האם דלק סילון עשוי מסוכרת להיות המפתח לטיסה נקייה?

תעשיית התעופה מייצרת 2 אחוזים של פליטת דו תחמוצת הפחמן האנושי. נתח זה עשוי להיראות קטן יחסית - עבור פרספקטיבה, ייצור חשמל וחימום הבית חשבון עבור יותר מ -40 אחוזים - אבל התעופה היא אחד ממקורות הגז החממה המהירה בעולם. הביקוש לנסיעות האוויר צפוי להכפיל ב -20 השנים הקרובות.

חברות תעופה נמצאים תחת לחץ כדי להפחית את פליטת הפחמן שלהם, והם פגיעים מאוד לתנודות מחיר הנפט העולמי. אתגרים אלה עוררו עניין רב בדלקי סילון שמקורם ביומסה. דלק ביו-סילוני יכול להיות מיוצר מחומרים צמחיים שונים, כולל גידולי שמן, גידולי סוכר, צמחים עמילניים וביומסה lignocellulosic, דרך מסלולים כימיים וביולוגיים שונים. עם זאת, הטכנולוגיות להמרת נפט לדלק סילוני נמצאות בשלב מתקדם יותר של הפיתוח, ומניבות יעילות אנרגיה גבוהה יותר ממקורות אחרים.

אנחנו בהנדסה קני סוכר, הצמח הפרודוקטיבי ביותר בעולם, לייצר שמן שניתן להפוך דלק ביו-סילון. במחקר שנערך לאחרונה, מצאנו כי השימוש בקנה סוכר מהונדס זה יכול להפיק יותר מ -2,500 ליטרים של דלק ביו-סילוני לכל דונם. במילים פשוטות, משמעות הדבר היא כי בואינג 747 יכול לטוס במשך 10 שעות על דלק ביו סילון המיוצר על רק 54 דונם.בהשוואה לשני מקורות צמחיים מתחרים, פולי סויה וגטרופה, הליפיקן ייצר כ -15 ו -13 פעמים כמות דלק סילון ליחידת קרקע, בהתאמה.

יצירת קנה סוכר דו-שימושי

דלקים ביו-סילון שמקורם בחומרי זינה עשירים בשמן, כגון קמלנה ואצות, נבדקו בהצלחה בטיסות הוכחת קונספט. ASTM אינטרנשיונל, ארגון פיתוח תקנים עולמי, אישרה תערובת של 50:50 של דלק סילוני מבוסס דלק ודלק סילון מתחדש עבור טיסות מסחריות וצבאיות.

עם זאת, גם לאחר מחקר משמעותי מאמצי מסחור, נפח הייצור הנוכחי של דלק ביו סילון הם קטנים מאוד. ביצוע מוצרים אלה בקנה מידה גדול יותר ידרוש שיפורים נוספים הטכנולוגיה שופע זול חומרי זינה (גידולים המשמשים לייצור דלק).

Sugarcane הוא מקור דלק ביולוגי ידוע: ברזיל כבר תסיסה מיץ קנה סוכר לעשות דלק מבוסס אלכוהול במשך עשרות שנים. אתנול מקנה סוכר מניב 25% יותר אנרגיה מאשר הכמות המשמשת בתהליך הייצור, ומפחיתה את פליטת גזי החממה ב -12% לעומת דלקים מאובנים.

תהינו אם נוכל להגדיל את ייצור השמן הטבעי של המפעל ולהשתמש בשמן לייצור ביודיזל, המספק יתרונות סביבתיים גדולים עוד יותר. ביודיזל תשואות 93 אחוז יותר אנרגיה ממה שנדרש כדי להפוך אותו מפחית פליטות של 41 אחוזים לעומת דלקים מאובנים. אתנול וביודיזל ניתן להשתמש בהם גם בדלק סילוני ביולוגי, אך הטכנולוגיות להמרת נפט שמקורו בצמחים לדלק סילוני נמצאות בשלב מתקדם של פיתוח, מניבות יעילות אנרגיה גבוהה ומוכנות לפריסה בקנה מידה גדול.

כשהצענו לראשונה קני סוכר להפקת נפט, כמה מעמיתים שלנו חשבו שאנחנו משוגעים. צמחים סוכר מכילים רק 0.05 אחוז שמן, וזה מעט מדי כדי להמיר ביו דיזל. מדעני צמחים רבים טענו כי הגדלת כמות השמן ל -1% תהיה רעילה למפעל, אך מודלים של המחשב שלנו חזו שנוכל להגדיל את תפוקת הנפט ל -20%.

עם תמיכה של מחלקת האנרגיה של פרויקטים מתקדמים מחקר הסוכנות אנרגיה, השקנו פרויקט מחקר שנקרא צמחים מהונדסים להחליף שמן בסוכר, דורה, או PETROSS, בשנת 2012. מאז, באמצעות הנדסה גנטית הגדלנו הייצור של שמן ו חומצות שומן כדי להשיג 12 אחוז שמן בעלים של קנה סוכר.

