Grassoline Kunnen we auto's van brandstof voorzien met gras?

Een E85 Ethanol Hyundai wordt tentoongesteld op een autoshow. Bekijk meer foto's van voertuigen op alternatieve brandstof. Mark Renders / Getty Images

-

-In 2006 verbruikten de Verenigde Staten gemiddeld bijna 20,6 miljoen vaten petroleum per dag, het equivalent van meer dan 865 miljoen gallons o-il [bron: Energy Information Administration]. Olie drijft uw auto aan als u naar de supermarkt gaat. Het helpt de industrie bij het ontwikkelen en stimuleren van technologische vooruitgang in wetenschap en geneeskunde. Het creëert ook een enorme hoeveelheid rijkdom: de wereldeconomie is grotendeels gebaseerd op olieboringen, raffinage, transport en distributie.-

Maar olie is een eindige hulpbron die wordt geproduceerd uit de versteende overblijfselen van oude zeeplanten en -dieren. Het duurt minstens 10 miljoen jaar voordat versteende overblijfselen ruwe olie worden, en mensen gebruiken olie veel sneller dan het is gemaakt. Uiteindelijk zal de olieproductie een hoogtepunt bereiken en zullen we beginnen op te raken. Sommigen schatten dat deze piek al heeft plaatsgevonden; anderen zien het in de nabije toekomst plaatsvinden. Hoe dan ook, de meeste mensen geloven dat we ons midden in een dreigende energiecrisis bevinden. Aardolie speelt tenslotte zo'n grote rol in de dagelijkse menselijke activiteit. Wat gebeurt er als we geen olie meer hebben??

-

-De energiesector geeft miljarden uit aan de zoektocht naar alternatieven voor benzine. Maar de volgende energiebron moet meer doen dan alleen de wereld van stroom voorzien. Met toenemende bezorgdheid over broeikasgassen (BKG's) van fossiele brandstoffen die tot wereldwijde opwarming leiden, moet de volgende brandstof ook schoon zijn. Het moet betaalbaar zijn, en het moet de economie in stand houden.

De volgende generatie brandstoffen moet snel komen om mensen te helpen bij de overstap van aardolie. De wereld kan tenslotte niet stilstaan ​​gedurende een decennium of twee terwijl de volgende brandstof wordt ontwikkeld en geïmplementeerd.

Dit alles bij elkaar klinkt als een onmogelijke waslijst met eisen aan elke brandstofbron. Daarom is het zo verrassend dat er na slechts een paar jaar onderzoek een energiebron ontstaat die aan al deze verplichtingen lijkt te voldoen.

Ethanol (ethylalcohol) is een vorm van brandstof die wordt gewonnen uit de complexe koolhydraten in planten. Al decennia lang zijn onderzoekers zich bewust van het potentieel als brandstof. Maar het proces om goedkoop en efficiënt ethanol te produceren is ongrijpbaar - tot nu toe, zeggen sommige wetenschappers.

Een snelgroeiend gras dat bekend staat als switchgrass zijn te vinden in de Verenigde Staten, Canada, Midden- en Zuid-Amerika en delen van Afrika. En als het de belofte blijft die het nu doet, kan het zijn wat u de komende 20 jaar gebruikt om uw auto van brandstof te voorzien. Dus hoe kan gras brandstof worden? Lees de volgende pagina voor meer informatie over de zonnige voorspelling voor switchgrass als antwoord op de dreigende energiecrisis.

