Grassoline Můžeme pohánět auta trávou?

Na autosalonu se zobrazí E85 Ethanol Hyundai. Prohlédněte si další obrázky vozidel na alternativní paliva. Mark Renders / Getty Images

-

-V roce 2006 Spojené státy denně spotřebovaly v průměru téměř 20,6 milionu barelů ropy, což odpovídá ekvivalentu více než 865 milionů galonů o-il [zdroj: Energy Information Administration]. Ropa pohání vaše auto na výlet do obchodu s potravinami. Pomáhá průmyslu rozvíjet a podporovat technologický pokrok ve vědě a medicíně. Vytváří také obrovské množství bohatství: Globální ekonomika je z velké části založena na těžbě ropy, rafinaci, dopravě a distribuci.-

Ropa je však omezeným zdrojem vyráběným z fosilizovaných zbytků starověkých mořských rostlin a zvířat. Trvalo nejméně 10 miliónů let, než se fosilizované zbytky stanou ropou a lidé používají ropu mnohem rychleji, než se vytváří. Produkce ropy nakonec vyvrcholí a začneme docházet. Někteří odhadují, že tento vrchol již nastal; jiní vidí, že se to odehrává v blízké budoucnosti. V každém případě většina lidí věří, že jsme uprostřed hrozící energetické krize. Koneckonců, ropa hraje tak velkou roli v každodenní lidské činnosti. Co se stane, když nám dojde olej?

-

-Energetický sektor utratí miliardy za hledání alternativ k benzínu. Ale další zdroj energie musí udělat více, než jen dodat světu energii. S rostoucím znepokojením nad skleníkovými plyny (GHG) z fosilních paliv, které vedou ke globálnímu oteplování, musí být další palivo také čisté. Musí být cenově dostupný a musí pomáhat udržovat ekonomiku.

Příští generace paliv musí přijít rychle, aby pomohla lidem přejít z ropy. Konec konců, svět se nemůže zastavit na deset let nebo dvě, zatímco další palivo je vyvíjeno a implementováno.

To vše dohromady zní jako nemožný seznam požadavků na prádlo na jakýkoli zdroj paliva. Proto je tak překvapivé, že po několika letech výzkumu se objevuje zdroj energie, který, jak se zdá, splňuje všechny tyto povinnosti.

Ethanol (ethylalkohol) je forma paliva získaného z komplexních uhlohydrátů v rostlinách. Po desetiletí si vědci uvědomovali jeho potenciál jako paliva. Proces výroby etanolu levně a efektivně však byl nepolapitelný - někteří vědci až dosud říkají.

Rychle rostoucí tráva známá jako rozvaděč najdete po celých Spojených státech, Kanadě, Střední a Jižní Americe a částech Afriky. A pokud bude i nadále ukazovat druh slibu, který nyní dělá, může to být to, co používáte k tankování vašeho auta v příštích 20 letech. Jak se tedy může z trávy stát palivo? Přečtěte si další stránku, abyste se dozvěděli o slunečné předpovědi pro switchgrass jako odpověď na hrozící energetickou krizi.

Obsah

1. Switchgrass
2. Problémy a řešení Switchgrassu
3. Kritika biopaliv

Vědec David Bransby kontroluje odrůdu Alamo odrůdy na testovacím pozemku University of Alabama. Zdvořilost Warren Gretz / Národní laboratoř pro obnovitelné zdroje energie

Výzkum zdrojů biologických paliv -- biopaliva -- zahrnuje vše od kuřecího tuku po štěpky. Zpracování většiny z nich však přináší nízké poměr čisté energie -- množství energie, kterou každá jednotka vydá, není o moc větší než energie vložená do její výroby. Problémem byly také náklady: Techniky těžby paliv z rostlinných a živočišných zdrojů jsou v současné době drahé, což by se odrazilo na palivovém čerpadle. Čím více však vědci drtí čísla na přepážce, tím více to vypadá jako dobrý kandidát na alternativní zdroj paliva.

Switchgrass je n-ative vytrvalý druh do Ameriky. Roste rychle a snadno na rovinách. Je to těžký, vytrvalý druh - v některých případech je považován za invazivní. Tříletá studie v Severní Dakotě, která byla zveřejněna v roce 2005, ukázala, že pokud zůstane sama, některé odrůdy trávy mohou produkovat průměrný výnos více než sedm tun biomasa -- sklizený rostlinný materiál - na akr, v závislosti na srážkách a typu půdy [zdroj: Ministerstvo zemědělství USA].

