Pedeorelha | Grassoline Possiamo rifornire le auto con l'erba?

Paul Sparks
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Una Hyundai a etanolo E85 viene esposta in un salone dell'auto. Guarda altre foto di veicoli a carburante alternativo. Mark Renders / Getty Images

-Nel 2006, gli Stati Uniti hanno consumato una media di quasi 20,6 milioni di barili di petrolio al giorno, l'equivalente di oltre 865 milioni di galloni di petrolio [fonte: Energy Information Administration]. Il petrolio alimenta la tua auto durante un viaggio al supermercato. Aiuta l'industria a svilupparsi e promuove i progressi tecnologici nella scienza e nella medicina. Crea anche un'enorme quantità di ricchezza: l'economia globale si basa in gran parte sulla perforazione, raffinazione, trasporto e distribuzione del petrolio.-

Ma il petrolio è una risorsa limitata prodotta dai resti fossili di antiche piante e animali marini. Ci vogliono almeno 10 milioni di anni perché i resti fossili diventino petrolio greggio e le persone usano il petrolio molto più velocemente di quanto viene creato. Alla fine la produzione di petrolio raggiungerà il picco e inizieremo a esaurirsi. Alcuni stimano che questo picco si sia già verificato; altri lo vedono accadere nel prossimo futuro. In ogni caso, la maggior parte delle persone crede che siamo nel mezzo di un'imminente crisi energetica. Dopo tutto, il petrolio gioca un ruolo così importante nell'attività umana quotidiana. Cosa succede quando finiamo il petrolio?

-Il settore energetico spende miliardi nella ricerca di alternative alla benzina. Ma la prossima fonte di energia deve fare di più che fornire energia al mondo. Con le crescenti preoccupazioni sui gas serra (GHG) da combustibili fossili che portano al riscaldamento globale, anche il prossimo combustibile deve essere pulito. Deve essere accessibile e deve aiutare a sostenere l'economia.

La prossima generazione di combustibili deve arrivare rapidamente, per aiutare le persone a passare dal petrolio. Dopotutto, il mondo non può fermarsi per un decennio o due mentre il prossimo carburante viene sviluppato e implementato.

Tutto questo messo insieme suona come una lista impossibile di richieste su qualsiasi fonte di carburante. Ecco perché è così sorprendente che, dopo pochi anni di ricerca, stia emergendo una fonte di energia che sembra adempiere a tutti questi obblighi.

Etanolo (alcool etilico) è una forma di carburante derivato dai carboidrati complessi nelle piante. Per decenni, i ricercatori sono stati consapevoli del suo potenziale come carburante. Ma il processo per produrre etanolo in modo economico ed efficiente è stato elusivo, fino ad ora, dicono alcuni scienziati.

Un'erba a crescita rapida nota come panico verga può essere trovato negli Stati Uniti, Canada, America centrale e meridionale e parti dell'Africa. E, se continua a mostrare il tipo di promessa che fa ora, potrebbe essere ciò che utilizzerai per alimentare la tua auto nei prossimi 20 anni. Allora come può l'erba diventare carburante? Leggi la pagina successiva per scoprire le previsioni del sole per il panico verga come risposta all'imminente crisi energetica.

Contenuti

Switchgrass
Problemi e soluzioni di Switchgrass
Critica ai biocarburanti

Il ricercatore David Bransby ispeziona la varietà Alamo su un terreno di prova dell'Università dell'Alabama. Cortese concessione di Warren Gretz / National Renewable Energy Laboratory

Ricerca sulle fonti di combustibili biologici -- biocarburanti -- ha incluso di tutto, dal grasso di pollo ai trucioli di legno. Ma l'elaborazione della maggior parte di essi produce un minimo rapporto energetico netto -- la quantità di energia che ogni unità emette non è molto superiore all'energia messa nella sua produzione. Anche i costi sono stati un problema: le tecniche per estrarre combustibili dalle risorse vegetali e animali sono attualmente costose, il che si rifletterebbe sulla pompa del carburante. Ma più i ricercatori scrutano i numeri sul panico verga, più sembra un buon candidato per una fonte di carburante alternativa.

