Biodegvielas cena

Neracionālā pārpilnība par etanolu, kas pēdējos gados pārņēma Amerikas kukurūzas joslu, ir devusi vietu drūmām paģirām, jo ​​īpaši starp tiem, kuri ieguldīja lielus ieguldījumus plašajās ražošanas iekārtās, kas tagad ieskauj lauku ainavu. Tā ir tehnoloģiju burbuļa Midwest versija, un dažos veidos tas ir ļoti pazīstams: pārlieku alkatīgi investori, kuri ir sajūsmā par tehnoloģiju šķietami neierobežoto potenciālu, ignorē to, kas, vismaz retrospektīvi, ir acīmredzama ekonomiskā realitāte.

Vairāk nekā simts biodegvielas rūpnīcu, kas galvenokārt ir sagrupētas kukurūzas audzēšanas štatos Aiovas, Minesotas, Ilinoisas, Indiānas, Dienviddakotas un Nebraskas štatos, šogad saražos 6,4 miljardus galonu etanola, un tiek būvētas vēl 74 iekārtas. Tikai pirms 18 mēnešiem tās bija naudas govis, kas no zemas cenas kukurūzas kulināja dārgu etanolu, vairoja politiķu cerības uz enerģētisko neatkarību un piesaistīja gan austrumu, gan rietumu piekrastes riska kapitālistu uzmanību un naudu.

Tagad etanola ražotājiem ir grūtības, un daudzi zaudē naudu. Kukurūzas bušeļa cena gada laikā pieauga līdz rekordaugstam līmenim, pagājušajā ziemā pārsniedzot 4,00 USD, bet pēc tam vasarā nokritās līdz aptuveni USD 3,50, bet pēc tam šoruden atkal pieauga līdz gandrīz USD 4,00. Tajā pašā laikā etanola cenas strauji kritās, jo alternatīvās degvielas tirgus, ko joprojām izmanto galvenokārt kā benzīna piedevu, kļuva piesātināts. Ņemot vērā šīs divas tendences, peļņas normas izzuda.

Etanola tirgus sabrukums atspoguļo paredzamo jebkuras preces uzplaukuma un krituma ciklu: augstās cenas veicina ražošanas pieaugumu, un drīz tirgū tiek nodrošināts pārprodukcija, izraisot cenu kritumu. Taču liela mēroga no kukurūzas iegūta etanola kā transporta degvielas izmantošanai ir savas ekonomiskās problēmas. Lai gan jēlnaftas cenas ir gandrīz rekordaugstas un uzņēmumi, kas savā benzīnā izmanto etanolu, saņem federālo nodokļu atlaidi 51 centa apmērā par galonu, etanolam ir grūti konkurēt ekonomiski. Tā kā biodegvielas izplatīšanai un pārdošanai ir ierobežota infrastruktūra, pieprasījums tuvākajā nākotnē būs nenoteikts.

Lai iegūtu vairāk informācijas, lasiet Tehnoloģiju apskats īpašais ziņojums par biodegvielu .

Satraucošāks ir tas, ka etanola ražošanas uzplaukums paaugstina pārtikas cenas. No rekordlielajiem 93 miljoniem hektāru kukurūzas, kas iesēta ASV 2007. gadā, aptuveni 20 procenti tika izmantoti etanolam. Tā kā lielākā daļa pārējā tiek izmantota dzīvnieku barošanai, kukurūzas sadārdzināšanās ietekmē liellopu gaļas, piena, mājputnu un cūkgaļas cenas. Starptautiskā Ekonomiskās sadarbības un attīstības organizācija (OECD) nesen brīdināja, ka biodegvielas nozares straujā izaugsme var izraisīt fundamentālas pārmaiņas lauksaimniecības tirgos visā pasaulē un pat izraisīt pārtikas trūkumu.

Tas viss notiek laikā, kad steidzami kļūst vajadzība pēc alternatīvām no naftas ražotām transporta degvielām. Preses laikā jēlnaftas cena bija tuvu 90 USD par barelu. Un padziļinās bažas par siltumnīcefekta gāzu emisiju ietekmi, ko rada aptuveni 142 miljardi galonu benzīna, ko katru gadu izmanto Amerikas Savienotajās Valstīs. Paplašināta biodegvielas izmantošana ir galvenā federālās valdības ilgtermiņa enerģētikas stratēģijas sastāvdaļa. Savā runā par stāvokli Savienībā 2007. gada 23. janvārī prezidents Bušs izvirzīja mērķi līdz 2017. gadam saražot 35 miljardus galonu atjaunojamās un alternatīvās degvielas, pamatojot to ar nepieciešamību pēc neatkarības no ārvalstu naftas. ASV Enerģētikas departaments ir izvirzījis līdzīgu mērķi līdz 2030. gadam aizstāt 30 procentus no benzīna izmantošanas ar biodegvielu.

Multivide

• Uzplaukums vai krīze? (PDF: biodegvielas ekonomikas diagrammas un grafiki)

• Skatiet attēlus ar augstu olbaltumvielu saturu graudiem un ogļūdeņražu ražošanu.

• Minesotas Universitātes pētnieki pēta biodegvielas nākotni.

• C. Ford Runge skaidro kukurūzas etanola problēmas.

• Riska kapitālists Vinod Khosla sīki izklāsta alternatīvo enerģiju tirgus potenciālu.

Tomēr, lai sasniegtu abus mērķus, būs nepieciešami ievērojami tehnoloģiski sasniegumi. Amerikas Savienotajās Valstīs pagaidām etanols nozīmē no kukurūzas iegūto versiju. (Paredzēts, ka Brazīlijas ražotāji 2007. gadā saražos 4,97 miljardus galonu etanola, galvenokārt no cukurniedrēm; bet šī pustropiskā kultūra ir lauksaimnieciski dzīvotspējīga tikai dažās ASV daļās.) Pat kukurūzas etanola atbalstītāji apgalvo, ka tā ražošanas līmenis nevar būt pārāk augsts. lielāks par aptuveni 15 miljardiem galonu gadā, kas krietni atpaliek no Buša mērķa.

