V roce 2006 Spojené státy spotřebovaly v průměru téměř 20,6 milionů barelů ropy denně, což je ekvivalent více než 865 milionů galonů ropy [zdroj:Energy Information Administration]. Nafta pohání vaše auto na cestě do obchodu s potravinami. Pomáhá průmyslu rozvíjet se a podporuje technologický pokrok ve vědě a medicíně. Vytváří také ohromné množství bohatství:Globální ekonomika je z velké části založena na těžbě ropy, rafinaci, přepravě a distribuci.
Ale ropa je omezený zdroj, který se vyrábí z fosilizovaných zbytků starověkých mořských rostlin a živočichů. Než se z fosilních pozůstatků stane ropa, trvá to nejméně 10 milionů let a lidé ropu využívají mnohem rychleji, než vzniká. Produkce ropy nakonec dosáhne vrcholu a začne nám docházet. Někteří odhadují, že tento vrchol již nastal; jiní vidí, že se to odehrává v blízké budoucnosti. Ať tak či onak, většina lidí věří, že jsme uprostřed blížící se energetické krize. Koneckonců, ropa hraje tak velkou roli v každodenní lidské činnosti. Co se stane, když nám dojde ropa?
Energetický sektor utrácí miliardy na hledání alternativ k benzínu. Ale další zdroj energie musí dělat víc než jen zásobovat svět energií. S rostoucími obavami o skleníkové plyny (GHG) z fosilních paliv, které vedou ke globálnímu oteplování, musí být další palivo také čisté. Musí být cenově dostupné a musí pomáhat udržovat ekonomiku.
Nová generace paliv musí přijít rychle, aby pomohla lidem přejít od ropy. Koneckonců, svět se nemůže zastavit na desetiletí nebo dvě, než se vyvine a zavede další palivo.
To vše dohromady zní jako nemožný seznam požadavků na jakýkoli zdroj paliva. Proto je tak překvapivé, že po pouhých několika letech výzkumu se objevuje zdroj energie, který, jak se zdá, všechny tyto závazky splňuje.
Ethanol (ethylalkohol) je forma paliva odvozená z komplexních sacharidů v rostlinách. Po desetiletí si vědci uvědomovali jeho potenciál jako paliva. Ale proces výroby etanolu levně a efektivně byl nepolapitelný – až dosud, říkají někteří vědci.
Rychle rostoucí tráva známá jako switchgrass lze nalézt ve Spojených státech, Kanadě, Střední a Jižní Americe a částech Afriky. A pokud bude i nadále ukazovat ten druh příslibů, jako nyní, může to být to, co budete používat jako palivo pro své auto v příštích 20 letech. Jak se tedy tráva může stát palivem? Na další stránce se dozvíte o slunečné předpovědi pro proso jako odpověď na blížící se energetickou krizi.
Obsah
Výzkum zdrojů biologických paliv -- biopaliva -- obsahuje vše od kuřecího tuku po dřevěné štěpky. Ale zpracování většiny z nich vede k nízkému poměru čisté energie -- množství energie, kterou každá jednotka vydá, není o mnoho větší než energie vložená do její výroby. Problémem byly také náklady:Techniky získávání paliv z rostlinných a živočišných zdrojů jsou v současnosti drahé, což by se projevilo na palivovém čerpadle. Ale čím více výzkumníků skřípe čísla o prosanaté trávě, tím více to vypadá jako dobrý kandidát na alternativní zdroj paliva.
Switchgrass je původní vytrvalý druh v Americe. Rychle a snadno roste na pláních. Je to houževnatý, odolný druh - v některých případech je považován za invazivní. Tříletá studie v Severní Dakotě zveřejněná v roce 2005 ukázala, že když se některé odrůdy trávy ponechávají samotné, mohou produkovat průměrný výnos více než sedm tun biomasy -- sklizený rostlinný materiál -- na akr, v závislosti na srážkách a typu půdy [zdroj:Ministerstvo zemědělství USA].