-Tráva je také odolná vůči suchu a vyžaduje jen málo hnojiv, pokud vůbec nějaké. To znamená, že vyžaduje méně fosilních paliv vynaložených na výrobu. Traktory používané k rozmetání hnojiv a pohánění čerpadel, která zavlažují pole, vyžadují fosilní palivo. Méně zavlažování a méně hnojiv tedy znamená snížený příkon energie, což zase znamená nižší náklady a nižší emise skleníkových plynů. Zastánci přepínačů navíc tvrdí, že palivo vyrobené z elektrárny by zajistilo, že Spojené státy budou bezpečnější a nezávislejší, protože by se mohlo pěstovat v Americe spíše než dovážet z jiných zemí..

Palivo vyrobené z rozvaděče vstupní surovina -- surovina použitá k výrobě destilovaného paliva - je celulózový ethanol. Toto alkoholické palivo je vytvářeno chemickým procesem rozkladu celulóza -- struktura, která tvoří buněčné stěny v rostlině. Jakmile je celulóza rozložena na základní složky, přidají se kvasinky a fermentují se na alkohol. Po rafinaci lze vyrobený ethanol použít jako palivo.

Čím více celulózy je k dispozici pro extrakci z rostliny, tím cennější se stává jako zdroj ethanolu. A switchgrass má spoustu celulózy. Přibližně 70 procent rostliny se skládá z těchto komplexních uhlohydrátů [zdroj: BioCycle]. Ještě lepší, lignin -- vedlejší produkt vytvořený, když je voda odstraněna z celulózy - ukázal slib pro použití jako palivo pro pohon rostlin na výrobu ethanolu. Pokud lze lignin využít, mohlo by to způsobit, že zpracování ethanolu bude soběstačné.

Počínaje výrobou hnojiva používaného k pěstování trávy a končící transportem pro distribuci etanolu, výzkumný pracovník Národní laboratoře Argonne Michael Wang vypočítal energetický poměr pro spínací tráva. Zjistil, že každá jedna jednotka energie vložená do výroby celulózového ethanolu z rozvaděče vytvořila 10krát větší energetický výkon. To je mnohem vyšší než ethanol získaný z kukuřice. Naproti tomu benzín má poměr energie 1 až 0,81, což znamená, že k výrobě potřebuje více energie, než dává. Wang také zjistil, že etanol z přechodného plynu může vyžadovat o 70 procent méně fosilních paliv k výrobě než benzín a benzín E85 ethanol -- směs 85 procent ethanolu a 15 procent benzínu - vypouští o 86 procent méně skleníkových plynů než benzín. [zdroj: Wang].

Zní to jako spínací tráva, protože alternativní palivo má všechno. Co je to za zdržení? Proces rafinace se zdá být jednoduchý a ve skutečnosti je to relativně řečeno. Ale výroba ethanolu z rozvaděče čelí některým výzvám. Přečtěte si další stránku o obtížích při destilaci ethanolu z rozvaděče.

Ethanol E85 se objevuje na více čerpacích stanicích, jako je tato ve Washingtonu. D.C. Palivo může být prodáváno za pouhých $ 1 za galon, pokud vědci mohou zefektivnit výrobní proces. Čip Somodevilla / Getty Images

I když je zveřejňováním každé nové studie spínací techniky jasnější, že rostlina může hrát důležitou roli v budoucím energetickém úlevu, slovo „budoucnost“ je klíčové. V současné době se proces extrakce celulózy z rostliny ukazuje jako obtížný a nákladný.

Celulóza získaná z rostlinného materiálu se vyrábí kteroukoli z mnoha druhů enzymy, v závislosti na druhu použitého rostlinného materiálu. Tyto katalyzátory se živí komplexními sacharidy, jako jsou cukry, a vytlačují celulózu a oxid uhličitý jako odpad v procesu. Tyto enzymy jsou však drahé, okolo 20 centů za každý gallon čištěného ethanolu [zdroj: Federal Trade Commission]. Navíc fermentační proces celulózy s kvasinkami vyžaduje jiný enzym, což dále zvyšuje náklady. V roce 2006 rostlinný genetik Albert Kausch uvedl, že při současných kultivačních a produkčních metodách by náklady na gallon celulózového ethanolu činily 2,70 $. To je stále levnější než plynový olej, ale Kausch věří, že by to mohlo být sníženo na přibližně 1 $ za galon [zdroj: Aktuálně]. Jedním ze způsobů, jak dosáhnout tohoto dramatického snížení nákladů, je vývoj levnějších enzymů a nalezení jediného enzymu, který dokáže rozložit celulózu i fermentovaný ethanol..

