Rezervor de energie versus placă - spectrul științei
Energie: rezervor împotriva plăcii
Când piloții Ferrari de Formula 1 au ocupat primul și al doilea loc în Marele Premiu din Bahrain în urmă cu doi ani, aveau un amestec extraordinar în tancurile lor: combustibilul conținea o mică proporție din așa-numitul biocombustibil din a doua generație, fabricat din lignoceluloză. . Chiar și lumea octanică din Formula 1 se confruntă încet cu realitatea schimbărilor climatice și a rezervelor de petrol în scădere. Din 2008, reglementările de Formula 1 stipulează că cel puțin 5,75 la sută din combustibil trebuie să provină din surse de plante. Biocombustibilul adăugat în tancurile Ferraris a îndeplinit acest lucru într-un mod exemplar, deoarece a fost obținut din părți necomestibile ale plantelor.
Reputația echipă de curse a demonstrat cum biocombustibilii ne pot satisface foamea de energie fără a pune în pericol producția de alimente. Potrivit Organizației Mondiale pentru Alimentație (FAO), prețurile la alimente au crescut excepțional de repede în trecutul recent. Criticii acuză acest lucru de utilizarea tot mai mare a biocombustibililor din prima generație. Acestea sunt fabricate din părți comestibile ale culturilor alimentare - cum ar fi trestia de zahăr sau porumbul - și apoi adăugate la benzina obișnuită sau motorina. În multe țări în curs de dezvoltare există tulburări sociale din cauza prețurilor ridicate ale alimentelor. Este justificabil din punct de vedere etic faptul că guvernele occidentale promovează din ce în ce mai mult utilizarea biocombustibililor? Protecția climei și aprovizionarea cu alimente pot fi aduse sub un singur acoperiș?
Pentru Ferrari, răspunsul este clar da. Echipa a ales etanolul din paie, care este un produs rezidual în agricultură - un exemplu de modul în care problemele actuale ale biocombustibililor pot fi depășite. Noile procese chimice, strategii mai bune de utilizare a terenului și randamente agricole mai mari ne-ar putea arăta calea de ieșire din dilema „rezervorului sau plăcii”. Ideea de a obține combustibil din culturi nu este nouă. Motoarele lui Rudolf Diesel funcționau cu uleiuri vegetale încă din secolul al XIX-lea. Și brazilienii au adăugat etanol benzinei lor din 1929, care provine din trestie de zahăr. Dar biocombustibilii au jucat un rol important în politica globală privind energia și clima doar timp de zece ani.
Ștergerea pădurii tropicale, creșterea prețurilor porumbului
Acest lucru se bazează pe teama din ce în ce mai mare de o aprovizionare sigură cu țiței, temerile cu privire la schimbările climatice și foamea de energie neîncetată. Graba cu care au fost introduși biocombustibilii în întreaga lume au dus, totuși, la conflicte tangibile de utilizare a terenului. În partea malaeziană a Borneo, de exemplu, fermierii și antreprenorii mari au defrișat zone imense de junglă pentru a le înlocui cu plantații de ulei de palmier. În altă parte, cantități enorme de culturi alimentare recoltate - cum ar fi porumbul - sunt transportate la biorefinării pentru a fi transformate în combustibil. În 2007, fermierii americani au plantat porumb pe un record de 375.000 de kilometri pătrați. Nu mai puțin de o treime din acesta a intrat în producția de etanol. Potrivit unor experți, acesta a fost motivul pentru care prețurile porumbului au crescut cu peste 70 la sută spre sfârșitul anului 2010. La începutul anului 2011, Organizația Mondială pentru Alimentație a atins punctul maxim al indicelui prețului alimentelor.
Cu toate acestea, la o inspecție mai atentă, devine clar că biocombustibilii sunt doar o parte a problemei. Conform raportului Băncii Mondiale din 2008, „O notă privind creșterea prețurilor la alimente”, în timp ce acestea au fost în principal responsabile pentru creșterea prețurilor la alimente în ultimii ani, au contribuit și speculațiile pieței bursiere și evenimentele extreme legate de climă. Costul în creștere al țițeiului nu trebuie de asemenea ignorat. Ele au un impact direct asupra prețurilor la alimente, spune Ottoline Leyser. Geneticianul plantelor de la Universitatea Cambridge (Marea Britanie) a fost co-autor al unei opinii despre biocombustibili publicată recent de Nuffield Council on Bioethics - o organizație britanică non-profit care se ocupă de probleme bioetice. Potrivit lui Leyser, o mulțime de energie, în principal sub formă de combustibili fosili, este necesară pentru recoltarea, transportul și procesarea recoltelor.
Dar prețurile la alimente nu sunt singurele critici. Deși majoritatea biocombustibililor nu sunt proiectați special pentru a reduce emisiile de gaze cu efect de seră, se așteaptă să fie. Nigel Mortimer de la consultanța energetică britanică North Energy a arătat într-o analiză că biocombustibilii sunt adesea doar marginal mai bine decât combustibilii fosili în ceea ce privește emisiile de gaze cu efect de seră. Și, potrivit Angela Karp, director științific la Centrul de Cercetări Agricole Rothampsted din Harpenden, Marea Britanie, biocombustibilii de primă generație necesită adesea cantități mari de apă și azot pentru a crește suficientă masă de plante. Acest lucru are, de asemenea, un efect negativ asupra amprentei lor de carbon. Kenneth Stone, inginer agricol la Serviciul de Cercetări Agricole din Florența (Carolina de Sud, SUA), ajunge la concluzia că consumul de apă în agricultură ar crește de șase ori dacă, în conformitate cu obiectivele Departamentului Energiei din SUA, în viitor se va produce mai mult bioetanol din porumb.