Il panico verga è una specie perenne viva nelle Americhe. Cresce rapidamente e facilmente in pianura. È una specie tenace e resistente, in alcuni casi è considerata invasiva. Uno studio triennale nel North Dakota pubblicato nel 2005 ha mostrato che, se lasciate sole, alcune varietà di erba possono produrre una resa media di oltre sette tonnellate di biomassa -- il materiale vegetale raccolto - per acro, a seconda delle precipitazioni e del tipo di terreno [fonte: Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti].

-L'erba è anche resistente alla siccità e richiede poco o nessun fertilizzante. Ciò significa che richiede meno combustibili fossili spesi per la produzione. I trattori utilizzati per spargere fertilizzanti e alimentare le pompe che irrigano i campi richiedono combustibili fossili. Meno irrigazione e meno fertilizzanti, quindi, significano un minore apporto di energia, che a sua volta significa meno costi e minori emissioni di gas serra. Inoltre, i sostenitori del panico verga affermano che il carburante prodotto dall'impianto renderebbe gli Stati Uniti più sicuri e indipendenti, dal momento che potrebbe essere coltivato in America piuttosto che importato da altre nazioni.

Il carburante prodotto dal panico verga materia prima -- la materia prima utilizzata per produrre un combustibile distillato - è etanolo cellulosico. Questo carburante alcolico viene creato da un processo chimico di abbattimento del cellulosa -- la struttura che costituisce le pareti cellulari della pianta. Una volta che la cellulosa è stata scomposta nei suoi componenti di base, viene aggiunto il lievito e viene fermentato in alcol. Dopo che è stato raffinato, l'etanolo prodotto può essere utilizzato come carburante.

Più cellulosa è disponibile per l'estrazione da una pianta, più diventa preziosa come fonte di etanolo. E il panico verga ha molta cellulosa. Circa il 70 per cento della pianta è composto da questi carboidrati complessi [fonte: BioCycle]. Anche meglio, lignina -- un sottoprodotto creato quando l'acqua viene eliminata dalla cellulosa - ha mostrato risultati promettenti per l'uso come combustibile per alimentare gli impianti di produzione di etanolo. Se la lignina può essere imbrigliata, ciò potrebbe rendere il trattamento dell'etanolo autosufficiente.

Cominciando con la produzione del fertilizzante utilizzato per coltivare l'erba e terminando con il trasporto per la distribuzione di etanolo, il ricercatore del Laboratorio Nazionale Argonne Michael Wang ha calcolato il rapporto energetico per il panico verga. Ha scoperto che ogni unità di energia immessa nella produzione di etanolo cellulosico dal panico verga creava 10 volte la produzione di energia. Questo è molto più alto dell'etanolo derivato dal mais. Al contrario, la benzina ha un rapporto energetico compreso tra 1 e 0,81, il che significa che per produrre è necessaria più energia di quanta ne produca. Wang ha anche scoperto che l'etanolo da panico verga può richiedere il 70% in meno di combustibile fossile per la produzione rispetto alla benzina e E85 etanolo -- una miscela dell'85% di etanolo e del 15% di benzina emette l'86% in meno di gas serra rispetto alla benzina. [fonte: Wang].

Sembra che il panico verga come carburante alternativo ha tutto quello che serve. Allora qual è il problema? Il processo di raffinazione sembra semplice, e in effetti lo è, relativamente parlando. Ma la produzione di etanolo da panico verga deve affrontare alcune sfide. Leggi la pagina successiva sulla difficoltà nel distillare l'etanolo dal panico verga.

L'etanolo E85 sta comparendo in più distributori di benzina, come questo a Washington. D.C. Il carburante può essere venduto per un minimo di $ 1 al gallone se i ricercatori possono semplificare il processo di produzione. Chip Somodevilla / Getty Images

Mentre sta diventando più chiaro con la pubblicazione di ogni nuovo studio sul panico verga che l'impianto potrebbe svolgere un ruolo importante nel futuro alleggerimento energetico, la parola "futuro" è fondamentale. Attualmente, il processo di estrazione della cellulosa dalla pianta si sta rivelando difficile e costoso.

