komme i direkte konkurranse om ressurser, spesielt land.

Dette angår noen, inkludert Dr. Eric Holt-Gimenez, fra Institute for Food and Development Policy. Når drivstoffprisene stiger, gjør også matvareprisene på grunn av de økte kostnadene i produksjon og transport. Holt-Gimenez argumenterer for at hvis mat og energi konkurrerer om land, kan matprisene ha en gjensidig effekt på energiprisene. Dessuten sier han at matoverskuddsprogrammer for sultne land kan tørke opp siden overskuddsmat kan brukes som biomasse for etanol [kilde: Holt-Gimenez].

-

Det er andre bekymringer rundt cellulosetanol. Noen mener påstandene om potensialet er for rosenrødt, basert på studier som viser at cellulosetanol ikke har energiforholdet som andre studier hevder. Men disse studiene er færre - og får langt mindre oppmerksomhet - enn de som viser switchgrass 'potensial. Og hvis finansiering og opinionen er indikatorer for fremgang, ser det ut som switchgrass etanol er et grep.

For mye mer informasjon om biodrivstoff, energi og relaterte emner, les neste side.

Relaterte artikler

  • Hvordan Biodiesel fungerer
  • Hvordan oljeraffinering fungerer
  • Slik fungerer oljeboring
  • Kunne saltvann drivstoff biler?
  • Hva er den strategiske petroleumsreserven?
  • Er etanol brensel virkelig bedre for miljøet enn å holde seg til gass?
  • E85 Oversikt over etanol Flex drivstoff

Flere gode lenker

  • USAs energidepartement
  • Oil Drum Energy Forum
  • Oak Ridge National Laboratory

kilder

  • Berdhal, John, et al. "Biomasseutbytte av forskjellige switchgrass-kultivarer og eksperimentelle stammer i det vestlige Nord-Dakota." Agronomy Journal. 15. april 2005. http://www.ars.usda.gov/research/publications/publications.htm? Seq_no_115 = 164799
  • Bullis, Kevin. "Vil cellulosetanol ta av?" Technology Review. 26. februar 2007. http://www.technologyreview.com/Energy/18227/
  • Burden, Dan. "Switchgrass-profil." Ressurssenter for landbruksmarkedsføring. Juni 2005. http://www.agmrc.org/agmrc/templates/agmrcgenerictemplate.aspx? NRMODE = Publisert & NRNODEGUID =% 7bF099CBB7-A693-4DFD-A0B6- E6D3CB969B96% 7d & NRORIGINALURL =% 2fagmrc% 2fcommodity% 2f biomasse% 2fswitchgrass% 2fswitchgrassPr
  • Clark, Giles. "Planteprotein kan hjelpe biodrivstoffproduksjon." Gjennomgang av biodrivstoff. 30. april 2007. http://www.biofuelreview.com/index.php?option=com_content & task = view & id = 943
  • English, Burton C., et al. "Beregnede økonomiske virkninger på landbrukssektoren og nasjonens økonomi med å levere råstoff til en energisektor." University of Tennessee. 22. august 2007. http://www1.eere.energy.gov/biomass/biotech_symposium/docs/1a-24.doc
  • Grumet, Jason. "Høring om energisikkerhet og oljeavhengighet." U.S. Senatskomite for utenriksrelasjoner. 16. mai 2006. http://www.energycommission.org/site/page.php?testimon=17
  • Hirsch, Robert L., et al. "Peaking of verdens oljeproduksjon: Konsekvenser, avbøtning og risikostyring." SAIC. http://www.projectcensored.org/newsflash/the_hirsch_report.pdf
  • Holt-Gimenez, Eric PhD. "Biodrivstoff - Myter om overgangen til agro-drivstoff." Institutt for mat- og utviklingspolitikk. http://petroleum.berkeley.edu/patzek/BiofuelQA/Brazil/food_first _backgrounder.htm
  • Lang, Susan S. "Cornell-økologens studie finner at det ikke er verdt å produsere etanol og biodiesel fra mais og andre avlinger." Cornell University. 5. juli 2005. http://www.news.cornell.edu/stories/July05/ethanol.toocostly.ssl.html
  • Ratliff, Evan. "Anlegget som vil redde Amerika: Kjemien." Kablet, s. 160-161. Oktober 2007.
  • Wang, Michael Q. PhD. "Effekter av drivstoffetanol." Argonne National Laboratory. 23. august 2005. http://www.anl.gov/Media_Center/News/2005/NCGA_Ethanol_ Meeting_050823.ppt
  • Woolsey, James R. Høringer om korn, stokk og biler: Skatteinsentiver for alternativt drivstoff og kjøretøy. "Den amerikanske senatkomiteen for finans. 19. april 2007. http://www.energycommission.org/site/page.php?testimonium = 18
  • "Miljøgevinster." U.S. avd. For energi. 4. oktober 2007. http://www1.eere.energy.gov/biomass/environmental.html
  • "Petroleum Flow, 2006." Energiinformasjonsadministrasjon. http://www.eia.doe.gov/emeu/aer/pdf/pages/sec5_3.pdf
  • "Switchgrass-forskning har som mål å skape etanol til å drive kjøretøy til $ 1 per gallon." Newswise. 4. desember 2006. http://www.newswise.com/articles/view/525656/



Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.

De mest interessante artiklene om hemmeligheter og oppdagelser. Mye nyttig informasjon om alt
Artikler om vitenskap, rom, teknologi, helse, miljø, kultur og historie. Forklare tusenvis av emner slik at du vet hvordan alt fungerer