Tráva je také odolná vůči suchu a vyžaduje málo, pokud vůbec nějaké, hnojivo. To znamená, že vyžaduje méně fosilních paliv vynaložených na výrobu. Traktory používané k rozmetání hnojiv a pohonu čerpadel, která zavlažují pole, vyžadují fosilní paliva. Méně zavlažování a méně hnojiv pak znamená nižší spotřebu energie, což zase znamená nižší náklady a méně emisí skleníkových plynů. A co víc, zastánci prosanaté trávy tvrdí, že palivo vyrobené z elektrárny by učinilo Spojené státy bezpečnějšími a nezávislejšími, protože by se mohlo pěstovat v Americe a ne dovážet z jiných zemí.
Palivo vyrobené z vstupní suroviny prosanatého -- surovinou používanou k výrobě destilovaného paliva -- je celulózový etanol . Toto alkoholové palivo vzniká chemickým procesem rozkladu celulózy -- struktura, která tvoří buněčné stěny v rostlině. Jakmile je celulóza rozložena na základní složky, přidají se kvasinky a fermentuje se na alkohol. Po jeho rafinaci lze vyrobený etanol použít jako palivo.
Čím více celulózy je k dispozici pro extrakci z rostliny, tím cennější se stává jako zdroj etanolu. A proso má hodně celulózy. Přibližně 70 procent rostliny se skládá z těchto komplexních sacharidů [zdroj:BioCycle]. Ještě lepší je lignin -- vedlejší produkt vzniklý při odstraňování vody z celulózy -- se ukázal jako slibný pro použití jako palivo pro pohon závodů na výrobu etanolu. Pokud lze využít lignin, mohlo by to učinit zpracování etanolu soběstačné.
Počínaje produkcí hnojiv používaných k pěstování trávy a konče přepravou pro distribuci etanolu, výzkumník z Argonne National Laboratory Michael Wang vypočítal energetický poměr pro proso. Zjistil, že každá jednotka energie vložená do výroby celulózového etanolu z prosanatého vytvořila 10krát vyšší energetický výdej. To je mnohem vyšší než u etanolu získaného z kukuřice. Naproti tomu benzin má energetický poměr 1 ku 0,81, což znamená, že jeho výroba vyžaduje více energie, než kolik vyprodukuje. Wang také zjistil, že ethanol prosa prosa může k výrobě vyžadovat o 70 procent méně fosilních paliv než benzin a etanol E85 – směs 85 procent etanolu a 15 procent benzínu – vypouští o 86 procent méně skleníkových plynů než benzín. [zdroj:Wang].
Zní to jako prosák jako alternativní palivo má všechno, co má. Takže jaké je zdržení? Proces rafinace se zdá jednoduchý a ve skutečnosti je, relativně vzato. Výroba etanolu z prosanatého však čelí určitým problémům. Přečtěte si další stránku o obtížích při destilaci etanolu z prosa prosa.
I když je s každou novou studií prosanatce jasnější, že rostlina může hrát důležitou roli v budoucí energetické úlevě, slovo „budoucnost“ je klíčové. V současnosti se proces extrakce celulózy z rostliny ukazuje jako obtížný a nákladný.
Celulóza získaná z rostlinného materiálu je produkována kterýmkoli z řady enzymů v závislosti na druhu použitého rostlinného materiálu. Tyto katalyzátory konzumují komplexní sacharidy, jako jsou cukry, a vylučují celulózu a oxid uhličitý jako odpad v procesu. Tyto enzymy jsou však drahé, přibližně 20 centů za každý galon čištěného etanolu [zdroj:Federal Trade Commission]. A co víc, proces fermentace celulózy s kvasinkami vyžaduje jiný enzym, což dále zvyšuje náklady. V roce 2006 rostlinný genetik Albert Kausch uvedl, že se současnými metodami kultivace a produkce by cena za galon celulózového etanolu byla 2,70 USD. To je stále levnější než benzín, ale Kausch věří, že by to mohlo být sníženo na přibližně 1 dolar za galon [zdroj:Newswise]. Jedním ze způsobů, jak dosáhnout tohoto dramatického snížení nákladů, je vyvinout levnější enzymy a najít jediný enzym, který dokáže rozkládat celulózu i fermentovat etanol.