Inhoud

1. Switchgrass
2. Problemen en oplossingen van Switchgrass
3. Kritiek op biobrandstoffen

Onderzoeker David Bransby inspecteert Alamo-variëteit switchgrass op een testperceel van de University of Alabama. Met dank aan Warren Gretz / National Renewable Energy Laboratory

Onderzoek naar bronnen voor biologische brandstoffen -- biobrandstoffen -- omvat alles van kippenvet tot houtsnippers. Maar het verwerken van de meeste levert een dieptepunt op netto energieverhouding -- de hoeveelheid energie die elke eenheid afgeeft, is niet veel meer dan de energie die in de productie wordt gestoken. De kosten waren ook een probleem: technieken voor het winnen van brandstoffen uit plantaardige en dierlijke bronnen zijn momenteel duur, wat tot uiting zou komen bij de brandstofpomp. Maar hoe meer onderzoekers de cijfers over switchgrass kraken, hoe meer het eruitziet als een goede kandidaat voor een alternatieve brandstofbron.

Switchgrass is een levende overblijvende soort in Amerika. Het groeit snel en gemakkelijk op vlaktes. Het is een taaie, winterharde soort - in sommige gevallen wordt het als invasief beschouwd. Een driejarige studie in North Dakota, gepubliceerd in 2005, toonde aan dat sommige soorten gras, wanneer ze alleen gelaten worden, een gemiddelde opbrengst van meer dan zeven ton aan biomassa -- het geoogste plantmateriaal - per hectare, afhankelijk van de neerslag en het bodemtype [bron: U.S. Department of Agriculture].

-Het gras is ook bestand tegen droogte en heeft weinig of geen bemesting nodig. Dit betekent dat er minder fossiele brandstof nodig is voor de productie. Tractoren die worden gebruikt om kunstmest te verspreiden en de pompen van brandstof te voorzien die velden irrigeren, hebben fossiele brandstof nodig. Minder irrigatie en minder kunstmest betekent dus een lagere energie-input, wat op zijn beurt betekent minder kosten en minder uitstoot van broeikasgassen. Bovendien zeggen voorstanders van switchgrass dat brandstof die uit de fabriek wordt geproduceerd de Verenigde Staten veiliger en onafhankelijker zou maken, omdat het in Amerika zou kunnen worden verbouwd in plaats van geïmporteerd uit andere landen..

De brandstof die wordt geproduceerd uit switchgrass grondstof -- de grondstof die wordt gebruikt om een ​​gedistilleerde brandstof te produceren - is cellulose-ethanol. Deze alcoholische brandstof wordt gemaakt door een chemisch proces waarbij de cellulose -- de structuur waaruit de celwanden in de plant bestaan. Zodra de cellulose is afgebroken tot zijn basiscomponenten, wordt gist toegevoegd en wordt het gefermenteerd tot alcohol. Nadat het is verfijnd, kan de geproduceerde ethanol als brandstof worden gebruikt.

Hoe meer cellulose beschikbaar is voor extractie uit een plant, hoe waardevoller het wordt als bron van ethanol. En switchgrass heeft veel cellulose. Ongeveer 70 procent van de plant is samengesteld uit deze complexe koolhydraten [bron: BioCycle]. Nog beter, lignine -- een bijproduct dat ontstaat wanneer water uit cellulose wordt verwijderd - is veelbelovend gebleken voor gebruik als brandstof voor ethanolproductie-installaties. Als lignine kan worden benut, kan de ethanolverwerking zichzelf in stand houden.

Beginnend met de productie van kunstmest die wordt gebruikt om het gras te laten groeien en eindigend met transport voor de distributie van ethanol, berekende Argonne National Laboratory-onderzoeker Michael Wang de energieverhouding voor switchgrass. Hij ontdekte dat elke eenheid energie die in de productie van cellulose-ethanol uit switchgrass werd gestoken, tien keer zoveel energie produceerde. Dit is veel hoger dan ethanol uit maïs. Benzine heeft daarentegen een energieverhouding van 1 tot 0,81, wat betekent dat het meer energie nodig heeft om te produceren dan het oplevert. Wang ontdekte ook dat switchgrass-ethanol 70 procent minder fossiele brandstof nodig heeft om te produceren dan benzine en E85 ethanol -- een mengsel van 85 procent ethanol en 15 procent benzine - stoot 86 procent minder broeikasgassen uit dan benzine. [bron: Wang].