Lai gan prezidents Bušs un citi biodegvielas aizstāvji bieži ir aicinājuši ražot etanolu no alternatīvām izejvielām, piemēram, sārta zāliena (switchgrass) — augu izcelsmes ASV prēriju štatos, kur tas plaši aug, — saskaņā ar lielāko aplēsēm nepieciešamā tehnoloģija ir vismaz četras. līdz pieciem gadiem no komerciālās dzīvotspējas. Tikmēr uzlabotas bioloģiskās metodes jaunu organismu radīšanai, kas ražo citas biodegvielas, piemēram, ogļūdeņražus, joprojām atrodas laboratorijā. Pagaidām pētnieki ražo daudzumus, kas pat nepiepildītu liela SUV tvertni.

Kukurūzas etanola ekonomiskās problēmas un tirgus ierobežojumi ir sāpīgs atgādinājums par milzīgajām grūtībām, ar kurām saskaras jaunu biodegvielu izstrādātāji. Būtība ir tāda, ka jums būs jāpadara lēta degviela, saka Frānsisa Arnolda, Caltech ķīmijas inženierijas un bioķīmijas profesore. Mēs visi varam kaut ko nedaudz izveidot. Bet jums no tā ir jāsagatavo daudz, un jums tas ir jāsagatavo lēti. Problēma ir tik milzīga, ka jūsu tehnoloģijai ir jāpalielina mērogs un tas jādara par konkurētspējīgu cenu. Visi konkurēs tikai par cenu.

Kukurūzas pūtīte
Iespējams, ka nav labākas vietas, lai iegūtu reālistisku biodegvielu novērtējumu, kā Minesotas Universitātes Lietišķās ekonomikas departaments. Lielā pilsētiņa, kurā atrodas katedra un pārējā universitātes lauksaimniecības skola, atrodas zemā kalnā klusā Sentpolas apkaimē. Akriem lauki, kuros tiek veikti eksperimenti, izplatījās no universitātes malas. Netālu atrodas Minesotas štata gadatirgus, 12 dienu pasākums, kas vasaras beigās pulcē vairāk nekā pusotru miljonu apmeklētāju.

Štats ir ceturtais lielākais kukurūzas ražotājs ASV, un liela daļa tās ekonomikas, pat tās kultūra, ir cieši saistīta ar ražu. Kukurūzas cenu kāpums ir bijis labvēlīgs Minesotas lauku lauksaimniecības kopienām. Un gubernators un citi valsts politiķi ir stingri uzstājuši uz etanola izmantošanu kā transporta degvielu. Tomēr vienkāršajā ķieģeļu ēkā, kurā atrodas nodaļa, jūs neatradīsiet daudz karsējmeiteņu par kukurūzas etanolu.

Vernons Eidmans, emeritētais lauksaimniecības ekonomikas profesors, savā sakārtotajā birojā ar glītajām tehnisko dokumentu kaudzēm un saimniecības atskaitēm apvieno zinātnieka autoritāti ar Vidusrietumu baņķiera stingrību. Mēs to varētu redzēt, viņš saka, aprakstot pašreizējo etanola ražotāju tirgus stāvokli. Nav tā, ka [producenti] nezināja, ka tas notiks. Vismaz viņiem tas bija jāzina. 2006. gadā viņi guva tādu peļņu, kāda viņiem nekad agrāk nebija, saka Eidmens. Un tas ir galvenais faktors, kas izraisīja šo milzīgo pieaugumu.

Skaitļi runā paši par sevi. Eidmana aprēķini parāda, cik maksā jauna, vidēja izmēra iekārta etanola ražošanai, ņemot vērā mainīgās kukurūzas cenas. 4,00 USD par kukurūzas bušeli, etanola ražošana maksā 1,70 USD par galonu; lai iegūtu 12 procentu peļņu no pašu kapitāla, ražotājiem ir jāpārdod etanols par 1,83 USD par galonu. Pēc tam Eidmens parāda savus skaitļus par cenām, ko maksā naftas kompānijas, pērkot etanolu, ko sajaukt ar benzīnu: šī gada decembrī cenas bija aptuveni 1,90 USD par galonu, un 2008. gada piedāvājumi svārstās no 1,75 USD līdz 1,80 USD par galonu. Citiem vārdiem sakot, etanola ražotāju peļņas normas ir ārkārtīgi zemas. Lai situāciju pasliktinātu, Eidmens saka, ka ražošanas jauda, ​​kas 2007. gada sākumā bija aptuveni 5,4 miljardi galonu, līdz 2010. gadam sasniegs 12,5 miljardus galonu.

Lai gan pieaugošā etanola ražošana ir radījusi bažas par pārprodukciju, tirgus vienādojuma otra puse patiesībā rada lielākas bažas: nākotnes pieprasījums pēc etanola degvielas nekādā ziņā nav skaidrs. Dažās valsts daļās, jo īpaši kukurūzas lentes štatos, autovadītāji var iegādāties degvielu, kas satur 85 procentus etanola. Bet lielākoties naftas uzņēmumi izmanto etanolu 10 procentu koncentrācijā, lai palielinātu skābekļa saturu benzīnā. Šāds tirgus ir ne tikai ierobežots, bet arī 10 procentu etanola maisījums nodrošina nedaudz mazāku gāzes nobraukumu, potenciāli mazinot patērētāju apetīti pēc degvielas.

Lauksaimniecības ekspertus uztrauc ne tikai etanola īstermiņa ekonomika. Viņi arī brīdina, ka no kukurūzas iegūtais etanols nav zaļā degviela, ko tā aizstāvji ir aprakstījuši. Tas ir tāpēc, ka etanola pagatavošana prasa daudz enerģijas gan kukurūzas audzēšanai, gan, vēl svarīgāk, fermentācijas iekārtu darbināšanai, kas pārvērš no kukurūzas graudiem iegūto cukuru spirtā, ko izmanto kā degvielu. Par to, cik daudz enerģijas tas prasa, pēdējos gados ir notikušas intensīvas akadēmiskas diskusijas dažādos žurnālos.

