Лумбер'с мамац: Захваљујући физици, одрживо биогориво може расти у шуми

РОТОРУА, Нови Зеланд - Моје парче за Арсове уреднике су, за разлику од мојих чланака, кратке и тачне. "Ускоро идем на Нови Зеланд. Имају велику шумарску индустрију и постоји локални истраживачки институт који покушава претворити отпадно дрво у биогорива. Мислим да би то била одлична прича."

По мом мишљењу, његово прихватање је било једнако кратко: "Слатко као. Уживајте у путовању у земљу биохемије."

Данас, биогорива могу изазвати слике кукуруза или Приус за америчке читатеље, али домаћа индустрија је у посљедње вријеме била толико заинтересирана за политику као и за научне иновације. Док су истраживачи и научне организације тражили изворе зелене енергије у свему, од људског отпада до скромних алги, државне и федералне владе настављају да се заплету око тога колико би приоритет ове области требало да буде.

ИмисаоНови Зеланд би понудио неки контраст који је био хемијски оријентисан. Земља улаже много новца у извоз дрвне грађе, али тај профит углавном није из примарних шума. Напротив, Нови Зеланд покреће много брзо растућих егзотичних врста. У овој преради има много отпадног дрва, а тренутно је велики дио остатака остављен да труне, што доприноси укупним емисијама угљичног диоксида из шумарске индустрије у земљи.

Институт који сам требао посјетити, Сцион, има дугогодишњи истраживачки програм за претварање отпадног дрва у биогорива. Иако то не ублажава емисије у потпуности, бар ћете добити нешто корисно из процеса. А када је дрво у односу на биљке које се посебно узгајају за биогорива, не можете одабрати свој материјал и ускладити процес да би био ефикасан. Уместо тога, Сцион се суочава са јединственим изазовом: пронађите процес који ради за дрвну масу Новог Зеланда, а затим ћете пронаћи ефикасан ланац обраде. У поређењу са травама и кукурузом држава, чинило се да је то биогорива битка која се одвијала првенствено у лабораторији.

На крају сам открио да је цела моја премиса била погрешно вођена - биогорива на Новом Зеланду нису баш биохемија. Или бар нису само о биохемији. Током мог послеподнева у Сционовом иновативном парку, нашао сам се слушајући много економије и ... физике? Понекад једноставно не можеш побјећи од свог дневног посла, претпостављам. Но, испоставило се да физика може понудити увид у то како, дугорочно, биокемија биогорива може бити побољшана.

Чекај, зашто опет бринемо о кукурузу?

Ја сам испред себе, наравно. Зашто људи поново брину о биогоривима?

Највећи проблем са фосилним горивима није у томе што гориво ослобађа ЦО2. Не, проблем је што петља није затворена. Уместо тога, гориви циклус је затворен, али време између ЦО2 да вас ослободи ваш Форд Ф150 и ЦО2 појављивање као нафтни депозит је милионима година. У међувремену, равнотежна количина слободног ЦО2 је превисока за наше добро.

Идеалан циклус горива би претворио ЦО2 у гориво за само неколико година - или, барем, горива и других ствари. На крају, ослањање на дуга стабла за угљоводонике не зауставља се на бензин. Мазива и пластика су још два начина употребе који нам падају на памет, а постоје и друге - више петљи које треба затворити у блиској будућности.

Дакле, које су алтернативе? Стварање уља и горива директно из биљака је древна традиција међу људима. Може ли високотехнолошка верзија играти улогу у снабдијевању наших будућих енергетских потреба?

САД већ издвајају много кукуруза за производњу горива. Наравно, кукуруз је и храна, тако да се поставља друго питање: земљиште које се користи за гориво не може се користити за узгајање хране. Како светска популација воли своју свакодневну исхрану, то ствара одређену напетост. Ова напетост је већ довела до неких регулаторних мјера, а ЕУ је ограничила раст биогорива на земљишту које би иначе било кориштено за производњу хране.

Можете, наравно, одвојити јестиве дијелове биљке од нејестиве и користити их како бисте направили гориво - на тај начин нећете изгубити толико обрадивог земљишта за производњу горива. Нажалост, то не помаже много, јер је биљка која нам даје кукуруз заправо сировина за производњу биогорива ниског квалитета. Постоје и други усеви, као што су раскрснице, које нуде много већи принос горива по површини земље. Међутим, постоје и различити трошкови за животну средину. Травама ће можда требати много више воде него што се може одрживо опскрбити, на примјер.

Све то значи да је потрага за добрим културама биогорива и техникама прераде далеко од краја. И све то ме је довело на Сцион.