Jedním z dalších problémů, se kterými se etanol potýká, je dostat ho z rafinerií na čerpací stanice. Etanol je vysoce korozivní a nemůže být přepravován potrubím jako ropa a ropa. To znamená, že musí být přepravován nákladními automobily, což zvyšuje výrobní náklady a snižuje energetický poměr, protože velké cisternové vozy vyžadují více fosilních paliv k přepravě etanolu k distribuci.
Michael Wang z Argonne National Laboratory říká HowStuffWorks, že problém distribuce etanolu by mohl být částečně překonán použitím železničních systémů, které by jej dopravily co nejdále. „Když to zušlechtíte na Středozápadě a dopravíte na Západ, doprava je problém,“ říká. "Museli byste použít železnici. Ale při přepravě na krátké vzdálenosti to nedělá velký rozdíl [k poměru čisté energie]."
Dalším problémem, kterému v současnosti čelí ethanol prosanatého, je množství půdy dostupné pro jeho pěstování. Analýza University of Tennessee dospěla k závěru, že Spojené státy by mohly vyprodukovat celkem 153 milionů suchých tun prosanatého a zbytků plodin -- látky, které zbyly po zemědělské sklizni a produkci, jako jsou stonky a semena -- ročně jako etanolová surovina. Jeho čísla ukazují, že by to vedlo k 5,3procentnímu snížení roční spotřeby benzínu ve Spojených státech – mnohem méně, než se očekávalo, a mnohem méně než 35 miliard galonů obnovitelných paliv, po kterých prezident George W. Bush požadoval do roku 2017 ve svém roce 2006. Adresa státu Unie.
Stejně jako výzkum enzymů by technologie mohla překonat i tuto překážku. Jason Grumet z Národní komise pro energetickou politiku (NCEP) navrhuje vyvinout druhy prosanatého, které by mohly zvýšit výnosy z tuny na akr, zvýšit efektivitu výroby etanolu o jednu třetinu a zdvojnásobit palivovou účinnost všech vozidel v Americe [zdroj:Senát USA].
Peníze na překonání těchto překážek rozhodně jsou. Jak energetické společnosti, tak konglomeráty pro výzkum plodin nalévají peníze do zařízení na výrobu celulózového etanolu. BP Amoco PLC poskytla University of California – Berkley a University of Illinois – Champaign dohromady 500 milionů dolarů na financování výzkumného zařízení. Společnost Chevron Corporation dala Kalifornské univerzitě – Davisovi 25 milionů dolarů a Georgia Institute of Technology 12 milionů dolarů. A Oak Ridge National Laboratory obdržela 125 milionů dolarů od Ministerstva energetiky USA na výzkum celulózového etanolu [zdroj:DeMonte]. Přesto mnoho společností očekává od vlády Spojených států, aby pomohla podpořit výzkum a vývoj poskytnutím investičních záruk a daňových úlev pro finančníky, kteří vsadili na celulózové technologie.
S množstvím peněz, které teče do výzkumu celulózového etanolu a možností, že se chystá další – nemluvě o nadšení a veřejné podpoře – je těžké si představit, že během několika desítek let bude etanol na bázi prosanaté trávy naplňovat naše auta. Ale proso má také své skeptiky. Někteří si myslí, že tráva nesplňuje očekávání, a jiní se obávají následků, pokud ano. Přečtěte si o skepticích biopaliv na další stránce.
Konkurence mezi kukuřicí a prosa prosa, která bude sloužit jako surovina pro budoucí výrobu etanolu, je těsná. Protože některé oblasti, kde se pěstuje kukuřice, nemohou pěstovat proso a naopak, mnoho regionů má na výsledku debaty o alternativních palivech vlastní zájem. Na základě výzkumu výrobních nákladů, energetických poměrů a emisí skleníkových plynů se zdá, že etanol na bázi kukuřice jednoduše nemůže konkurovat etanolu vyrobenému z prosa prosa.