Jedním z dalších problémů, kterým čelí ethanol, je dostat se z rafinérií na čerpací stanice. Ethanol je vysoce korozivní a nelze jej přepravovat potrubím jako ropa a ropa. To znamená, že musí být přepravován kamiony, což zvyšuje výrobní náklady a snižuje energetický poměr, protože velké cisternové nákladní automobily vyžadují více fosilních paliv k přepravě etanolu k distribuci.

Michael Wang z Argonne National Laboratory říká, že problém distribuce ethanolu by mohl být částečně překonán použitím železničních systémů k jeho co největšímu přenosu. „Když to na Středozápadě upravíte a přepravíte na Západ, doprava je problém,“ říká. "Museli byste použít železnici. Ale když ji přepravujete na krátké vzdálenosti, nijak to nezmění [poměr čisté energie]."

Dalším problémem, který se v současné době potýká s etanolem z travinného porostu, je množství půdy dostupné pro jeho kultivaci. Analýza University of Tennessee dospěla k závěru, že Spojené státy by mohly vyrobit celkem 153 milionů tun suchých tektonických plodin a zbytky plodin -- věci, které zůstaly po zemědělském sklizni a produkci, jako stonky a semena - každoročně jako vstupní surovina ethanolu. Jeho čísla ukazují, že by to mělo za následek snížení roční spotřeby benzínu ve Spojených státech o 5,3 procenta - mnohem méně, než se očekávalo, a mnohem méně než 35 miliard galonů obnovitelného paliva, které prezident George W. Bush požadoval do roku 2017 ve svém roce 2006. Adresa státu Unie.

Stejně jako výzkum enzymů, technologie mohla tuto překážku překonat. Jason Grumet z Národní komise pro energetickou politiku (NCEP) navrhuje vyvíjet kmeny spínacích rostlin, které by mohly zvýšit výnosy na tunu na akr, zvýšit účinnost výroby etanolu o jednu třetinu a zdvojnásobit palivovou účinnost všech vozidel v Americe [zdroj: Americký senát].

Peníze jsou rozhodně k překonání těchto překážek. Energetické společnosti i konglomeráty pro výzkum plodin vylévají peníze do zařízení na výrobu celulózového ethanolu. BP Amoco PLC poskytla Kalifornské univerzitě - Berkley a University of Illinois - Champaign dohromady 500 milionů dolarů na financování výzkumného zařízení. Společnost Chevron Corporation poskytla Kalifornské univerzitě - Davis 25 milionů dolarů a Gruzínský technologický institut 12 milionů dolarů. A Oak Ridge National Laboratory obdržela 125 milionů dolarů od amerického ministerstva energetiky pro výzkum celulózového ethanolu [zdroj: DeMonte]. Stále mnoho společností hledá vládu Spojených států, aby pomohly podpořit výzkum a vývoj poskytováním investičních záruk a daňových úlev finančníkům, kteří vsadili na celulózovou technologii.

- S množstvím peněz, které se vylévají do výzkumu celulózového ethanolu, a možností, že je více na cestě - nemluvě o nadšení a podpoře ze strany veřejnosti - je těžké si nepředstavovat, že během několika desetiletí se etanol na bázi Switchgrass naplní naše auta. Ale switchgrass má také své skeptiky. Někteří si nemyslí, že tráva splňuje očekávání, a jiní se obávají důsledků, pokud ano. Přečtěte si o skeptikech biopaliv na další stránce.

Skeptici biopaliv se obávají, že financování programů potravinové pomoci, jako je Feed the Children (výše), vyschne, pokud se přebytečné jídlo použije jako palivo. Layne Murdoch / NBAE prostřednictvím Getty Images

Konkurence mezi kukuřicí a přepínáním je úzká, což bude sloužit jako výchozí surovina pro budoucí výrobu ethanolu. Protože některé oblasti, které pěstují kukuřici, nemohou pěstovat sklizeň a naopak, mnoho regionů má na výsledku debaty o alternativním palivu velký zájem. Na základě výzkumu výrobních nákladů, energetických poměrů a emisí skleníkových plynů se zdá, že etanol na bázi kukuřice nemůže konkurovat ethanolu vyrobenému z přepínače..