Saskaņā ar Minesotas pētnieku aprēķiniem, 54 procentus no kopējās enerģijas, ko veido galons etanola, kompensē enerģija, kas nepieciešama degvielas apstrādei; vēl 24 procentus kompensē kukurūzas audzēšanai nepieciešamā enerģija. Lai gan no biodegvielas tiek izspiests par aptuveni 25 procentiem vairāk enerģijas, nekā tiek izmantots tās ražošanai, citas degvielas dod daudz lielāku peļņu, saka Stīvens Polaskis, Minesotas ekoloģiskās un vides ekonomikas profesors. Viņš saka, ka etanola pagatavošana nav lēts process. Manā skatījumā lielākā problēma [ar kukurūzas etanolu] ir tikai tiešā ekonomika un izmaksas. Enerģijas ievade/izvade nav pārāk laba.

Etanola ražošanas augstās enerģijas prasības nozīmē, ka etanola kā degvielas izmantošana videi nav tik daudz labāka nekā benzīna izmantošana. Varētu domāt, ka, sadedzinot biodegvielu, izdalītos tikai oglekļa dioksīds, ko kukurūza uztver augot. Taču šis vienkāršotais attēls, kas bieži tika radīts, lai atbalstītu etanola degvielas izmantošanu, neiztur rūpīgāku pārbaudi.

Faktiski, Polasky saka, fosilais kurināmais, kas nepieciešams, lai audzētu un novāktu kukurūzu un ražotu etanolu, rada ievērojamas oglekļa emisijas. Ne tikai tas, bet arī kukurūzas audzēšana rada arī divas citas spēcīgas siltumnīcefekta gāzes: slāpekļa oksīdu un metānu. Polasky aprēķina, ka no kukurūzas iegūtais etanols rada siltumnīcefekta gāzu emisijas, kas ir par aptuveni 15 līdz 20 procentiem mazākas par benzīna emisijām: Rezultāts ir tāds, ka jūs saņemat nelielu ietaupījumu siltumnīcefekta gāzu emisiju ziņā, bet ne daudz.

Ja no kukurūzas iegūtais etanols ir maz ietekmējis enerģijas tirgus un siltumnīcefekta gāzu emisijas, tā ražošanai varētu būt ietekme uz lauksaimniecības tirgiem. Aug ne tikai kukurūzas cenas, bet arī sojas pupu cenas, jo lauksaimnieki iesēja mazāk sojas pupu, lai atbrīvotu vietu kukurūzai.

2007. gada maija/jūnija numurā Ārlietas , C. Fords Runge, lietišķās ekonomikas un tiesību profesors Minesotā, uzrakstīja rakstu Kā biodegvielas varētu badoties nabagos, kurā tika apgalvots, ka milzīgais kukurūzas apjoms, kas nepieciešams etanola rūpniecībai, sūta triecienviļņus caur pārtikas sistēmu. Pēc sešiem mēnešiem, sēžot lielā birojā, no kura viņš vada universitātes Starptautiskās pārtikas un lauksaimniecības politikas centru, Runge šķiet apmulsis par kritiku, ko viņa raksts saņēma no vietējiem politiķiem un etanola biznesa pārstāvjiem. Taču viņš ir nelokāms savā argumentācijā: ir skaidrs, ka piena cenas, maizes cenas pieaug trīs reizes vairāk nekā pēdējo 10 gadu vidējais pieauguma temps. Tas ir jūtami, un to sāk novērtēt.

Nesenais OECD ziņojums, kas tika publicēts septembra sākumā, ir tikai pēdējais apstiprinājums viņa brīdinājumiem, saka Runge. Un tā kā lielāka daļa no viņu ienākumiem tiek novirzīta pārtikai, viņš saka, tas patiešām skars nabadzīgos cilvēkus. Tā kā Amerikas Savienotās Valstis eksportē apmēram 20 procentus no tās kukurūzas, pārējās pasaules nabadzīgie ir īpaši apdraudēti. Runge norāda uz tortilju cenu dubultošanos Meksikā pirms gada.

Visi šie faktori iebilst pret solījumu izmantot kukurūzas etanolu kā enerģijas problēmas risinājumu. Manuprāt, Polasky saka, ka [etanols] būs tikai neliels spēlētājs enerģijas piegāžu ziņā. Viņš aprēķina, pat ja etanolam izmantotu visu ASV stādīto kukurūzu, biodegviela vienalga izspiestu tikai 12 procentus no benzīna patēriņa. Ja es to daru enerģētikas politikas dēļ, es neredzu atmaksāšanos, viņš saka. Ja mēs to darām kā lauksaimniecības atbalsta politiku, tur varētu būt vairāk nopelnu. Taču mums būs jāpāriet uz nākamās paaudzes tehnoloģijām, lai būtiski ietekmētu enerģijas tirgus.

Superbugs
Kopš 70. gadu naftas krīzes, kad naftas mucas cena sasniedza augstāko punktu, ķīmijas un bioloģiskie inženieri ir meklējuši veidus, kā pārvērst valsts milzīgās celulozes materiālu, piemēram, koksnes, lauksaimniecības atlikumu un daudzgadīgo stiebrzāles, rezerves etanolā un citās biodegvielā. . Pagājušajā gadā, atsaucoties uz citu prezidenta Buša mērķi — samazināt ASV benzīna patēriņu par 20 procentiem 10 gadu laikā — ASV Enerģētikas departaments (DOE) paziņoja par finansējumu līdz 385 miljoniem USD sešiem biorafinēšanas projektiem, kuros izmantos dažādas tehnoloģijas, lai no biomasas ražotu etanolu. sākot no šķeldas līdz zālei.

Saskaņā ar DOE un ASV Lauksaimniecības departamenta 2005. gada ziņojumu, valstij ir pietiekami daudz pieejamās meža un lauksaimniecības zemes, lai saražotu 1,3 miljardus tonnu biomasas, ko varētu izmantot biodegvielai. Celulozes biomasa var ne tikai nodrošināt plašu lētu izejvielu piedāvājumu, bet arī ievērojami palielināt biodegvielas ieguvumus enerģijas un vides jomā. Celulozes materiālu audzēšanai ir nepieciešams daudz mazāk enerģijas nekā kukurūzas audzēšanai, un biomasas daļas var izmantot ražošanas procesa nodrošināšanai. (Brazīlijā ražotais cukurniedru etanols arī piedāvā uzlabojumus salīdzinājumā ar kukurūzas etanolu, pateicoties ražas lielajai ražai un augstajam cukura saturam.)