Het klinkt als switchgrass, want een alternatieve brandstof heeft alles in huis. Dus wat is de vertraging? Het verfijningsproces lijkt eenvoudig en is dat in feite relatief gezien. Maar het maken van ethanol uit switchgrass staat voor een aantal uitdagingen. Lees de volgende pagina over de moeilijkheid om ethanol uit switchgrass te destilleren.

E85-ethanol verschijnt bij meer benzinestations, zoals deze in Washington. D.C. De brandstof kan worden verkocht voor slechts $ 1 per gallon als onderzoekers het productieproces kunnen stroomlijnen. Chip Somodevilla / Getty Images

Hoewel het met de publicatie van elke nieuwe studie van switchgrass duidelijker wordt dat de plant een belangrijke rol kan spelen bij toekomstige energiehulp, is het woord "toekomst" de sleutel. Momenteel blijkt het proces om cellulose uit de plant te extraheren moeilijk en duur.

Cellulose afgeleid van plantaardig materiaal wordt geproduceerd door een verscheidenheid aan enzymen, afhankelijk van het soort plantmateriaal dat wordt gebruikt. Deze katalysatoren eten complexe koolhydraten, zoals suikers, en verdrijven cellulose en kooldioxide als afval in het proces. Deze enzymen zijn echter duur, ongeveer 20 cent voor elke liter gezuiverde ethanol [bron: Federal Trade Commission]. Bovendien vereist het fermentatieproces van cellulose met gist een ander enzym, wat de kosten verder verhoogt. In 2006 zei plantengeneticus Albert Kausch dat met de huidige teelt- en productiemethoden de kosten per gallon cellulose-ethanol $ 2,70 zouden zijn. Dat is nog steeds goedkoper dan gasoline, maar Kausch denkt dat het kan worden teruggebracht tot ongeveer $ 1 per gallon [bron: Newswise]. Een van de manieren om deze dramatische kostenverlaging te bereiken, is door goedkopere enzymen te ontwikkelen en een enkel enzym te vinden dat zowel cellulose kan afbreken als ethanol kan fermenteren..

Een van de andere problemen waarmee ethanol wordt geconfronteerd, is om het van raffinaderijen naar tankstations te krijgen. Ethanol is zeer corrosief en kan niet via pijpleidingen worden vervoerd zoals olie en aardolie dat wel kan. Dit betekent dat het moet worden vervoerd met vrachtwagens, wat zowel de productiekosten verhoogt als de energieverhouding verlaagt, aangezien grote tankwagens meer fossiele brandstoffen nodig hebben om de ethanol te vervoeren voor distributie..

Michael Wang van Argonne National Laboratory vertelt dat de uitdaging van het distribueren van ethanol gedeeltelijk kan worden overwonnen door railsystemen te gebruiken om het zo ver mogelijk te vervoeren. "Als je het verfijnt in het middenwesten en het naar het westen vervoert, is transport een probleem", zegt hij. "Je zou het spoor moeten gebruiken. Maar als je het over korte afstanden vervoert, maakt het niet veel uit [voor de netto energieverhouding]."

Het andere probleem waarmee Switchgrass-ethanol momenteel wordt geconfronteerd, is de hoeveelheid land die beschikbaar is voor de teelt ervan. Een analyse van de University of Tennessee concludeerde dat de Verenigde Staten in totaal 153 miljoen droge ton switchgrass en gewasresten -- het spul dat overblijft na het oogsten en produceren van landbouwproducten, zoals stengels en zaden - jaarlijks als grondstof voor ethanol. De cijfers laten zien dat dit zou resulteren in een vermindering van 5,3 procent van het jaarlijkse benzineverbruik in de Verenigde Staten - veel minder dan verwacht, en veel minder dan de 35 miljard liter hernieuwbare brandstof waar president George W.Bush tegen 2017 in zijn 2006 om had opgeroepen. Adres van de staat van de Unie.

