In 2006 verbruikten de Verenigde Staten gemiddeld bijna 20,6 miljoen vaten aardolie per dag, het equivalent van meer dan 865 miljoen gallons olie [bron:Energy Information Administration]. Olie drijft uw auto aan tijdens een ritje naar de supermarkt. Het helpt de industrie zich te ontwikkelen en stimuleert 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 gefossiliseerde overblijfselen van oude zeeplanten en dieren. Het duurt minstens 10 miljoen jaar voordat gefossiliseerde overblijfselen ruwe olie worden, en mensen gebruiken olie veel sneller dan het wordt gemaakt. Uiteindelijk zal de olieproductie een piek 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 immers zo'n grote rol in de dagelijkse menselijke activiteit. Wat gebeurt er als de olie op is?
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 leiden tot opwarming van de aarde, moet de volgende brandstof ook schoon zijn. Het moet betaalbaar zijn en de economie helpen ondersteunen.
De volgende generatie brandstoffen moet snel arriveren om mensen te helpen over te stappen van aardolie. De wereld kan tenslotte niet een decennium of twee tot stilstand komen 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 opduikt 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 tientallen jaren zijn onderzoekers zich bewust van het potentieel ervan als brandstof. Maar het proces om ethanol goedkoop en efficiënt te produceren was tot nu toe ongrijpbaar, zeggen sommige wetenschappers.
Een snelgroeiend gras dat bekend staat als switchgrass kan worden gevonden in de Verenigde Staten, Canada, Midden- en Zuid-Amerika en delen van Afrika. En als het de belofte blijft tonen die het nu doet, kan het de komende 20 jaar zijn wat u gebruikt om uw auto van brandstof te voorzien. Dus hoe kan gras brandstof worden? Lees de volgende pagina om meer te weten te komen over de zonnige voorspelling voor switchgrass als antwoord op de dreigende energiecrisis.
Inhoud
Onderzoek naar bronnen voor biologische brandstoffen -- biobrandstoffen -- bevat alles van kippenvet tot houtsnippers. Maar het verwerken van de meeste levert een lage netto-energieverhouding op -- de hoeveelheid energie die elke eenheid uitstraalt, is niet veel meer dan de energie die in de productie wordt gestopt. De kosten waren ook een probleem:technieken voor het winnen van brandstoffen uit plantaardige en dierlijke hulpbronnen zijn momenteel duur, wat zou worden weerspiegeld in de brandstofpomp. Maar hoe meer onderzoekers de cijfers op switchgrass kraken, hoe meer het een goede kandidaat lijkt voor een alternatieve brandstofbron.
Switchgrass is een inheemse 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 drie jaar durend onderzoek in North Dakota, gepubliceerd in 2005, toonde aan dat sommige grassoorten, wanneer ze alleen gelaten worden, een gemiddelde opbrengst van meer dan zeven ton biomassa kunnen opleveren. -- het geoogste plantmateriaal -- per hectare, afhankelijk van neerslag en bodemtype [bron:U.S. Department of Agriculture].
Het gras is ook bestand tegen droogte en heeft weinig of geen kunstmest 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 minder energie-input, wat op zijn beurt minder kosten en minder uitstoot van broeikasgassen betekent. Bovendien zeggen voorstanders van switchgrass dat de 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 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 . wordt afgebroken -- de structuur die de celwanden in de plant vormt. Zodra de cellulose is afgebroken tot zijn basiscomponenten, wordt gist toegevoegd en wordt het gefermenteerd tot alcohol. Nadat het is geraffineerd, kan de geproduceerde ethanol als brandstof worden gebruikt.
Hoe meer cellulose beschikbaar is voor extractie uit een plant, hoe waardevoller deze wordt als bron van ethanol. En switchgrass heeft veel cellulose. Ongeveer 70 procent van de plant bestaat 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 dit de verwerking van ethanol zelfvoorzienend maken.
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 Michael Wang, onderzoeker van het Argonne National Laboratory, de energieverhouding voor switchgrass. Hij ontdekte dat elke eenheid energie die in de productie van cellulose-ethanol uit switchgrass werd gestopt, 10 keer de energie-output opleverde. Dit is veel hoger dan ethanol uit maïs. Daarentegen heeft benzine 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 mogelijk 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 alsof switchgrass als alternatieve brandstof alles heeft. Dus wat is de hold-up? Het raffinageproces lijkt eenvoudig en is dat relatief gezien ook. Maar het maken van ethanol uit switchgrass staat voor enkele uitdagingen. Lees de volgende pagina over de moeilijkheid bij het distilleren van ethanol uit switchgrass.
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 van de verschillende enzymen , afhankelijk van het soort plantmateriaal dat wordt gebruikt. Deze katalysatoren eten op complexe koolhydraten, zoals suikers, en verdrijven cellulose en koolstofdioxide als afval in het proces. Deze enzymen zijn duur, maar ongeveer 20 cent voor elke gallon gezuiverde ethanol [bron:Federal Trade Commission]. Bovendien vereist het fermentatieproces van cellulose met gist een ander enzym, wat de kosten verder opdrijft. In 2006 zei plantengeneticus Albert Kausch dat met de huidige teelt- en productiemethoden de kosten per gallon cellulose-ethanol $2,70 zouden bedragen. Dat is nog steeds goedkoper dan benzine, maar Kausch gelooft dat het kan worden teruggebracht tot ongeveer $ 1 per gallon [bron:Newswise]. Een van de manieren om deze drastische 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 petroleum dat wel kunnen. Dit betekent dat het met vrachtwagens moet worden vervoerd, wat zowel de productiekosten verhoogt als de energieverhouding verlaagt, aangezien grote tankwagens meer fossiele brandstoffen nodig hebben om de ethanol voor distributie te vervoeren.