Taču, neskatoties uz gadiem ilgušajiem pētījumiem un nesenajiem ieguldījumiem ražošanas procesu palielināšanā, celulozes etanolu vēl negatavo neviena komerciāla iekārta. Ekonomiskais izskaidrojums ir vienkāršs: šāda objekta būvniecība izmaksā pārāk dārgi. Celulozi, garas ķēdes polisaharīdu, kas veido lielu daļu no koksnes augu masas un kultūraugu atliekām, piemēram, kukurūzas kātiem, ir grūti un līdz ar to dārgi sadalīt.

Pastāv vairākas celulozes etanola ražošanas tehnoloģijas. Celulozi var karsēt augstā spiedienā skābekļa klātbūtnē, veidojot sintēzes gāzi, oglekļa monoksīda un ūdeņraža maisījumu, kas viegli pārvēršas etanolā un citās degvielās. Alternatīvi, rūpnieciskie fermenti var sadalīt celulozi cukuros. Cukuri pēc tam baro fermentācijas reaktorus, kuros mikroorganismi ražo etanolu. Taču visi šie procesi joprojām ir pārāk dārgi, lai tos izmantotu komerciāli.

Pat celulozes etanola aizstāvji ražošanas rūpnīcas būvniecības kapitāla izmaksas ir vairāk nekā divas reizes lielākas nekā uz kukurūzas bāzes ražotas iekārtas, un citi aprēķini svārstās no trīs līdz piecām izmaksām. Celulozes etanolu var pagatavot jau šodien, taču par cenu, kas nebūt nav ideāla, saka Kristofers Somervils, augu biologs no Kalifornijas universitātes Bērklijā, kurš pēta, kā celuloze veidojas un tiek izmantota augu šūnu sieniņās.

Celulozes fizikālās un ķīmiskās īpašības padara to grūti pieejamu un grūti sadalāmu, skaidro Caltech Arnolds, kurš kopš 1970. gadiem ir strādājis pie bioloģiskās pieejas celulozes etanola ražošanai. Pirmkārt, celulozes šķiedras satur viela, ko sauc par lignīnu, kas ir nedaudz līdzīgs asfaltam, saka Arnolds. Kad lignīns ir noņemts, celulozi var sadalīt fermenti, taču tie ir dārgi, un esošie fermenti nav ideāli piemēroti šim uzdevumam.

Daudzi pētnieki uzskata, ka visdaudzsološākais veids, kā padarīt celulozes biodegvielu ekonomiski konkurētspējīgu, ir radīt vai atklāt superbugs, mikroorganismus, kas var sadalīt celulozi līdz cukuriem un pēc tam fermentēt šos cukurus etanolā. Ideja ir izmantot to, kas tagad ir daudzpakāpju process, kurā jāpievieno dārgi fermenti, un pārvērst to par vienkāršu, vienpakāpju procesu, ko nozarē dēvē par konsolidētu bioapstrādi. Saskaņā ar Lī Lindu, Dartmutas koledžas inženierzinātņu profesoru un Mascoma līdzdibinātāju, uzņēmuma Kembridžā, MA, kas komercializē šīs tehnoloģijas versiju, konsolidētā pieeja galu galā varētu ražot etanolu par 70 centiem par galonu. Viņš saka, ka tas būtu transformācijas izrāviens. Nav šaubu, ka tas būtu pievilcīgi.

Taču superbugs atrašana ir izrādījusies sarežģīta. Jau vairākus gadu desmitus zinātnieki ir zinājuši par baktērijām, kas var noārdīt celulozi un arī ražot etanolu. Tomēr neviens nevar paveikt darbu pietiekami ātri un efektīvi, lai tas būtu noderīgs liela mēroga ražošanā.

Arnolds skaidro, ka daba piedāvā nelielu palīdzību. Viņa saka, ka ir daži organismi, kas noārda celulozi, taču problēma ir tā, ka tie neražo degvielu, tāpēc tas jums neko nedod. Alternatīva, viņa saka, ir ģenētiski modificēt E. coli un raugu, lai tie izdalītu fermentus, kas noārda celulozi. Bet, lai gan daudzi dažādi fermenti varētu veikt šo darbu, lielākajai daļai no tiem nepatīk, ka tos ievieto E. coli un raugs.

Arnolds gan ir optimistisks, ka īstais organisms tiks atklāts. Viņa saka, ka nekad nevar zināt, kas notiks rīt, neatkarīgi no tā, vai tas tiek darīts, izmantojot sintētisko bioloģiju, vai kāds vienkārši noskrāpē to no apavu apakšas.

Viņa ne gluži nokasīja to no apaviem, taču Sūzena Lešina, Masačūsetsas Universitātes Amherstas mikrobioloģe, uzskata, ka viņa vienkārši varēja paklupt uz kļūdu, kas paveiks šo darbu. Viņa to atrada augsnes paraugā, kas tika savākts pirms vairāk nekā desmit gadiem no mežiem, kas ieskauj Kvabinas ūdenskrātuvi, aptuveni 15 jūdžu attālumā no viņas laboratorijas. Kvabinas paraugs bija tikai viens no daudzajiem no visas pasaules, ko Lešina pētīja, tāpēc pagāja vairāki gadi, līdz viņa pabeidza tā analīzi. Bet, kad viņa to izdarīja, viņa saprata, ka viena no tās baktērijām, Clostridium phytofermentans , bija neparastas īpašības. Viņa saka, ka tas sadala gandrīz visas auga sastāvdaļas, un tas veido etanolu kā galveno produktu. Tas ražo milzīgu daudzumu etanola.