Net als enzymonderzoek kan ook technologie deze hindernis overwinnen. Jason Grumet van de National Commission on Energy Policy (NCEP) stelt voor om soorten switchgrass te ontwikkelen die de opbrengst van ton per hectare kunnen verhogen, de efficiëntie van de ethanolproductie met een derde verhogen en de brandstofefficiëntie van alle voertuigen in Amerika verdubbelen [bron: Amerikaanse Senaat].

Het geld is er zeker om deze hindernissen te overwinnen. Zowel energiebedrijven als conglomeraten voor gewasonderzoek storten geld in faciliteiten voor cellulose-ethanol. BP Amoco PLC gaf de University of California - Berkley en de University of Illinois - Champaign samen $ 500 miljoen om een ​​onderzoeksfaciliteit te financieren. Chevron Corporation schonk de University of California - Davis $ 25 miljoen en het Georgia Institute of Technology $ 12 miljoen. En het Oak Ridge National Laboratory ontving $ 125 miljoen van het Amerikaanse ministerie van Energie voor onderzoek naar cellulose-ethanol [bron: DeMonte]. Toch vragen veel bedrijven de regering van de Verenigde Staten om onderzoek en ontwikkeling te stimuleren door investeringsgaranties en belastingvoordelen te bieden aan financiers die wedden op cellulosetechnologie..

- Met de hoeveelheid geld die in cellulose-ethanolonderzoek wordt gestort en de mogelijkheid dat er nog meer op komst is - om nog maar te zwijgen van het enthousiasme en de publieke steun - is het moeilijk voor te stellen dat binnen enkele decennia ethanol op basis van switchgrass zal worden gevuld. onze autos. Maar switchgrass heeft ook zijn sceptici. Sommigen denken dat het gras niet aan de verwachtingen voldoet, en anderen zijn bang voor de gevolgen als dat wel het geval is. Lees meer over biobrandstofsceptici op de volgende pagina.

Sceptici over biobrandstof zijn bezorgd dat de financiering voor voedselhulpprogramma's, zoals Feed the Children (hierboven), zal opdrogen als overtollig voedsel als brandstof wordt gebruikt. Layne Murdoch / NBAE via Getty Images

De concurrentie is krap tussen maïs en switchgrass, dat zal dienen als grondstof voor toekomstige ethanolproductie. Omdat sommige gebieden waar maïs wordt verbouwd, geen switchgrass kunnen verbouwen, en vice versa, hebben veel regio's een gevestigd belang bij de uitkomst van het debat over alternatieve brandstoffen. Op basis van onderzoek naar productiekosten, energieverhoudingen en broeikasgasemissies, blijkt dat ethanol op basis van maïs simpelweg niet kan concurreren met ethanol gemaakt van switchgrass..

Maar hoewel ethanol gemaakt van de twee gewassen in veel opzichten vergelijkbaar is, maakt het proces waarbij switchgrass wordt omgezet in brandstof, het de superieure keuze voor veel onderzoekers, politici en activisten. Bij de productie van maïs-ethanol wordt bijvoorbeeld alleen het graan (het spul dat je eet) gebruikt om ethanol te produceren. De rest wordt afgeworpen - hoewel, ironisch genoeg, de gewasresten kunnen worden gebruikt bij de productie van cellulose-ethanol.

Een ander voordeel dat switchgrass heeft ten opzichte van maïs, is de hoeveelheid en het type land dat het nodig heeft. In Iowa - een staat met een beter dan gemiddelde bodem - bedroeg de gemiddelde opbrengst in 2005 ongeveer 4,8 ton per acre. De eerder genoemde North Dakota-studie uit 2005 toonde een opbrengst van ongeveer zeven ton switchgrass per acre aan. En switchgrass heeft niet de beste grond nodig om goed te groeien. Het kan worden verbouwd op land dat momenteel niet wordt gebruikt voor gewassen.