La cellulosa derivata da materiale vegetale è prodotta da una varietà di enzimi, a seconda del tipo di materiale vegetale utilizzato. Questi catalizzatori consumano carboidrati complessi, come gli zuccheri, ed espellono la cellulosa e l'anidride carbonica come rifiuti nel processo. Questi enzimi sono costosi, tuttavia, circa 20 centesimi per ogni gallone di etanolo purificato [fonte: Federal Trade Commission]. Inoltre, il processo di fermentazione della cellulosa con lievito richiede un enzima diverso, aumentando ulteriormente i costi. Nel 2006, il genetista vegetale Albert Kausch ha affermato che con gli attuali metodi di coltivazione e produzione, il costo per gallone di etanolo cellulosico sarebbe di $ 2,70. È ancora più economico della benzina, ma Kausch crede che potrebbe essere ridotto a circa $ 1 per gallone [fonte: Newswise]. Uno dei modi per ottenere questa drastica riduzione dei costi è sviluppare enzimi più economici e trovare un singolo enzima in grado sia di abbattere la cellulosa che di fermentare l'etanolo.

Uno degli altri problemi che l'etanolo deve affrontare è portarlo dalle raffinerie alle stazioni di rifornimento. L'etanolo è altamente corrosivo e non può essere spedito tramite oleodotti come il petrolio e il petrolio. Ciò significa che deve essere trasportato su camion, il che aumenta i costi di produzione e abbassa il rapporto energetico, poiché le grandi autocisterne richiedono più combustibili fossili per trasportare l'etanolo per la distribuzione.

Michael Wang, dell'Argonne National Laboratory, afferma che la sfida della distribuzione di etanolo potrebbe, in parte, essere superata utilizzando sistemi ferroviari per trasportarlo il più lontano possibile. "Quando lo si raffina nel Midwest e lo si trasporta in Occidente, il trasporto è un problema", dice. "Dovresti usare la ferrovia. Ma quando la trasporti per brevi distanze, non fa molta differenza [per il rapporto energetico netto]."

L'altro problema che attualmente deve affrontare l'etanolo da panico verga è la quantità di terra disponibile per la sua coltivazione. Un'analisi dell'Università del Tennessee ha concluso che gli Stati Uniti potrebbero produrre un totale di 153 milioni di tonnellate secche di panico verga e residui colturali -- le cose che rimangono dopo la raccolta e la produzione agricola, come gambi e semi - ogni anno come materia prima di etanolo. Le sue cifre mostrano che ciò comporterebbe una riduzione del 5,3% del consumo annuo di benzina negli Stati Uniti, molto meno del previsto e molto meno dei 35 miliardi di galloni di combustibile rinnovabile che il presidente George W. Bush aveva chiesto entro il 2017 nel suo 2006. Discorso sullo stato dell'Unione.

Come la ricerca sugli enzimi, anche la tecnologia potrebbe superare questo ostacolo. Jason Grumet della National Commission on Energy Policy (NCEP) suggerisce di sviluppare ceppi di panico verga che potrebbero aumentare le rese di tonnellata per acro, aumentando di un terzo l'efficienza nella produzione di etanolo e raddoppiando l'efficienza del carburante di tutti i veicoli in America [fonte: Senato degli Stati Uniti].

I soldi sono sicuramente lì per superare questi ostacoli. Sia le società energetiche che i conglomerati di ricerca sulle colture stanno investendo denaro negli impianti di etanolo cellulosico. BP Amoco PLC ha donato all'Università della California - Berkley e all'Università dell'Illinois - Champaign un totale di 500 milioni di dollari per finanziare una struttura di ricerca. La Chevron Corporation ha donato all'Università della California - Davis $ 25 milioni e al Georgia Institute of Technology $ 12 milioni. E l'Oak Ridge National Laboratory ha ricevuto 125 milioni di dollari dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti per la ricerca sull'etanolo cellulosico [fonte: DeMonte]. Tuttavia, molte aziende stanno guardando al governo degli Stati Uniti per aiutare a promuovere la ricerca e lo sviluppo fornendo garanzie di investimento e agevolazioni fiscali per i finanziatori che scommettono sulla tecnologia cellulosica.