Добродошли у Сцион

Као што одговара истраживачком институту посвећеном свему дрвету, Сцион има велики и лијепи кампус, постављен на рубовима рекреативне шуме и активног геотермалног поља. Главна зграда је лијепа ствар дрвених облога, дрвене умјетности и маорске резбарије. Рецепционарка је поздравила мој долазак на типичан начин прилагођен кивију и брзо схватио да сам рано. (Не сат времена раније, био сам дана рано - радост јет лаг-а и опуштен став према мом плану.) Искористио сам изненађење свог домаћина да преспавам видео снимак о сигурности и извучем неку Ви-Фи везу како бих стигао на е-маил.

У старој канцеларији препуној папира, мој домаћин, др Паул Беннет, водио ме је кроз практичан приступ биогоривима. Бенет је био први који ме је обесхрабрио у идеји да ћу добити причу о биохемијским истраживањима. Ова иницијатива се заправо бави економијом. Биогорива и шумарство нису, открио сам, управо утакмица направљена на небу.

Сада, на површини, могли би бити. Шуме за садњу дрва и папира обично користе брзорастућа стабла и често се узгајају на земљишту које није погодно за друге облике пољопривреде: брдско-планинска земља, на пример. То је, по номиналној вриједности, уклања проблем конкурентности прехрамбеним културама, а ви добивате одржив извор горива из шумског отпада.

Копајте мало дубље и још увек изгледа ОК. У савременом шумарском погону постоји много отпадног дрвета. Иако су савремене пилане и фабрике за производњу целулозе и папира дизајниране да сваки део употребљивог дрвета претворе у производ, много отпада је неизбежно. Пилане сагоревају пиљевину за енергију, али паљење влажне и блатне пиљевине ефикасно није тако једноставно као паљење. Могло би бити ефикасније да се прво претвори у течно гориво.

Међутим, Беннетт је указао и на велики проблем: дрвеће које се бере за дрво расте дуго времена пре него што се пожање. Гориво, идеално, долази од брзог раста и жетве. И то је пре него што се размотри питање транспорта.

Нафта излази из бунара и може се транспортовати цевоводима. Лако је добити много сирове нафте са једне локације и доставити је на једну локацију, тако да можете изградити огромну рафинерију која дестилира, пукне, полимеризује и на други начин кува сирову нафту у огроман спектар органских хемикалија које могу бити испоручен за употребу или даљњу обраду. Скала је уграђена.

Сировине за биогориво се не превозе лако и тешко их је мјерити.

"Један од великих трошкова око биогорива је увијек цијена сировине", каже Беннетт. "Ви не желите да однесете ту сировину на велике удаљености, јер у суштини узимате много воде. Дакле, ако можете да урадите [прераду] близу места где узгајате материјал да га згуснете у енергетском смислу, то би могло бити бољи."

Материјал биљака се распростире на широком подручју и мора се убирати. Након жетве потребно га је довести на централну локацију за обраду. Која је размера најекономичнија за то? Једна велика рафинерија даје вам економију обима на крају прераде, али повећате губитке због транспорта; мање биљке би се могле састати негдје у средини.

Та тачка равнотеже у којој скала има смисла заиста зависи од природе усева и земље од које ћете жети. И обоје се могу мијењати овисно о повијесном кориштењу земљишта.

На америчком тржишту биогорива, на примјер, кукуруз је краљ, а економија претварања у биогориво је добро успостављена. Али вероватно неће тако остати. Она се такмичи са производњом хране по две тачке: расте на истој земљи као и усјеви хране, а свако зрно кукуруза које улази у реактор за биогориво је кернел уклоњен из потенцијалних уста. За наредне генерације биљака биогорива још није јасно како изгледа будућност - мала и дистрибуирана, велика и централизована, или негдје између.

Та економска стварност је оно што покреће истраживања. Очигледно, отпадно дрво из шумарства неће ићи далеко, али плантаже брже растућих шибљака могу пружити предност, јер се могу узгајати на великој густоћи са циклусом краћим од 10 година. И зато што би били сакупљени користећи нешто више од традиционалне шумарске опреме, они су још увијек прикладни за узгој на прилично стрмим пејзажима, чиме се избјегава конкуренција с храном.

Чини се, међутим, да је јасно да биогорива, ако се правилно обављају, могу снабдијевати локалне потребе за енергијом. У САД, коришћење отпадне пољопривредне и шумске биомасе могло би да задовољи више од 30% потреба за горивом за транспорт у САД. Сада знам да су батерије тренутно омиљене, али течна горива још увек имају већу густину енергије и још су боље прилагођена за напајање камиона, бродова и авиона.

Али чак и ако претпоставимо да ће основна економија бербе и транспорта на крају успети, ово путовање на Сцион ме је подсетило да и даље постоје проблеми са хемијом.