Græsolin Kan vi brænde biler med græs?

En E85 Ethanol Hyundai vises på en biludstilling. Se flere billeder af alternative brændstofbiler. Mark Renders / Getty Images

-

-I 2006 forbrugte De Forenede Stater i gennemsnit næsten 20,6 millioner tønder olie pr. Dag, svarende til mere end 865 millioner gallon o-il [kilde: Energy Information Administration]. Olie driver din bil på en tur til købmanden. Det hjælper industrien med at udvikle og fremme teknologiske fremskridt inden for videnskab og medicin. Det skaber også en enorm mængde rigdom: Den globale økonomi er i vid udstrækning baseret på olieboring, raffinering, transport og distribution.-

Men olie er en endelig ressource produceret fra de fossiliserede rester af gamle marine planter og dyr. Det tager mindst 10 millioner år for fossiliserede rester at blive råolie, og folk bruger olie meget hurtigere, end det er skabt. Til sidst når olieproduktionen højeste, og vi vil begynde at løbe tør. Nogle skønner, at denne top allerede har fundet sted; andre ser, at det finder sted i den nærmeste fremtid. Uanset hvad tror de fleste mennesker, at vi er midt i en forestående energikrise. Når alt kommer til alt spiller petroleum en så stor rolle i den daglige menneskelige aktivitet. Hvad sker der, når vi er tør for olie?

-

-Energisektoren bruger milliarder på søgen efter alternativer til benzin. Men den næste energikilde skal gøre mere end bare at forsyne verden med strøm. Med stigende bekymring over drivhusgasser (GHG) fra fossile brændstoffer, der fører til global opvarmning, skal det næste brændstof også være rent. Det skal være overkommeligt, og det skal hjælpe med at opretholde økonomien.

Den næste generation af brændstoffer skal komme hurtigt for at hjælpe folk med at skifte fra olie. Når alt kommer til alt kan verden ikke stoppe i et årti eller to, mens det næste brændstof udvikles og implementeres.

Alt dette sammensat lyder som en umulig vaskeriliste med krav til enhver brændstofskilde. Derfor er det så overraskende, at der efter nogle få års forskning fremkommer en energikilde, der ser ud til at opfylde alle disse forpligtelser.

ethanol (ethylalkohol) er en form for brændstof, der stammer fra de komplekse kulhydrater i planter. I årtier har forskere været opmærksomme på dets potentiale som brændstof. Men processen med at fremstille ethanol billigt og effektivt har været undvikende - indtil nu, siger nogle forskere.

Et hurtigt voksende græs kendt som præriegræs kan findes omkring De Forenede Stater, Canada, Mellem- og Sydamerika og dele af Afrika. Og hvis det fortsætter med at vise den slags løfte, det gør nu, kan det være det, du bruger til at brændstof på din bil i de næste 20 år. Så hvordan kan græs blive brændstof? Læs næste side for at finde ud af om den solrige prognose for switchgrass som svar på den forestående energikrise.

Indhold

1. præriegræs
2. Problemer og løsninger med switchgrass
3. Kritik af biobrændstof

Forsker David Bransby inspicerer Alamo-sortimentskiftergræs på et test plot af University of Alabama. Høflighed Warren Gretz / National Renewable Energy Laboratory

Forskning i kilder til biologisk brændstof -- biobrændstoffer -- har inkluderet alt fra kyllingefedt til træflis. Men forarbejdningen af ​​de fleste af dem giver en lav netto energiforhold -- den mængde energi, som hver enhed sætter ud, er ikke meget mere end den energi, der sættes i sin produktion. Omkostninger har også været et problem: Teknikker til udvinding af brændstoffer fra planter og dyreressourcer er i øjeblikket dyre, hvilket ville afspejles ved brændstofpumpen. Men jo flere forskere knuser antallet på switchgrass, jo mere ligner det en god kandidat til en alternativ brændstofskilde.

Switchgrass er en n-ative flerårig art til Amerika. Det vokser hurtigt og let på sletter. Det er en hård, hårdfør art - i nogle tilfælde betragtes den som invasiv. En tre-årig undersøgelse i North Dakota, der blev offentliggjort i 2005, viste, at når det er alene, kan nogle af græssets sorter producere et gennemsnitligt udbytte på mere end syv tons biomasse -- det høstede plantemateriale - pr. acre, afhængigt af nedbør og jordtype [kilde: U.S. Department of Agriculture].