Leschine nodibināja uzņēmumu Amherstā, SunEthanol, kas mēģinās palielināt etanola ražošanu, izmantojot šo baktēriju. Viņa atzīst, ka ir ejams tāls ceļš, taču viņa piebilst, ka tas, kas mums ir, ir ļoti atšķirīgs, un tas mums liek pacelties. Mums jau ir mikrobs, un mēs esam to demonstrējuši uz īstām izejvielām. Lešins saka, ka citi noderīgi mikrobi, iespējams, gaida atklāšanu: galu galā viens augsnes paraugs satur simtiem tūkstošu šķirņu. Viņa saka, ka šajā mikrobu zoodārzā mēs varam domāt, ka ir arī citi ar līdzīgām īpašībām.

Ziedošās prērijas
Tas, vai no celulozes biomasas ražotais etanols ir labvēlīgs vai kaitīgs videi, tomēr ir atkarīgs no tā, kāda veida biomasa tā ir un kā tā tiek audzēta.

Minesotas Universitātes ekoloģijas profesors Deivids Tilmans savā birojā Sentpolā izvelk lielu aerofotoattēlu, kurā redzams lauks, kas sadalīts glītā režģī. Pat no kameras skatu punkta, kas atrodas tālu virs zemes, zeme izskatās slikta. Vienā parauglaukumā ir plānas zālāju rindas, apakšā redzama smilšaina augsne. Tilmans saka, ka zeme bija tik neauglīga, ka tās lauksaimnieciskā izmantošana tika pamesta. Tad viņš un viņa kolēģi nokasīja visu atlikušo augsnes virskārtu. Viņš saka, ka nevienam lauksaimniekam nav tik sliktas zemes.

Vairākos testos Tilmans dažos laukos audzēja vietējo prēriju stiebrzāļu (tostarp sārņu zālāju) maisījumu, bet citos - atsevišķu sugu. Rezultāti liecina, ka daudzveidīgs zālaugu maisījums, pat audzēts ārkārtīgi neauglīgā augsnē, varētu būt vērtīgs biodegvielas avots, viņš saka. Jūs varētu pagatavot vairāk etanola no akra [jaukto stiebrzāļu] nekā no akra kukurūzas. Vēl labāk, rakstā, kas publicēts žurnālā Science, Tilmans parādīja, ka prēriju zāles var izmantot, lai iegūtu oglekļa negatīvu etanolu: zāles var patērēt un uzkrāt vairāk oglekļa dioksīda, nekā izdalās, ražojot un sadedzinot no tām iegūto degvielu.

Rezultāti ir pārsteidzoši, jo tie liecina par videi labvēlīgu veidu, kā ražot milzīgu daudzumu biodegvielas, nekonkurējot ar pārtikas kultūrām. Pēc Tilmana domām, līdz 2050. gadam pasaulei pārtikai vajadzēs par miljardu hektāru vairāk zemes. Tā ir visu ASV zemes masa, lai tikai pabarotu pasauli, viņš saka. Ja jūs izmantojāt daudz biodegvielas uz [aram] zemes — ir ļoti viegli paredzēt miljardu hektāru biodegvielai — pēc 50 gadiem jums vairs nebūs ne dabas, ne zemes rezervju. Tā vietā, Tilmans apgalvo, ir lietderīgi audzēt biomasu degvielai salīdzinoši neauglīgās zemēs, kuras vairs neizmanto lauksaimniecībā.

Taču lejā no Tilmana biroja viņa kolēģi lietišķās ekonomikas nodaļā uztraucas par praktiskiem jautājumiem, kas saistīti ar liela daudzuma biomasas izmantošanu degvielas ražošanai. Pirmkārt, viņi norāda, ka joprojām ir jāattīsta tehnoloģija un infrastruktūra, kas varētu efektīvi apstrādāt un transportēt lielgabarīta biomasu. Un tā kā augu materiāla pārvietošana būs dārga, biodegvielas ražošanas iekārtas būs jābūvē tuvu izejvielu avotiem — iespējams, 50 jūdžu attālumā.

Biomasas daudzums, kas nepieciešams, lai pabarotu pat vienu vidēja izmēra etanola iekārtu, ir biedējošs. Eidmans aprēķina, ka iekārtai, kas saražo 50 miljonus galonu gadā, būtu nepieciešams, lai kravas automašīna, kas piekrauta ar biomasu, ierastos ik pēc sešām minūtēm visu diennakti. Turklāt viņš saka, ka izejviela nav bezmaksas: tā maksās aptuveni 60 līdz 70 USD par tonnu jeb aptuveni 75 centus par galonu etanola. Šeit daudzi cilvēki tiek apmānīti, viņš piebilst.

Tā kā nav uzbūvēta neviena komerciāla celulozes iekārta, saka Eidmens, ir grūti analizēt dažādu tehnoloģiju īpašās izmaksas. Viņš norāda, ka kopumā ekonomika izskatās interesanta, taču celulozes etanolam būs jākonkurē ar no kukurūzas iegūto biodegvielu un jāsamazinās līdz USD 1,50 par galonu. Eidmans uzskata, ka paies vismaz 2015. gads, pirms no celulozes ražotā biodegviela tirgū kļūs par lielu faktoru.

Izraidīts
Kamēr ķīmijas inženieri, mikrobiologi, agronomi un citi cīnās, lai atrastu veidus, kā celulozes etanolu padarīt komerciāli konkurētspējīgu, daži sintētikas biologi un vielmaiņas inženieri koncentrējas uz pavisam citu stratēģiju. Vairāk nekā piecpadsmit simti jūdžu attālumā no Vidusrietumu kukurūzas zonas vairāki Kalifornijā bāzēti, riska atbalstīti jaunuzņēmumi, ko dibinājuši celmlauži sintētiskās bioloģijas jomā, rada jaunus mikroorganismus, kas paredzēti biodegvielu, izņemot etanolu, ražošanai.

Galu galā etanols diez vai ir ideāla degviela. Tā ir divu oglekļa molekula, un tajā ir tikai divas trešdaļas no benzīna enerģijas satura, kas ir garas ķēdes ogļūdeņražu maisījums. Citiem vārdiem sakot, būtu nepieciešams aptuveni pusotrs galons etanola, lai iegūtu tādu pašu nobraukumu kā galons benzīna. Un tā kā etanols sajaucas ar ūdeni, fermentācijas procesa beigās ir nepieciešams dārgs destilācijas posms. Turklāt, tā kā etanols ir vieglāk piesārņots ar ūdeni nekā ogļūdeņraži, to nevar transportēt pa naftas cauruļvadiem, ko izmanto, lai lēti izplatītu benzīnu visā ASV. Etanols ir jānosūta specializētos dzelzceļa vagonos (kravas automašīnas ar salīdzinoši mazo kravnesību parasti ir pārāk dārgas), palielinot degvielas izmaksas.