Een rapport van het Oak Ridge National Laboratory concludeerde dat het tanken van de helft van de voertuigen op de weg in de Verenigde Staten met ethanol 180 miljoen hectare land nodig zou hebben om switchgrass te verbouwen. Dit is goed voor 40 procent van het land dat al in gebruik is voor landbouw in Amerika [bron: Amerikaanse Senaat].

Maar Jason Grumet van de NCEP is van mening dat we met "gestage maar onopvallende vooruitgang" in onderzoek en ontwikkeling de hoeveelheid land zouden kunnen krijgen die nodig is om in 20 tot 30 jaar zoveel ethanol te produceren tot 30 miljoen hectare. Grumet geeft aan dat dat ongeveer het areaal is in de Conservation Reserve-programma (CRP), een federaal programma dat boeren betaalt om land braak te leggen om de milieu-impact van de landbouw te verminderen [bron: Amerikaanse Senaat].

Grumet is niet de enige die suggereert dat switchgrass in marginaal land kan worden verbouwd. Het is tenslotte aangetoond dat het de grond verbetert waarop het is geplant, en CRP-land kan hiervan profiteren terwijl er tegelijkertijd grondstof wordt verbouwd voor de productie van ethanol. Maar niet iedereen gelooft dat industriële switchgrassproductie de beste manier is om CRP-land te gebruiken. Sceptici beweren dat het meeste land dat is opgenomen in het Conservation Reserve Program wordt gereserveerd omdat de bodem geen hoogwaardige gewassen oplevert. Als switchgrass de volgende brandstofbron wordt en grote bedrijven grote hoeveelheden geld in de productie pompen, beweren deze critici dat diezelfde bedrijven de hoogst mogelijke opbrengst willen. Dit kan het beste worden gerealiseerd door het beste beschikbare land te gebruiken. Wat betekent dat een deel van de landbouwgrond van voedselproductie naar energieproductie zou gaan.

We gebruiken tegenwoordig een klein deel van de voedselgewassen als brandstof. Als we gaan vertrouwen op biobrandstoffen als onze energiebron, kunnen energie en voedsel in directe concurrentie komen om hulpbronnen, met name land.

Dit betreft sommigen, waaronder dr. Eric Holt-Gimenez, van het Instituut voor Voedsel- en Ontwikkelingsbeleid. Wanneer brandstofprijzen stijgen, stijgen ook de voedselprijzen, vanwege de gestegen kosten in productie en transport. Holt-Gimenez stelt dat als voedsel en energie strijden om land, de voedselprijzen een wederzijds effect kunnen hebben op de energieprijzen. Bovendien zegt hij dat voedseloverschotprogramma's voor hongerige landen kunnen opdrogen, omdat overtollig voedsel kan worden gebruikt als biomassa voor ethanol [bron: Holt-Gimenez].

-

Er zijn ook andere zorgen over cellulose-ethanol. Sommigen geloven dat de beweringen over het potentieel ervan te rooskleurig zijn, gebaseerd op onderzoeken die aantonen dat cellulose-ethanol niet de energieverhouding heeft die andere onderzoeken beweren. Maar deze onderzoeken zijn minder in aantal - en krijgen veel minder aandacht - dan die welke het potentieel van switchgrass aantonen. En als financiering en publieke opinie indicatoren zijn voor vooruitgang, lijkt het erop dat switchgrass-ethanol klaar is.

Lees de volgende pagina voor veel meer informatie over biobrandstoffen, energie en aanverwante onderwerpen.