-Græsset er også modstandsdygtigt over for tørke og kræver kun lidt, hvis nogen, gødning. Dette betyder, at det kræver mindre fossilt brændstof, der bruges til produktion. Traktorer, der bruges til at sprede gødning og brænde de pumper, der irrigere felter, kræver fossilt brændstof. Mindre kunstvanding og mindre gødning betyder derfor reduceret energiindgang, hvilket igen betyder mindre omkostninger og færre drivhusgasemissioner. Derudover siger switchgrass-talsmænd, at brændstof produceret fra anlægget ville gøre USA mere sikre og uafhængige, da det kunne dyrkes i Amerika snarere end importeres fra andre nationer.

Brændstof produceret fra switchgrass råvare -- råmaterialet, der bruges til at fremstille et destilleret brændstof - er celluloseholdig ethanol. Dette alkoholiske brændstof er skabt af en kemisk proces til nedbrydning af cellulose -- strukturen, der udgør cellevæggene i planten. Når cellulosen er opdelt i dens basiske komponenter, tilsættes gær, og den fermenteres til alkohol. Når den er blevet raffineret, kan den producerede ethanol bruges som brændstof.

Jo mere cellulose der er tilgængelig til ekstraktion fra en plante, jo mere værdifuld bliver den som en kilde til ethanol. Og switchgrass har masser af cellulose. Cirka 70 procent af planten er sammensat af disse komplekse kulhydrater [kilde: BioCycle]. Endnu bedre, lignin -- et biprodukt, der er oprettet, når vand fjernes fra cellulose - har vist løfte om brug som et brændstof til at drive ethanolproduktionsanlæg. Hvis lignin kan udnyttes, kan dette gøre ethanolforarbejdningen selvbærende.

Fra og med produktionen af ​​gødning, der blev brugt til at dyrke græsset og slutte med transport til distribution af ethanol, beregnet Argonne National Laboratory-forsker Michael Wang energiforholdet for switchgrass. Han fandt ud af, at hver enhed energi, der blev sat i cellulosethanolproduktion fra switchgrass, skabte 10 gange energiudbyttet. Dette er meget højere end ethanol, der stammer fra majs. I modsætning hertil har benzin et energiforhold på 1 til 0,81, hvilket betyder, at det kræver mere energi at producere, end det giver. Wang fandt også, at switchgrass ethanol muligvis kræver 70 procent mindre fossilt brændstof at producere end benzin og E85 ethanol -- en blanding af 85 procent ethanol og 15 procent benzin - udsender 86 procent færre drivhusgasser end benzin gør. [kilde: Wang].

Det lyder som switchgrass, da et alternativt brændstof har alting til det. Så hvad er holdingen? Raffineringsprocessen synes enkel, og faktisk er den relativt set. Men at fremstille ethanol fra switchgrass står over for nogle udfordringer. Læs næste side om vanskeligheden ved at destillere ethanol fra switchgrass.

E85-ethanol vises på flere tankstationer som denne i Washington. D. C. Brændstof kan sælges for så lidt som $ 1 pr. Gallon, hvis forskere kan strømline produktionsprocessen. Chip Somodevilla / Getty Images

Mens det bliver klarere med offentliggørelsen af ​​hver nye undersøgelse af switchgrass, at anlægget kan spille en vigtig rolle i den fremtidige energilindring, er ordet "fremtid" nøglen. I øjeblikket viser processen med at ekstrahere cellulose fra planten vanskelig og dyr.