Tātad etanola vietā Kalifornijas jaunizveidotie uzņēmumi plāno ražot jaunus ogļūdeņražus. Tāpat kā etanols, jaunie savienojumi tiek raudzēti no cukuriem, taču tie ir izstrādāti tā, lai tie vairāk atgādinātu benzīnu, dīzeļdegvielu un pat reaktīvo degvielu. Mēs apskatījām etanolu, saka Nīls Reningers, attīstības vecākais viceprezidents un uzņēmuma Amyris Biotechnologies līdzdibinātājs Emerivilā, Kalifornijā, un saprata ierobežojumus un vēlmi radīt kaut ko tādu, kas vairāk līdzinātos parastajai degvielai. Būtībā mēs vēlējāmies ražot ogļūdeņražus. Ogļūdeņraži pašlaik ir degvielā, un ogļūdeņraži veido vislabāko degvielu, jo esam izstrādājuši savus dzinējus darbam ar tiem. Ja pētnieki varēs ģenētiski izstrādāt mikrobus, kas ražo šādus savienojumus, tas pilnībā mainīs biodegvielas ekonomiku.

Problēma ir tā, ka daba nesniedz zināmus piemērus mikroorganismiem, kas varētu raudzēt cukurus par degvielai noderīgu ogļūdeņražu veidu. Tātad sintētiskajiem biologiem ir jāsāk no nulles. Viņi identificē daudzsološas vielmaiņas reakcijas citos organismos un ievieto attiecīgos gēnus E. coli vai raugā, rekombinējot vielmaiņas ceļus, līdz tiek iegūti vēlamie produkti.

LS9 Sankarlosā, Kalifornijā, pētnieki pārvērš E. coli par ogļūdeņražu ražotāju, pārveidojot tā taukskābju metabolismu ( Skatiet Better Biodegvielas , Uz priekšu, 2007. gada jūlijs/augusts ). Stīvens del Kardeirs, LS9 pētniecības un attīstības viceprezidents, saka, ka uzņēmums nolēma koncentrēties uz taukskābēm, jo ​​organismi dabiski tās ražo pārpilnībā kā enerģijas uzkrāšanas veidu. Mēs vēlējāmies izmantot ceļu, kas [dabīgi] rada daudz lietu, saka del Kardeirē. Vienkārši satveriet savu vidu. Del Cardayré un viņa kolēģi izmanto daudzus no esošajiem ceļiem E. coli taukskābju metabolismā, bet novirza tos, tuvojoties vielmaiņas cikla beigām. Tā kā taukskābes sastāv no ogļūdeņražu ķēdes ar karboksilgrupu, ogļūdeņražu kurināmā ražošana ir samērā vienkārša. Padomājiet par to kā par lielceļu, saka del Kardeirē. Automaģistrāles beigās mēs pievienojam apvedceļu, taku, kuru esam izveidojuši un tur iestrēguši, tāpēc taukskābēm ir labāka vieta. Mēs tos noņemam un ķīmiski mainām, izmantojot šo jauno sintētisko ceļu, kas tos ved uz produktiem, kurus mēs vēlamies.

Arī Amyris izmanto sintētiskās bioloģijas pieeju, taču tā vietā, lai pielāgotu taukskābju metabolismu, tā strādā pie ceļiem, kas rada izoprenoīdus, lielu dabisko savienojumu klasi. Tomēr līdz šim gan LS9, gan Amyris ražo savu biodegvielu dažus litrus vienlaikus. Un, lai gan uzņēmumiem ir vērienīgi grafiki savu tehnoloģiju komercializācijai — abi apgalvo, ka to procesi būs gatavi līdz 2010. gadam —, ražīguma un reakcijas ātruma uzlabošana joprojām ir kritisks izaicinājums. Tur notiek lielākā daļa bioloģiskā darba, saka Reningers. Mums vēl ir ejams neliels ceļš, un šis mazais ceļš ir ļoti svarīgs.

Ja LS9 un Amyris ražotā ogļūdeņraža biodegviela galu galā tiks pārdota, tā varētu pārvarēt daudzus etanola ekonomiskos trūkumus. Atšķirībā no etanola, ražošanas procesā ogļūdeņraži atdalās no ūdens, tāpēc nav nepieciešams energoietilpīgs destilācijas posms. Un ogļūdeņražu biodegvielu varētu nosūtīt esošajos naftas cauruļvados. Tas viss ir saistīts ar izmaksām, saka Roberts Volšs, LS9 prezidents. Bet kritisks faktors būs izejvielu cena, viņš saka. Mēs gribam netīri lētus cukurus.

Patiešām, sintētiskās bioloģijas jaunizveidotie uzņēmumi saskaras ar to pašu problēmu, ar kuru saskaras etanola ražotāji: kukurūza nav lēts biodegvielas avots. Nākamā [izejvielu] paaudze būs celuloze, saka Džons Melo, Amyris izpilddirektors. Taču mēs neesam pārliecināti, kura celulozes tehnoloģija kļūs par uzvarētāju. Neatkarīgi no tā, kura tehnoloģija dominē, saka Melo, Amyris sagaida, ka varēs to izmantot savā fermentācijas procesā, sniedzot uzņēmumam gan lētu celulozes izejvielu, gan praktiskas ogļūdeņražu degvielas priekšrocības.

Tomēr pagaidām alternatīvas kukurūzai trūkums izstumj Amyris tieši no valsts. Uzņēmums, kas plāno modernizēt esošās etanola rūpnīcas, lai tās varētu ražot ogļūdeņražus, sākotnēji strādās ar Brazīlijas biodegvielas rūpnīcām, kurās kā izejvielu izmanto cukurniedres. Ņemot vērā kukurūzas cenu un tās ražošanai nepieciešamo enerģijas daudzumu, Melo saka, Brazīlijas cukurniedres šodien piedāvā dzīvotspējīgāko un ilgtspējīgāko biodegvielas ražošanas veidu.