כעת אנו פועלים להשגת 20% שמן - המגבלה התיאורטית, בהתאם למודלים הממוחשבים שלנו, ומכוונים את הצטברות השמן לגבעול של המפעל, שם הוא נגיש יותר מאשר בעלים. המחקר הראשוני שלנו הוכיח כי גם כאשר צמחים מהונדסים לייצר יותר שמן, הם ממשיכים לייצר סוכר. אנו קוראים אלה צמחים מהונדסים lipidcane.

מוצרים מרובים מן lipidcane

Lipidcane מציעה יתרונות רבים עבור החקלאים והסביבה. אנו מחשבים כי lipidcane הגוברת המכיל 20 אחוז שמן יהיה רווחי יותר פי חמישה לכל עכו מאשר פולי סויה, חומר הזינה העיקרי המשמש כיום לייצור ביו דיזל בארצות הברית, פעמיים רווחי לכל דונם כמו תירס.

כדי להיות בר קיימא, דלק ביו סילון חייב להיות גם חסכוני בתהליך יש תשואות ייצור גבוהה כי למזער את השימוש של קרקע לעיבוד. אנו מעריכים כי לעומת פולי סויה, lipidcane המכיל 5 אחוזים שמן יכול לייצר ארבע פעמים יותר דלק סילוני לכל דונם של קרקע. Lipidcane עם 20 אחוז שמן יכול לייצר יותר מ 15 פעמים יותר דלק סילוני לכל דונם.

ו lipidcane מציע יתרונות אנרגיה אחרים. חלקי הצמח שנותרו לאחר מיצוי מיץ, המכונה bagasse, ניתן לשרוף לייצר קיטור וחשמל. על פי הניתוח שלנו, זה היה לייצר יותר חשמל מספיק כוח biorefinery, כך עודף כוח יכול להיות נמכר בחזרה לרשת, עקירת חשמל המיוצר דלקים מאובנים - תרגול המשמש כבר כמה צמחים בברזיל לייצר אתנול מקנה סוכר.

פוטנציאל ביולוגי ביולוגי בארה"ב

קוביית הסוכר משגשגת על אדמה שולית שאינה מתאימה לגידולי מזון רבים. כיום הוא גדל בעיקר בברזיל, הודו וסין. אנחנו גם הנדסה lipidcane להיות קר יותר סובלני, כך ניתן להעלות באופן נרחב יותר, במיוחד בדרום מזרח ארצות הברית על הקרקע underutilized.

אם הקדשנו 23 מיליון דונם בדרום מזרח ארצות הברית כדי lipidcane עם 20 אחוז שמן, אנו מעריכים כי היבול הזה יכול לייצר 65 אחוז של אספקת דלק סילוני ארה"ב. נכון להיום, בדולרים שוטפים, הדלק יעלה לחברות התעופה 5.31 דולר לגלון, שהוא פחות מדלק ביו-סילוני המופק מאצות או מגידולי שמן אחרים, כגון פולי סויה, שמן קנולה או שמן דקלים.

Lipidcane יכול להיות גם גדל בברזיל באזורים טרופיים אחרים. כפי שדיווחנו לאחרונה על שינוי אקלימי של הטבע, הגדלה משמעותית של קני סוכר או ליפידקאן בברזיל עלולה להפחית את פליטת הפחמן הדו-חמצני העולמית עד ל -5.6 אחוזים. זה יכול להיעשות מבלי לפגוע בתחומים שהממשלה הברזילאית קבעה כרגישה לסביבה, כמו יערות הגשם.

במרדף אחר 'אנרגיית רוח'

המחקר lipidcane שלנו כולל גם הנדסה גנטית של המפעל כדי להפוך אותו photynthesize ביעילות רבה יותר, אשר מתרגם לצמיחה יותר. במאמר שפורסם ב- Science, אחד מאתנו (סטיבן לונג) ועמיתיו במוסדות אחרים הראו כי שיפור היעילות של הפוטוסינתזה בליפידקאן הגדיל את צמיחתה ב -20%. מחקר ראשוני וניסויי שדה זה לצד זה מצביעים על כך ששיפרנו את היעילות הפוטוסינתטית של קני הסוכר ב -20 אחוזים, ובכ -70 אחוזים בקירוב.

עכשיו הצוות שלנו מתחיל לעבוד כדי להנדס מגוון גבוה יותר מניב של קנה סוכר שאנו מכנים "אנרגיית" כדי להשיג יותר שמן הייצור לכל דונם. יש לנו יותר הקרקע כדי לכסות לפני זה יכול להיות מסחור, אבל פיתוח צמח קיימא עם מספיק שמן כדי לייצר ביו דיזל דלק ביו סילון כלכלית הוא צעד ראשון.

מאמר זה פורסם במקור על השיחה על ידי דיפאק קומאר, פוסט-דוקטורט חוקר; סטיבן פ 'לונג, פרופסור למדעי הצומח וביולוגיה של הצמח; ויג'יי סינג, פרופסור להנדסה חקלאית וביולוגית ומנהל מעבדת המחקר המשולבת, אוניברסיטת אילינוי באורבנה-שמפיין. קרא את המאמר המקורי כאן.