Cellulose afledt af plantemateriale produceres af en hvilken som helst af forskellige enzymer, afhængigt af hvilken type plantemateriale der bruges. Disse katalysatorer spiser på komplekse kulhydrater, som sukkerarter, og uddriver cellulose og kuldioxid som affald i processen. Disse enzymer er imidlertid dyre, ca. 20 cent for hver gallon oprenset ethanol [kilde: Federal Trade Commission]. Hvad mere er, kræver fermenteringsprocessen for cellulose med gær et andet enzym, hvilket yderligere øger omkostningerne. I 2006 sagde plantegenetiker Albert Kausch, at med de nuværende dyrknings- og produktionsmetoder ville prisen pr. Gallon cellulosethanol være 2,70 $. Det er stadig billigere end gasolie, men Kausch mener, at det kunne nedbringes til omkring $ 1 pr. Gallon [kilde: Newswise]. En af måderne til at opnå denne dramatiske omkostningsreduktion er at udvikle billigere enzymer og finde et enkelt enzym, der både kan nedbryde cellulose og fermentere ethanol.

Et af de andre problemer, som ethanol står overfor, er at få det fra raffinaderier til brændstofstationer. Ethanol er stærkt ætsende og kan ikke sendes via rørledninger, som olie og olie kan. Dette betyder, at det skal transporteres med lastbiler, hvilket både øger produktionsomkostningerne og sænker energiforholdet, da store tankbiler kræver mere fossile brændstoffer for at transportere ethanol til distribution.

Argonne National Laboratory's Michael Wang fortæller, at udfordringen ved at distribuere ethanol til dels kunne overvindes ved at bruge jernbanesystemer til at transportere den så vidt muligt. "Når du finjusterer det i Mellemvesten og transporterer det til Vesten, er transport et problem," siger han. "Du bliver nødt til at bruge jernbane. Men når du transporterer den korte afstande, gør den ikke meget forskel [til nettoenergiforholdet]."

Det andet problem, som switchgrassethanol i øjeblikket står overfor, er den disponible mængde jord til dens dyrkning. En analyse af University of Tennessee konkluderede, at De Forenede Stater kunne producere i alt 153 millioner tørre tons switchgrass og afgrøderester -- de ting, der er tilbage efter landbrugs høst og produktion, som stængler og frø - årligt som ethanol råstof. Dets tal viser, at dette ville resultere i en 5,3 procent reduktion i det årlige benzinforbrug i De Forenede Stater - langt mindre end forventet og langt mindre end de 35 milliarder gallons vedvarende brændstof, præsident George W. Bush opfordrede til i 2017 i hans 2006 Unionens adresse.

Ligesom enzymforskning kunne teknologi også overvinde denne hindring. Jason Grumet fra National Commission on Energy Policy (NCEP) foreslår at udvikle stammer af switchgrass, der kan øge udbyttet ton pr. Acre, øge effektiviteten i ethanolproduktion med en tredjedel og fordoble brændstofeffektiviteten for alle køretøjer i Amerika [kilde: Det amerikanske senat].

Pengene er bestemt der for at overvinde disse forhindringer. Både energiselskaber og afgrødeundersøgelseskonglomerater hælder penge i celluloseholdige ethanolanlæg. BP Amoco PLC gav University of California - Berkley og University of Illinois - Champaign en samlet 500 millioner dollars til finansiering af en forskningsfacilitet. Chevron Corporation gav University of California - Davis $ 25 millioner og Georgia Institute of Technology $ 12 millioner. Og Oak Ridge National Laboratory modtog $ 125 millioner fra U.S. Department of Energy til cellulosethanolforskning [kilde: DeMonte]. Stadig er mange virksomheder, der søger den amerikanske regering for at hjælpe med at fremme forskning og udvikling ved at stille investeringsgarantier og skattelettelser til finansfolk, der satser på celluloseteknologi.

- Med den mængde penge, der hældes i cellulosisk ethanolundersøgelse og muligheden for, at der er mere på vej - for ikke at nævne entusiasmen og den offentlige støtte - er det svært at ikke forestille sig, at inden for få årtier vil switchgrass-baseret ethanol blive fyldt vores biler. Men switchgrass har også sine skeptikere. Nogle synes ikke, græsset lever op til forventningerne, og andre frygter konsekvenserne, hvis det sker. Læs om biobrændstofskeptikere på næste side.