Nav citas izvēles
Pat Silīcija ielejas kultūrā, kurā tiek cienīti veiksmīgi riska kapitālisti, Vinod Khosla ir īpaša goda vieta. Astoņdesmito gadu sākumā Khosla, kurš bija Sun Microsystems līdzdibinātājs, vēlāk pievienojās riska kapitāla uzņēmumam Kleiner Perkins Caufield and Byers, kur 90. gadu beigās un 2000. gadu sākumā ieguva reputāciju, ignorējot dot-com aizrautību par labu virknei ezotērisku jaunuzņēmumu. daudz mazāk krāšņajā optisko tīklu jomā. Kad vairāki jaunizveidotie uzņēmumi pārdeva par miljardiem dolāru lieliem uzņēmumiem, kas gatavoja savu infrastruktūru interneta uzplaukumam, Khosla kļuva, tā laika pārkarsētā virsraksta vārdiem sakot, The No.1 VC on the Planet.

Mūsdienās Khosla, kurš tagad ir viens no pasaules bagātākajiem cilvēkiem (Forbes 400 viņu sarakstā ir 317, ar tīro vērtību 1,5 miljardi USD), lielāko daļu savu ieguldījumu iegulda alternatīvās enerģijās. Viņa portfeļa uzņēmumu vidū ir vairāk nekā ducis biodegvielas jaunuzņēmumu — sintētiskās bioloģijas uzņēmumi LS9 un Amyris, celulozes uzņēmumi, piemēram, Mascoma, un kukurūzas etanola uzņēmumi, piemēram, Cilion, kas atrodas Gošenē, Kalifornijā. Taču saukt Khoslu vienkārši par investoru biodegvielā būtu ļoti zemu novērtēta viņa iesaistīšanās. Dažu pēdējo gadu laikā viņš ir kļuvis par vienu no pasaulē vadošajiem tehnoloģiju aizstāvjiem, popularizējot tās tikumus un brīvi apspriežot visus nelabvēļus ( skatiet jautājumus un atbildes, 2007. gada marts/aprīlis ).

Šķiet, ka Khosla ir satraukta par biodegvielas iebildumiem. Viņš saka, ka klimata pārmaiņas ir lielākā problēma, kas izraisa viņa interesi par biodegvielu. Ja vēlamies novērst klimata pārmaiņas un samazināt benzīna patēriņu, celulozes biodegvielas izmantošanai transportā nav alternatīvu. Viņš saka, ka biomasa ir vienīgā izejviela pietiekamā daudzumā, lai rentabli aizstātu naftu. Nekas cits neeksistē. Viņš piebilst, ka hibrīdie un elektriskie transportlīdzekļi ir tikai rotaļlietas.

Jo īpaši, apgalvo Khosla, jebkurai transporta tehnoloģijai ir jākonkurē Ķīnā un Indijā, visstraujāk augošajos automobiļu tirgos pasaulē. Viņš saka, ka nav nekas liels, lai pārdotu miljonu pievienojamu elektrisko ierīču tādā vietā kā Kalifornija. Grūtības rada 20 000 USD vērta hibrīdauto pārdošana Indijā. Nav briesmīgu iespēju. Viņš saka, ka jebkurai tehnoloģijai, ko Ķīna un Indija nepieņem, nav nozīmes klimata pārmaiņām. Vides speciālisti nekoncentrējas uz mērogojamību. Ja nevarat to palielināt, tā ir tikai rotaļlieta. Tāpēc ir vajadzīga biodegviela. Līdz ar to biodegviela no biomasas.

Vairākos atzinumos, kas publicēti 2004. gadā viņa dibinātā uzņēmuma Khosla Ventures tīmekļa vietnē, kas ir ieguldījis lielus ieguldījumus biodegvielā un citās vides tehnoloģijās, Khosla paredz, ka biodegvielas ražošana strauji pieaugs nākamo 20 gadu laikā. Saskaņā ar viņa skaitļiem, kukurūzas etanola ražošana līdz 2014. gadam izlīdzināsies pie 15 miljardiem galonu gadā, bet celulozes etanols nepārtraukti pieaugs, līdz 2030. gadam sasniedzot 140 miljardus galonu. Tajā brīdī viņš prognozē, ka biodegviela būs lēta un pietiekami daudz, lai nomainiet benzīnu gandrīz visiem nolūkiem.

Lai gan Khosla viegli atzīst no kukurūzas iegūtā etanola ierobežojumus, viņš saka, ka tas ir bijis nozīmīgs atspēriena punkts: kukurūzas etanola tirgus ir radījis infrastruktūru un tirgu biodegvielai kopumā, novēršot daudzus uzņēmējdarbības riskus, kas saistīti ar ieguldījumiem celulozes etanolā. . Iemesls, kāpēc man patīk [kukurūzas etanols], ir tas, ka tā trajektorija ved uz celulozes etanolu, viņš saka. Bez kukurūzas etanola neviens neieguldītu celulozē.

Bet Vidusrietumos ir mana attieksme pret šādām zilu debesu prognozēm, un ir aktuāli jautājumi par to, kā valsts plašā lauksaimniecības infrastruktūra pāries uz biomasu. Ja Khoslas prognozes izrādīsies brīnišķīgas, saka Minesotas Universitātes Runge. Tikmēr mēs esam iestrēguši realitātē. Iespējams, galvenais strīda punkts, norāda Runge, ir par to, vai kukurūzas etanols patiešām novedīs pie jaunām tehnoloģijām vai traucēs tām. Manuprāt, kukurūzas etanols ir šķērslis pārejai uz celulozi, viņš saka, norādot uz inerci, ko izraisa politiskās un biznesa intereses, kas ir ieguldītas daudz kukurūzas etanolā un tā infrastruktūrā.