Ale i když je etanol vyrobený z těchto dvou plodin v mnoha ohledech podobný, proces, kterým se prosa prosa (proso se mění na palivo), z něj činí vynikající volbu pro mnoho výzkumníků, politiků a aktivistů. Například výroba kukuřičného etanolu využívá k výrobě etanolu pouze obilí (materiál, který jíte). Zbytek se vyhodí – i když, ironicky, zbytky plodin lze použít při výrobě celulózového etanolu.
Další výhodou prosanatého oproti kukuřici je množství a typ půdy, které vyžaduje. V Iowě – ve státě s lepší než průměrnou půdou – byl průměrný výnos plodin v roce 2005 zhruba 4,8 tuny na akr. Studie ze Severní Dakoty z roku 2005, zmíněná výše, ukázala výnos kolem sedmi tun prosa prosa na hektar. A tobogán nevyžaduje tu nejlepší půdu, aby dobře rostl. Může být pěstován na půdě, která se v současné době nepoužívá pro plodiny.
Zpráva vypracovaná Oak Ridge National Laboratory dospěla k závěru, že k pohonu poloviny dnešních vozidel na silnicích ve Spojených státech etanolem by bylo zapotřebí 180 milionů akrů půdy k pěstování prosanatého. To představuje 40 procent půdy, která se již v Americe využívá pro zemědělství [zdroj:Senát USA].
Ale Jason Grumet z NCEP věří, že se „stálým, ale nepozoruhodným pokrokem“ ve výzkumu a vývoji bychom mohli během 20 až 30 let získat množství půdy potřebné k výrobě takového množství etanolu až na 30 milionů akrů. Grumet zmiňuje, že to je přibližně velikost výměry v Programu konzervačních rezerv (CRP), federální program, který platí zemědělcům za to, že nechávají půdu ladem, aby se snížil dopad zemědělství na životní prostředí [zdroj:Senát USA].
Grumet není jediným člověkem, který naznačuje, že prosa prosa může být pěstována v okrajových oblastech. Koneckonců, bylo prokázáno, že zlepšuje půdu, kde se pěstuje, a půda CRP by mohla těžit ve stejnou dobu, kdy se pěstuje surovina pro výrobu etanolu. Ale ne každý věří, že průmyslová produkce prosanaté trávy je nejlepším využitím pro CRP půdu. Skeptici tvrdí, že většina půdy zapsané do Programu ochrany přírody je vyčleněna, protože půda nebude produkovat vysoce kvalitní plodiny. Pokud se dalším zdrojem paliva stane prosák a velké společnosti pumpují velké množství peněz do jeho výroby, tito kritici tvrdí, že tytéž společnosti budou chtít co nejvyšší výnos. Toho by bylo nejlépe realizovat pomocí nejlepší dostupné půdy. Což znamená, že část orné půdy by přešla z výroby potravin na výrobu energie.
Dnes používáme malou část potravinářských plodin jako palivo. Pokud se začneme spoléhat na biopaliva jako na náš zdroj energie, energie a potraviny se mohou dostat do přímé soutěže o zdroje, konkrétně o půdu.
To se týká některých, včetně Dr. Erica Holta-Gimeneze z Institutu pro politiku potravin a rozvoje. Když rostou ceny pohonných hmot, zvyšují se také ceny potravin v důsledku zvýšených nákladů na výrobu a dopravu. Holt-Gimenez tvrdí, že pokud potraviny a energie soutěží o půdu, ceny potravin mohou mít reciproční vliv na ceny energií. A co víc, říká, že programy pro přebytky potravin pro hladové země mohou vyschnout, protože přebytečné potraviny by mohly být použity jako biomasa pro etanol [zdroj:Holt-Gimenez].
Existují i další obavy ohledně celulózového etanolu. Někteří se domnívají, že tvrzení o jeho potenciálu jsou příliš růžová, a to na základě studií, které prokazují, že celulózový etanol nemá energetický poměr podle jiných studií. Těchto studií je však méně – a dostává se jim mnohem menší pozornosti – než těch, které prokazují potenciál prosanatce. A pokud jsou indikátory pokroku financování a veřejné mínění, vypadá to, že etanol z prosanatého je na místě.
Pro mnoho dalších informací o biopalivech, energetice a souvisejících tématech si přečtěte další stránku.