- Con la quantità di denaro riversata nella ricerca sull'etanolo cellulosico e la possibilità che ne sia in arrivo di più - per non parlare dell'entusiasmo e del sostegno pubblico - è difficile non immaginare che entro pochi decenni l'etanolo a base di panico verga si riempirà le nostre auto. Ma anche il panico verga ha i suoi scettici. Alcuni pensano che l'erba non sia all'altezza delle aspettative e altri temono le conseguenze se lo fa. Leggi gli scettici sui biocarburanti nella pagina successiva.

Gli scettici sui biocarburanti temono che i finanziamenti per i programmi di aiuto alimentare, come Feed the Children (sopra), si esauriranno se il cibo in eccesso viene utilizzato come carburante. Layne Murdoch / NBAE tramite Getty Images

La concorrenza è serrata tra mais e panico verga, che servirà da materia prima per la futura produzione di etanolo. Poiché alcune aree che coltivano mais non possono crescere panico verga, e viceversa, molte regioni hanno un interesse acquisito nei risultati del dibattito sui combustibili alternativi. Sulla base della ricerca sui costi di produzione, sui rapporti energetici e sulle emissioni di gas serra, sembra che l'etanolo a base di mais semplicemente non possa competere con l'etanolo prodotto da panico verga..

Ma mentre l'etanolo prodotto dalle due colture è simile sotto molti aspetti, il processo mediante il quale il panico verga viene trasformato in carburante lo rende la scelta migliore per molti ricercatori, politici e attivisti. La produzione di etanolo da mais, ad esempio, utilizza solo il grano (la roba che mangi) per produrre etanolo. Il resto viene gettato via, sebbene, ironia della sorte, il residuo del raccolto può essere utilizzato nella produzione di etanolo cellulosico.

Un altro vantaggio che il panico verga ha sul mais è la quantità e il tipo di terreno che richiede. In Iowa - uno stato con terreno superiore alla media - la resa media del raccolto è stata di circa 4,8 tonnellate per acro nel 2005. Lo studio del Nord Dakota del 2005, menzionato prima, ha mostrato una resa di circa sette tonnellate di panico verga per acro. E il panico verga non richiede il terreno migliore per crescere bene. Può essere coltivato su terreni attualmente non utilizzati per colture.

Un rapporto prodotto dall'Oak Ridge National Laboratory ha concluso che alimentare la metà dei veicoli sulla strada negli Stati Uniti oggi con etanolo richiederebbe 180 milioni di acri di terreno per crescere panico verga. Questo rappresenta il 40 per cento della terra già utilizzata per l'agricoltura in America [fonte: Senato degli Stati Uniti].

Ma Jason Grumet del NCEP ritiene che con "progressi costanti ma insignificanti" nella ricerca e nello sviluppo, potremmo ottenere la quantità di terra necessaria per produrre così tanto etanolo fino a 30 milioni di acri in 20-30 anni. Grumet afferma che si tratta della quantità di superficie coltivata nel Conservation Reserve Program (CRP), un programma federale che paga gli agricoltori per mettere da parte la terra a maggese per ridurre l'impatto ambientale dell'agricoltura [fonte: Senato degli Stati Uniti].

Grumet non è l'unica persona a suggerire che il panico verga potrebbe essere coltivato in terreni marginali. Dopotutto, è stato dimostrato che migliora il terreno in cui è piantato e il terreno CRP potrebbe trarne vantaggio nello stesso momento in cui vengono coltivate materie prime per la produzione di etanolo. Ma non tutti credono che la produzione industriale di panico verga sia il miglior uso per il terreno CRP. Gli scettici sostengono che la maggior parte della terra iscritta al Conservation Reserve Program viene messa da parte perché il suolo non produrrà raccolti di alta qualità. Se il panico verga diventa la prossima fonte di carburante e le grandi aziende pompano grandi quantità di denaro nella sua produzione, questi critici sostengono che queste stesse aziende vorranno il massimo rendimento possibile. Ciò sarebbe meglio realizzato utilizzando il miglior terreno disponibile. Il che significa che parte della terra arabile passerebbe dalla produzione alimentare alla produzione di energia.