Runge nav viens savā skepsi. Ja vien izmaksas netiek ievērojami samazinātas, celulozes etanols nekur nenonāk, saka Volijs Tainers, Purdjū universitātes lauksaimniecības ekonomikas profesors. Lai padarītu celulozes etanolu dzīvotspējīgu, būs nepieciešams vai nu politikas mehānisms, lai veicinātu ieguldījumus jaunās tehnoloģijās, vai arī fenomenāls izrāviens, un tā iespējamība nav pārāk augsta, saka Tainers. Lauksaimniekiem un etanola ražotājiem pašlaik nav stimula uzņemties riskus, ko rada tehnoloģiju maiņa, viņš piebilst. Nav politikas tilta, kas palīdzētu veikt pāreju. Status quo to nedarīs.

Neraugoties uz krasajām viedokļu atšķirībām, joprojām pastāv kopīgs pamats starp tādiem cilvēkiem kā Khosla, kura nevaldāmo ticību inovācijām ir veicinājusi Silīcija ielejas panākumi, un vidusrietumu iedzīvotājiem, kuru pragmatismu kaldināja konkurētspējīga lauksaimniecības ekonomika. Jo īpaši lielākā daļa novērotāju piekrīt, ka no kukurūzas iegūtā etanola ikgadējā ražošana dažu gadu laikā izlīdzināsies. Pēc tam jebkuram biodegvielas ražošanas pieaugumam būs jānodrošina jaunas tehnoloģijas.

Bet, ja celulozes biodegviela piecu līdz desmit gadu laikā sāks aizstāt benzīnu, drīzumā būs jāsāk celtniecība. Šoruden uzņēmums Range Fuels, kas atrodas Broomfīldā, CO, paziņoja, ka ir uzsācis darbu Džordžijā pie valsts pirmās komerciālā mēroga celulozes-etanola rūpnīcas. Plānots, ka Range rūpnīca, kas izmantos termoķīmisko tehnoloģiju, lai no koksnes šķeldas ražotu etanolu, 2008. gadā sasniegs 20 miljonus galonu un galu galā palielināsies līdz 100 miljoniem galonu gadā. Tikmēr Mascoma ir paziņojusi par vairākām demonstrācijas vienībām, tostarp objektu Tenesī, kas būs pirmā celulozes-etanola rūpnīca, kas uzbūvēta, lai izmantotu zāli. Taču šīs ražotnes ir federāli subsidētas vai ir partnerattiecību rezultāts ar valsts attīstības organizācijām; privāto investīciju piesaiste komerciāla mēroga ražošanai būs cits jautājums.

Patiešām, celulozes un etanola ražošanas jaudas palielināšana būs milzīgs un riskants izaicinājums, saka Kolins Sauts, Mascoma prezidents. Kad cilvēki runā par celulozes etanolu tā, it kā tā būtu nozare, tas ir negodīgs attēlojums, viņš saka. Ir vairākas izmēģinājuma rūpnīcas, taču neviena no tām nav izkļuvusi no izmēģinājuma mēroga. Mums joprojām ir jāparāda, ka mēs varam tos vadīt strādājošas ķīmiskās rūpnīcas veidā. Sauts saka, ka Mascoma cer sākt komerciālas rūpnīcas celtniecību 2009. gadā un sākt to darboties līdz 2011. gada sākumam. Taču viņš piebilst, ka uzņēmums turpinās darbu tikai tad, kad skaitļi būs pietiekami labi.

Tomēr, iespējams, vissvarīgākais skaitlis būs jēlnaftas cena. Ja tas saglabāsies augsts, celulozes un etanola ražošana varētu kļūt ekonomiski konkurētspējīga daudz ātrāk. Taču daži cilvēki, vismazāk no visiem investoriem, kuri riskētu ar simtiem miljonu dolāru, iegādājoties jaunas rūpnīcas, ir gatavi pieņemt šo likmi. Daudzi atceras 1970. gadu beigas, kad federālā valdība paredzēja aptuveni miljardu dolāru, lai finansētu ar biomasu saistītus pētījumus, lai tikai tos pamestu, kad jēlnaftas cenas 80. gadu sākumā kritās. Un, lai gan jēlnaftas barela cena šoruden svārstījās 90. gadu vidū un gāzes vairumtirdzniecības cenas sasniedza 2,50 USD par galonu, biodegvielas eksperti saka, ka nevar rēķināties ar tik augstām cenām. Daudzi nākamās paaudzes biodegvielas ražotāji apgalvo, ka vēlas būt konkurētspējīgi ar jēlnaftu par aptuveni 45 USD par barelu, lai nodrošinātu ilgtermiņa dzīvotspēju tirgū.

Patiešām, paziņojumi par jaunām celulozes-etanola ražotnēm mēdz aizēnot faktu, ka tehnoloģija joprojām nav ekonomiski dzīvotspējīga. MIT ķīmijas inženierijas profesors Gregorijs Stefanopuls sevi raksturo kā ļoti optimistisku par biodegvielas nākotni. Taču pat viņš steidz piebilst, ka būs nepieciešami vēl 10 gadi, lai optimizētu celulozes biodegvielas ražošanas procesus. Starp neskaitāmām citām problēmām, viņš saka, ir vajadzība pēc izturīgākiem un daudzpusīgākiem mikrobiem, lai tos izveidotu.

Nelielā konferenču telpā pie sava biroja Stefanopuls izņem zīmuli un papīru un sāk zīmēt virkni apļu. Jūs varat iedomāties, viņš saka, biorafinēšanas rūpnīcu, ko ieskauj dažāda veida biomasas avoti. Viņš savieno apļus centrālajā punktā, veidojot līnijas kā spieķus uz riteņa. Viņš turpina, jūs varētu iedomāties cauruļvadus no šiem avotiem. Kā būtu, ja biomasa tiktu apstrādāta un novadīta uz biorafinēšanas rūpnīcu kā virca? Stephanopoulos būtu pirmais, kurš atzītu, ka šādas vērienīgas infrastruktūras izveide prasīs vairākus gadus un ka šī ideja rada daudzus tehniskus un inženiertehniskus jautājumus. Bet atlikušajā intervijas laikā zīmējums pacietīgi atrodas uz galda — vienkāršs mērķis.

paslēpties