Ale zatímco etanol vyrobený z těchto dvou plodin je v mnoha ohledech podobný, proces, kterým se z přepadového plynu mění palivo, z něj činí vynikající volbu pro mnoho vědců, politiků a aktivistů. Například při výrobě ethanolu z kukuřice se k výrobě etanolu používá pouze zrno (věci, které jíte). Zbytek je odhozen - ačkoliv je ironií, že zbytky plodin lze použít při výrobě celulózového ethanolu.

Další výhodou, kterou má switchgrass oproti kukuřici, je množství a typ půdy, kterou vyžaduje. V Iowě - ve státě s lepší než průměrnou půdou - byl průměrný výnos plodiny v roce 2005 zhruba 4,8 tun na akr. Výzkum v Severní Dakotě z roku 2005, který byl uveden výše, ukázal výnos kolem sedmi tun přepínače na akr. A switchgrass nevyžaduje nejlepší půdu, aby dobře rostl. Může se pěstovat na půdě, která se v současnosti nepoužívá pro pěstování plodin.

Zpráva, kterou vypracovala Oak Ridge National Laboratory, dospěla k závěru, že na zásobování poloviny vozidel na silnicích ve Spojených státech dnes s etanolem by bylo zapotřebí 180 milionů akrů půdy, aby se pěstovala spínací tráva. To představuje 40 procent půdy, která se již používá pro zemědělství v Americe [zdroj: Senát USA].

Jason Grumet NCEP se však domnívá, že s „stabilním, ale nezanedbatelným pokrokem“ ve výzkumu a vývoji bychom mohli dostat množství půdy potřebné k produkci tolika ethanolu na 30 milionů akrů za 20 až 30 let. Grumet uvádí, že jde o množství výměry v Program zachování rezerv (CRP), federální program, který platí zemědělcům, aby vyčlenili půdu jako úhor, aby se snížil dopad zemědělství na životní prostředí [zdroj: Senát USA].

Grumet není jediným člověkem, který by naznačoval, že by byl možné pěstovat tráva v okrajové zemi. Koneckonců, bylo prokázáno, že zlepšuje půdu, na které je vysazena, a půda CRP by mohla mít užitek ve stejnou dobu, kdy se suroviny vyrábějí pro výrobu ethanolu. Ne všichni se však domnívají, že průmyslová výroba přepáječky je nejlepším využitím pro pozemky CRP. Skeptici tvrdí, že většina půdy zařazené do programu rezervací ochrany je vyňata z produkce, protože půda nebude produkovat vysoce kvalitní plodiny. Pokud se switchgrass stane dalším zdrojem paliva a velké společnosti načerpají do své produkce velké množství peněz, tito kritici tvrdí, že tyto stejné společnosti budou chtít nejvyšší možný výnos. To by bylo nejlépe realizováno pomocí nejlepší dostupné půdy. Což znamená, že nějaká orná půda by šla z výroby potravin na výrobu energie.

Dnes používáme jako palivo malou část potravinářských plodin. Pokud se spoléháme na biopaliva, protože náš zdroj energie, energie a potraviny mohou přijít do přímé soutěže o zdroje, konkrétně půdu.

Týká se to některých, včetně Dr. Eric Holt-Gimenez, z Institutu pro výživu a rozvojovou politiku. Když ceny pohonných hmot stoupají, rostou také ceny potravin kvůli zvýšeným nákladům na výrobu a dopravu. Holt-Gimenez tvrdí, že pokud jídlo a energie soutěží o půdu, mohou mít ceny potravin vzájemný dopad na ceny energie. A co víc, říká, že programy přebytku potravin pro hladové země mohou vyschnout, protože přebytečné jídlo by mohlo být použito jako biomasa pro ethanol [zdroj: Holt-Gimenez].

-

Existují i ​​další obavy týkající se celulózového ethanolu. Někteří se domnívají, že tvrzení o jeho potenciálu jsou příliš růžová, založená na studiích, které prokazují, že celulózový ethanol nemá poměr energie, podle jiných studií. Počet těchto studií je však méně - a je jim věnována mnohem menší pozornost - než studie, které prokazují potenciál přepínače. A pokud jsou ukazatele pokroku financování a veřejné mínění, vypadá to, že etanol z přechodové trávy je dobrý.