Oggi usiamo una piccola parte delle colture alimentari per il carburante. Se arriviamo a fare affidamento sui biocarburanti come nostra fonte di energia, l'energia e il cibo potrebbero entrare in concorrenza diretta per le risorse, in particolare la terra.

Ciò riguarda alcuni, tra cui il Dr. Eric Holt-Gimenez, dell'Istituto per la politica alimentare e di sviluppo. Quando i prezzi del carburante aumentano, crescono anche i prezzi del cibo, a causa dell'aumento dei costi di produzione e trasporto. Holt-Gimenez sostiene che se cibo ed energia competono per la terra, i prezzi del cibo potrebbero avere un effetto reciproco sui prezzi dell'energia. Inoltre, afferma che i programmi di eccedenza alimentare per i paesi affamati potrebbero esaurirsi poiché il cibo in eccesso potrebbe essere utilizzato come biomassa per l'etanolo [fonte: Holt-Gimenez].

Ci sono anche altre preoccupazioni riguardo all'etanolo cellulosico. Alcuni ritengono che le affermazioni sul suo potenziale siano troppo rosee, sulla base di studi che dimostrano che l'etanolo cellulosico non ha il rapporto energetico che altri studi sostengono. Ma questi studi sono meno numerosi - e ricevono molta meno attenzione - di quelli che dimostrano il potenziale di panico verga. E se i finanziamenti e l'opinione pubblica sono indicatori di progresso, sembra che l'etanolo panico sia una scelta.

Per molte altre informazioni su biocarburanti, energia e argomenti correlati, leggi la pagina successiva.

Altri ottimi link

Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti
The Oil Drum Energy Forum
Laboratorio nazionale di Oak Ridge

fonti

Berdhal, John, et al. "Resa di biomassa di diverse cultivar di panico verga e ceppi sperimentali nel Nord Dakota occidentale". Giornale di agronomia. 15 aprile 2005. http://www.ars.usda.gov/research/publications/publications.htm? Seq_no_115 = 164799
Bullis, Kevin. "L'etanolo cellulosico decollerà?" Revisione della tecnologia. 26 febbraio 2007. http://www.technologyreview.com/Energy/18227/
Fardello, Dan. "Profilo di Switchgrass." Centro risorse per il marketing agricolo. Giugno 2005. http://www.agmrc.org/agmrc/templates/agmrcgenerictemplate.aspx? NRMODE = Published & NRNODEGUID =% 7bF099CBB7-A693-4DFD-A0B6- E6D3CB969B96% 7d & NRORIGINALURL =% 2fagmrc% 2fcommodity% 2f biomass% 2fswitchgrass% 2fswitchHEgrassHprofile% 2fswitchHErassHmodify%
Clark, Giles. "Le proteine vegetali possono aiutare la produzione di biocarburanti". Revisione dei biocarburanti. 30 aprile 2007. http://www.biofuelreview.com/index.php?option=com_content & task = view & id = 943
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Grumet, Jason. "Audizione sulla sicurezza energetica e la dipendenza dal petrolio". Commissione per le relazioni estere del Senato degli Stati Uniti. 16 maggio 2006. http://www.energycommission.org/site/page.php?testimony=17
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Holt-Gimenez, Eric PhD. "Biocarburanti - Miti della transizione agro-carburanti". Istituto per la politica alimentare e di sviluppo. http://petroleum.berkeley.edu/patzek/BiofuelQA/Brazil/food_first _backgrounder.htm
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Ratliff, Evan. "La pianta che salverà l'America: la chimica". Wired, pagg. 160-161. Ottobre 2007.
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Woolsey, James R. Audizioni su cereali, canna da zucchero e automobili: incentivi fiscali per carburanti e veicoli alternativi. "Commissione delle finanze del Senato degli Stati Uniti. 19 aprile 2007. http://www.energycommission.org/site/page.php?testimony = 18
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"La ricerca di Switchgrass mira a creare etanolo per alimentare i veicoli a $ 1 per gallone." Newswise. 4 dicembre 2006. http://www.newswise.com/articles/view/525656/

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