Michael Wang van het Argonne National Laboratory vertelt HowStuffWorks dat de uitdaging om ethanol te distribueren gedeeltelijk kan worden overwonnen door railsystemen te gebruiken om het zo ver mogelijk te vervoeren. "Als je het in het Midwesten verfijnt en naar het Westen transporteert, is transport een probleem", zegt hij. "Je zou het spoor moeten gebruiken. Maar als het over korte afstanden wordt vervoerd, 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 Universiteit van Tennessee concludeerde dat de Verenigde Staten in totaal 153 miljoen ton droog gras en gewasresten zouden kunnen produceren. -- het spul dat overblijft na oogst en productie in de landbouw, 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 gallons hernieuwbare brandstof waar president George W. Bush tegen 2017 om vroeg in zijn 2006 Adres van de staat van de Unie.
Net als enzymonderzoek zou ook technologie deze hindernis kunnen overwinnen. Jason Grumet van de National Commission on Energy Policy (NCEP) stelt voor om switchgrass-soorten te ontwikkelen die de ton-per-acre-opbrengst 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 pompen geld in cellulose-ethanolfaciliteiten. 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 gaf 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 rekenen veel bedrijven op de regering van de Verenigde Staten om onderzoek en ontwikkeling te helpen bevorderen door investeringsgaranties en belastingvoordelen te bieden aan financiers die wedden op cellulosetechnologie.
Met de hoeveelheid geld die in cellulose-ethanolonderzoek stroomt en de mogelijkheid dat er meer op komst is -- om nog maar te zwijgen van het enthousiasme en de publieke steun -- is het moeilijk voor te stellen dat binnen slechts een paar decennia op switchgrass gebaseerde ethanol de onze autos. Maar switchgrass heeft ook zijn sceptici. Sommigen vinden dat het gras niet aan de verwachtingen voldoet, anderen vrezen voor de gevolgen als dat wel het geval is. Lees over biobrandstofsceptici op de volgende pagina.
De concurrentie tussen maïs en switchgrass, dat als grondstof zal dienen voor de toekomstige productie van ethanol, is hevig. Omdat in sommige gebieden waar maïs verbouwd wordt, geen switchgrass kan groeien, en vice versa, hebben veel regio's belang bij de uitkomst van het debat over alternatieve brandstoffen. Op basis van onderzoek naar productiekosten, energieverhoudingen en BKG-emissies, lijkt het erop dat ethanol op basis van maïs gewoon niet kan concurreren met ethanol gemaakt van switchgrass.
Maar hoewel ethanol gemaakt van de twee gewassen in veel opzichten vergelijkbaar is, maakt het proces waarmee switchgrass in brandstof wordt omgezet, 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 afgedankt - hoewel ironisch genoeg de oogstresten kunnen worden gebruikt voor 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 gewasopbrengst in 2005 ongeveer 4,8 ton per hectare. Het eerder genoemde North Dakota-onderzoek uit 2005 toonde een opbrengst aan van ongeveer zeven ton switchgrass per hectare. En switchgrass heeft niet de beste grond nodig om goed te groeien. Het kan worden verbouwd op land dat momenteel niet voor gewassen wordt gebruikt.
Een rapport van het Oak Ridge National Laboratory concludeerde dat het voor de helft van de voertuigen op de weg in de Verenigde Staten met ethanol 180 miljoen hectare land zou vergen 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 met "gestaagde maar onopvallende vooruitgang" in onderzoek en ontwikkeling, we de hoeveelheid land die nodig is om zoveel ethanol te produceren in 20 tot 30 jaar kunnen terugbrengen tot 30 miljoen acres. Grumet vermeldt dat dat ongeveer de hoeveelheid areaal is in het Conservation Reserve Program (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 persoon die suggereert dat switchgrass op marginaal land kan worden gekweekt. Het is immers aangetoond dat het de grond verbetert waarop het is geplant, en CRP-land zou hiervan kunnen profiteren terwijl tegelijkertijd grondstof wordt verbouwd voor de productie van ethanol. Maar niet iedereen gelooft dat de industriële productie van switchgrass de beste toepassing is voor CRP-land. Sceptici beweren dat het meeste land dat deelneemt aan het Conservation Reserve Program, wordt gereserveerd omdat de grond geen gewassen van hoge kwaliteit zal produceren. 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 gebruik te maken van de best beschikbare grond. Wat betekent dat een deel van het bouwland 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 te staan om hulpbronnen, met name land.
Dit betreft sommigen, waaronder Dr. Eric Holt-Gimenez, van het Instituut voor Voedsel- en Ontwikkelingsbeleid. Als de brandstofprijzen stijgen, stijgen ook de voedselprijzen, vanwege de hogere productie- en transportkosten. Holt-Gimenez stelt dat als voedsel en energie concurreren om land, de voedselprijzen een wederzijds effect kunnen hebben op de energieprijzen. Bovendien zegt hij dat programma's voor voedseloverschotten 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 zijn van mening 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 onderzoeken die het potentieel van switchgrass aantonen. En als financiering en publieke opinie indicatoren zijn voor vooruitgang, lijkt het erop dat switchgrass-ethanol een kans is.
Lees de volgende pagina voor veel meer informatie over biobrandstoffen, energie en aanverwante onderwerpen.