Další informace o biopalivech, energii a souvisejících tématech najdete na následující stránce.

Související články

• Jak bionafta funguje
• Jak rafinace ropy funguje
• Jak ropné vrtání funguje
• Mohla by auta na slanou vodu?
• Co je to Strategická ropná rezerva?
• Je etanolové palivo opravdu lepší pro životní prostředí než lepení na plyn?
• E85 Ethanol Flex Fuel Overview

Další skvělé odkazy

• Ministerstvo energetiky Spojených států
• Energetické fórum pro ropný buben
• Oak Ridge National Laboratory

Prameny

• Berdhal, John, et al. "Výtěžek biomasy z různých kultivarů a experimentálních kmenů v západní části Severní Dakoty." Agronomy Journal. 15. dubna 2005. http://www.ars.usda.gov/research/publications/publications.htm? Seq_no_115 = 164799
• Bullis, Kevine. "Vzlétne celulózový ethanol?" Přezkum technologie. 26. února 2007. http://www.technologyreview.com/Energy/18227/
• Burden, Dan. "Profil spínací plochy." Centrum zemědělského marketingového zdroje. Červen 2005. http://www.agmrc.org/agmrc/templates/agmrcgenerictemplate.aspx? NRMODE = Zveřejněno & NRNODEGUID =% 7bF099CBB7-A693-4DFD-A0B6- E6D3CB969B96% 7d & NRORIGINALURL =% 2fagmrc% 2ficiency% 2f biomass% 2fswitchgrass% 2fswitchgrasspe
• Clarku, Gilesi. "Rostlinná bílkovina může pomoci při výrobě biopaliv." Recenze biopaliv. 30. dubna 2007. http://www.biofuelreview.com/index.php?option=com_content & task = view & id = 943
• Angličtina, Burton C., et al. "Odhadované ekonomické dopady na zemědělský sektor a ekonomiku národa dodávající suroviny do energetického sektoru." University of Tennessee. 22. srpna 2007. http://www1.eere.energy.gov/biomass/biotech_symposium/docs/1a-24.doc
• Grumet, Jasone. "Slyšení o energetické bezpečnosti a závislosti na ropě." Výbor pro zahraniční vztahy Senátu USA. 16. května 2006. http://www.energycommission.org/site/page.php?testimony=17
• Hirsch, Robert L., a kol. "Vrchol světové produkce ropy: dopady, zmírňování a řízení rizik." SAIC. http://www.projectcensored.org/newsflash/the_hirsch_report.pdf
• Holt-Gimenez, Eric PhD. "Biopaliva - mýty o přechodu agropaliv." Institut pro potravinovou a rozvojovou politiku. http://petroleum.berkeley.edu/patzek/BiofuelQA/Brazil/food_first _backgrounder.htm
• Lang, Susan S. „Ekologická studie společnosti Cornell zjistila, že výroba etanolu a bionafty z kukuřice a jiných plodin nestojí za energii.“ Cornell University. 5. července 2005. http://www.news.cornell.edu/stories/July05/ethanol.toocostly.ssl.html
• Ratliff, Evane. "Rostlina, která zachrání Ameriku: Chemie." Kabelové, str. 160-161. Říjen 2007.
• Wang, Michael Q. PhD. „Dopady paliv a etanolu na emise skleníkových plynů.“ Argonne National Laboratory. 23. srpna 2005. http://www.anl.gov/Media_Center/News/2005/NCGA_Ethanol_ Meeting_050823.ppt
• Woolsey, James R. Slyšení týkající se obilí, cukrové třtiny a automobilů: Daňové pobídky pro alternativní paliva a vozidla. “Výbor pro finance Senátu USA. 19. dubna 2007. http://www.energycommission.org/site/page.php?testimony = 18
• "Přínosy pro životní prostředí." US Dept. of Energy. 4. října 2007. http://www1.eere.energy.gov/biomass/environmental.html
• "Petroleum Flow, 2006." Správa energetických informací. http://www.eia.doe.gov/emeu/aer/pdf/pages/sec5_3.pdf
• „Výzkum Switchgrassu si klade za cíl vytvořit etanol pro pohon vozidel na 1 $ za galon.“ Aktuálně. 4. prosince 2006. http://www.newswise.com/articles/view/525656/