Skeptikere over biobrændstof er bekymrede over, at finansiering af fødevarehjælpeprogrammer, fx Feed the Children (ovenfor), vil tørre op, hvis overskydende mad bruges som brændstof. Layne Murdoch / NBAE via Getty Images

Konkurrencen er snæver mellem majs og switchgras, som vil fungere som råstof til fremtidig ethanolproduktion. Fordi nogle områder, der dyrker majs, ikke kan dyrke switchgrass, og vice versa, har mange regioner en interesse i resultatet af den alternative brændstofdebat. Baseret på forskning i produktionsomkostninger, energiforhold og drivhusgasemissioner ser det ud til, at majsbaseret ethanol simpelthen ikke kan konkurrere med ethanol fremstillet af switchgrass.

Men selvom ethanol, der er fremstillet af de to afgrøder, ligner i mange henseender, gør processen, hvorved switchgrass omdannes til brændstof, det til det overlegne valg for mange forskere, politikere og aktivister. Produktion af majsethanol, for eksempel, bruger kun kornet (de ting, du spiser) til at fremstille ethanol. Resten kastes af - skønt ironisk nok kan afgrøderesten anvendes til cellulosethanolproduktion.

En anden fordel, som switchgrass har over majs, er den mængde og type jord, det kræver. I Iowa - en stat med jord bedre end gennemsnittet - var det gennemsnitlige afgrødeudbytte cirka 4,8 ton pr. Acre i 2005. Undersøgelsen fra North Dakota fra 2005, der blev nævnt før, viste et udbytte på omkring syv ton switchgrass pr. Acre. Og switchgrass kræver ikke den bedste jord for at vokse godt. Det kan dyrkes på jord, der ikke i øjeblikket bruges til afgrøder.

En rapport udarbejdet af Oak Ridge National Laboratory konkluderede, at brændstof til halvdelen af ​​køretøjer, der kører i USA i dag med ethanol, ville kræve 180 millioner acres jord for at dyrke switchgrass. Dette tegner sig for 40 procent af den jord, der allerede er brugt til landbrug i Amerika [kilde: U.S. Senate].

Men NCEP's Jason Grumet mener, at vi med "stadige, men ikke bemærkelsesværdige fremskridt" inden for forskning og udvikling kunne få den mængde jord, der er nødvendig for at producere så meget ethanol ned til 30 millioner acres på 20 til 30 år. Grumet nævner, at det handler om mængden af ​​areal i området Conservation Reserve Program (CRP), et føderalt program, der betaler landmænd for at afsætte jord som brak for at reducere miljøbelastningen af ​​landbrug [kilde: U.S. Senate].

Grumet er ikke den eneste person, der antyder, at switchgrass kunne dyrkes i marginalt land. Det er trods alt vist, at det forbedrer jorden, hvor den er plantet, og CRP-jord kunne drage fordel på samme tid, som råstof dyrkes til ethanolproduktion. Men ikke alle mener, at industriel switchgrass-produktion er den bedste anvendelse til CRP-land. Skeptikere hævder, at de fleste arealer, der er registreret i Conservation Reserve-programmet, er afsat, fordi jorden ikke producerer afgrøder af høj kvalitet. Hvis switchgrass bliver den næste brændstofkilde, og større virksomheder pumper store mængder penge ind i sin produktion, argumenterer disse kritikere for, at de samme virksomheder vil have det højest mulige udbytte. Dette kan bedst realiseres ved at bruge det bedste tilgængelige land. Hvilket betyder, at noget agerjord vil gå fra fødevareproduktion til energiproduktion.

Vi bruger en lille del af madafgrøder til brændstof i dag. Hvis vi kommer til at stole på biobrændstoffer som vores energikilde, kan energi og mad komme i direkte konkurrence om ressourcer, især jord.

Dette vedrører nogle, herunder Dr. Eric Holt-Gimenez, fra Institut for Fødevare- og Udviklingspolitik. Når brændstofpriserne stiger, gør også fødevarepriserne det på grund af de øgede omkostninger i produktion og transport. Holt-Gimenez hævder, at hvis fødevarer og energi konkurrerer om jord, kan fødevarepriserne have en gensidig effekt på energipriserne. Hvad mere er, siger han, at overskydende fødevareprogrammer til sultne lande kan tørre op, da overskydende mad kan bruges som biomasse til ethanol [kilde: Holt-Gimenez].