Gerelateerde artikelen

• Hoe Biodiesel werkt
• Hoe olieraffinage werkt
• Hoe olieboringen werken
• Kan auto's van brandstof voorzien met zout water?
• Wat is de Strategic Petroleum Reserve?
• Is ethanolbrandstof echt beter voor het milieu dan vasthouden aan gas?
• E85 Ethanol Flex Fuel Overzicht

Meer geweldige links

• Ministerie van Energie van de Verenigde Staten
• Het Oil Drum Energy Forum
• Oak Ridge National Laboratory

Bronnen

• Berdhal, John, et al. "Biomassaopbrengst van diverse switchgrass-cultivars en experimentele soorten in het westen van North Dakota." Agronomy Journal. 15 april 2005. http://www.ars.usda.gov/research/publications/publications.htm? Seq_no_115 = 164799
• Bullis, Kevin. 'Zal cellulose-ethanol een hoge vlucht nemen?' Technology recensie. 26 februari 2007. http://www.technologyreview.com/Energy/18227/
• Last, Dan. "Switchgrass profiel." Centrum voor agrarische marketing. Juni 2005. http://www.agmrc.org/agmrc/templates/agmrcgenerictemplate.aspx? NRMODE = Gepubliceerd & NRNODEGUID =% 7bF099CBB7-A693-4DFD-A0B6- E6D3CB969B96% 7d & NRORIGINALURL =% 2fagmrc% 2fcommodity% 2f biomassa% 2fswitchgrass% 2fswitchgrassEmuestprofile% 2fswitchgrassEmuestprofile% 2fswitchgrassEmuestprofile% 2fswitchgrassEmuestprofile% 2
• Clark, Giles. "Plantaardige eiwitten kunnen de productie van biobrandstoffen bevorderen." Biobrandstof recensie. 30 april 2007. http://www.biofuelreview.com/index.php?option=com_content & task = view & id = 943
• Engels, Burton C., et al. "Geschatte economische gevolgen voor de landbouwsector en de nationale economie voor de levering van grondstoffen aan een energiesector." Universiteit van Tennessee. 22 augustus 2007. http://www1.eere.energy.gov/biomass/biotech_symposium/docs/1a-24.doc
• Grumet, Jason. "Hoorzitting over energiezekerheid en olieafhankelijkheid." Amerikaanse Senaatscommissie voor buitenlandse betrekkingen. 16 mei 2006. http://www.energycommission.org/site/page.php?testimony=17
• Hirsch, Robert L., et al. "Piek in de wereldolieproductie: effecten, beperking en risicobeheer." SAIC. http://www.projectcensored.org/newsflash/the_hirsch_report.pdf
• Holt-Gimenez, Eric PhD. "Biobrandstoffen - Mythen over de overgang naar agrobrandstoffen." Instituut voor Voedsel- en Ontwikkelingsbeleid. http://petroleum.berkeley.edu/patzek/BiofuelQA/Brazil/food_first _backgrounder.htm
• Lang, Susan S. "Uit de studie van Cornell-ecoloog blijkt dat de productie van ethanol en biodiesel uit maïs en andere gewassen de energie niet waard is." Cornell universiteit. 5 juli 2005. http://www.news.cornell.edu/stories/July05/ethanol.toocostly.ssl.html
• Ratliff, Evan. "De plant die Amerika zal redden: de chemie." Bedraad, pp 160-161. Oktober 2007.
• Wang, Michael Q. PhD. "Energie en broeikasgasemissies Effecten van brandstof-ethanol." Argonne Nationaal Laboratorium. 23 augustus 2005. http://www.anl.gov/Media_Center/News/2005/NCGA_Ethanol_ Meeting_050823.ppt
• Woolsey, James R. Hoorzittingen over granen, suikerriet en auto's: belastingvoordelen voor alternatieve brandstoffen en voertuigen. "Amerikaanse Senaatscommissie voor Financiën. 19 april 2007. http://www.energycommission.org/site/page.php?testimony = 18
• "Voordelen voor het milieu." U.S. Dept. of Energy. 4 oktober 2007. http://www1.eere.energy.gov/biomass/environmental.html
• "Petroleum Flow, 2006." Energie-informatiebeheer. http://www.eia.doe.gov/emeu/aer/pdf/pages/sec5_3.pdf
• "Switchgrass-onderzoek heeft tot doel ethanol te maken voor het aandrijven van voertuigen tegen $ 1 per gallon." Newswise. 4 december 2006. http://www.newswise.com/articles/view/525656/