-

Der er også andre bekymringer omkring celluloseethanol. Nogle mener, at påstandene om dets potentiale er for rosenrøde, baseret på undersøgelser, der viser, at celluloseethanol ikke har energiforholdet, som andre undersøgelser hævder. Men disse undersøgelser er færre - og får langt mindre opmærksomhed - end dem, der demonstrerer switchgrass 'potentiale. Og hvis finansiering og den offentlige mening er indikatorer for fremskridt, ser det ud til, at switchgrass ethanol er et mål.

Hvis du vil have flere oplysninger om biobrændstoffer, energi og relaterede emner, skal du læse næste side.

Relaterede artikler

• Sådan fungerer biodiesel
• Sådan fungerer raffinering
• Sådan fungerer olieboring
• Kunne saltvand brændstof biler?
• Hvad er den strategiske petroleumsreserve?
• Er ethanolbrændstof virkelig bedre for miljøet end at holde sig til gas?
• E85 Ethanol Flex brændstofoversigt

Flere gode links

• Det amerikanske energiministerium
• Oil Trum Energy Forum
• Oak Ridge National Laboratory

Kilder

• Berdhal, John, et al. "Biomasseudbytte af forskellige switchgrass-kultivarer og eksperimentelle stammer i det vestlige North Dakota." Agronomy Journal. 15. april 2005. http://www.ars.usda.gov/research/publications/publications.htm? Seq_no_115 = 164799
• Bullis, Kevin. "Vil cellulosethanol starte?" Technology Review. 26. februar 2007. http://www.technologyreview.com/Energy/18227/
• Byrde, Dan. "Switchgrass-profil." Resource Center for landbrugsmarkedsføring. Juni 2005. http://www.agmrc.org/agmrc/templates/agmrcgenerictemplate.aspx? NRMODE = Udgivet & NRNODEGUID =% 7bF099CBB7-A693-4DFD-A0B6- E6D3CB969B96% 7d & NRORIGINALURL =% 2fagmrc% 2fcommodity% 2f biomasse% 2fswitchgrass% 2fswitchgrodpro #%
• Clark, Giles. "Planteprotein kan hjælpe biobrændstofproduktionen." Biobrændstofgennemgang. 30. april 2007. http://www.biofuelreview.com/index.php?option=com_content & task = view & id = 943
• English, Burton C., et al. "Estimerede økonomiske virkninger på landbrugssektoren og nationens økonomi med at forsyne råvare 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 energisikkerhed og olieafhængighed." U.S. Senatsudvalg for Udenrigsrelationer 16. maj 2006. http://www.energycommission.org/site/page.php?testimon=17
• Hirsch, Robert L., et al. "Højeste af verdens olieproduktion: Virkninger, afhjælpning og risikostyring." SAIC. http://www.projectcensored.org/newsflash/the_hirsch_report.pdf
• Holt-Gimenez, Eric PhD. "Biobrændstoffer - Myter om overgangen til agrobrændstoffer." Institut for fødevare- og udviklingspolitik. http://petroleum.berkeley.edu/patzek/BiofuelQA/Brazil/food_first _backgrounder.htm
• Lang, Susan S. "Cornell-økologens undersøgelse konstaterer, at det ikke er værd at producere ethanol og biodiesel fra majs og andre afgrøder." Cornell University. 5. juli 2005. http://www.news.cornell.edu/stories/July05/ethanol.toocostly.ssl.html
• Ratliff, Evan. "Planten, der redder Amerika: Kemien." Wired, s. 160-161. Oktober 2007.
• Wang, Michael Q. PhD. "Effekter af energi og drivhusgasemissioner af brændstofethanol." 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, sukkerrør og biler: Skatteincitamenter for alternative brændstoffer og køretøjer. "Den amerikanske senats komité for finansiering. 19. april 2007. http://www.energycommission.org/site/page.php?testimonium = 18
• "Miljøfordele." U.S. afd. For energi. 4. oktober 2007. http://www1.eere.energy.gov/biomass/environmental.html
• "Petroleumstrøm, 2006." Energiinformation Administration. http://www.eia.doe.gov/emeu/aer/pdf/pages/sec5_3.pdf
• "Switchgrass-forskning sigter mod at skabe ethanol til magtbiler til $ 1 pr. Gallon." Newswise. 4. december 2006. http://www.newswise.com/articles/view/525656/