Totuși, bătălia pentru suprafață rămâne una dintre cele mai dificile probleme. În mod ideal, producția de biocombustibili ar trebui să utilizeze numai câmpuri de calitate scăzută, cu emisii scăzute de carbon, spune Ian Crute, om de știință șef la Consiliul pentru Dezvoltare pentru Agricultură și Horticultură din Kenilworth, Anglia. De fapt, tot mai mulți fermieri cultivă culturi energetice pe soluri de înaltă calitate, care sunt de fapt destinate producției de alimente, deoarece pot genera venituri mari cu aceasta. Acest lucru este subliniat de Olivier Dubois, coordonatorul grupului FAO de bioenergie din Roma. Pentru a dezamorsa acest conflict, trebuie recuperate terenuri suplimentare.
Concurență în domeniu
Există o concurență similară în domeniul creșterii animalelor. Bruce Dale, inginer chimist la Michigan State University din East Lansing, a descoperit că mai mult de 80% din producția agricolă din SUA este folosită pentru furaje. „O risipă incredibilă”, comentează Leyser. Creșterea consumului de carne în întreaga lume este, așadar, un alt motiv important pentru care prețurile la alimente sunt în creștere. În același timp, pe măsură ce populația mondială crește, devine din ce în ce mai dificil să se dezvolte suficiente zone noi de cultivare. În 40 de ani, se așteaptă ca lumea să aibă nouă miliarde de oameni, cu 2,3 miliarde mai mult decât astăzi, care vor trebui hrăniți, așa cum se arată în raportul FAO „Cum să hrănești lumea în 2050”. Mai rău: Deoarece consumul de carne și consumul de calorii pe cap de locuitor sunt în continuă creștere, nevoia de alimente crește în mod disproporționat. „În 2050 vom avea nevoie de 70% mai multă hrană”, estimează Dubois.
Utilizarea plantelor pentru a genera energie exacerbează situația. În următorii 25 de ani, se preconizează că consumul de energie pe piețele emergente va crește cu 84%. Aproape o treime din acestea vor proveni probabil din biocombustibili. Dacă agricultura din întreaga lume nu va experimenta în curând o creștere semnificativă a dezvoltării, aceste evoluții vor duce la o penurie dramatică de teren arabil - atât pentru hrană, cât și pentru biocombustibili. Este adevărat că terenul arabil ar putea fi teoretic dublat în următoarele patru decenii. Cu toate acestea, FAO se așteaptă la o creștere de aproximativ cinci la sută în această perioadă, deoarece multe zone arabile sunt susceptibile de a fi supuse creșterii urbane. Pentru a crește productivitatea agricolă, randamentele culturilor trebuie, prin urmare, să crească semnificativ, spune Dubois.
Din păcate, evoluțiile de până acum vorbesc o altă limbă. Randamentele globale ale culturilor au crescut în ultimii 50 de ani, dar într-un ritm încetinit: rata creșterii a scăzut de la 3,2 la sută în 1960 la 1,5 la sută în 2000. Totuși, Ian Crute este plin de speranță. Cu toate acestea, există încă o creștere, spune el, și o mulțime de spațiu pentru îmbunătățiri. Au existat încă diferențe enorme în randamentele dintre țări și a existat încă mult spațiu de îmbunătățire. De exemplu, suprafețele mari din Africa sunt necultivate, în principal pentru că sunt conectate necorespunzător la infrastructură. Fermierii de acolo nu au nicio modalitate de a-și aduce produsele pe piață, așa că plantează doar ceea ce au nevoie familiile lor, explică Crute. Cultivarea culturilor energetice în aceste regiuni ar putea avea un impact pozitiv atât asupra infrastructurii, cât și asupra producției de alimente.
Ingineria genetică ca ieșire?
Ingineria genetică ar putea stimula și agricultura. Deja ajută la creșterea rezistenței plantelor la dăunători. „În curând vom produce și soiuri de porumb care necesită mai puțină apă și rezistă mai bine perioadelor uscate”, prezice Crute. Cercetătorii lucrează și la plante tolerante la sare. De exemplu, acestea vor fi plantate în regiuni în care creșterea nivelului mării duce la salinizarea apelor subterane. Porumbul și alte plante au, de asemenea, mecanisme de fotosinteză mult mai eficiente decât grâul sau orezul, așa cum subliniază Crute. Acestea ar putea fi transferate de la o specie de plantă la alta folosind ingineria genetică.
Nu numai îmbunătățirile din agricultură și ingineria genetică, ci și noile procese de producție pentru biocombustibili ar trebui să dezamorseze concurența dintre rezervor și placă. Dacă ar fi posibil să se utilizeze întreaga plantă și nu doar părțile sale comestibile, ar putea fi folosite multe alte tipuri de biomasă. Există mult mai multă energie stocată în muguri, frunze și rădăcini decât în fructe - dar această energie este mai dificil de obținut, spune Chris Somerville, director la Energy Biosciences Institute de la Universitatea din California la Berkeley. Prin urmare, utilizarea plantelor întregi este mai scumpă decât producția actuală de etanol din porumb.
De exemplu, compania canadiană de biotehnologie Iogen a folosit o enzimă din specia de ciuperci Trichoderma reesei pentru a produce biocombustibil din paie pentru echipa Ferrari. Cu ajutorul său, ciuperca digeră lignina - o componentă principală a părților lemnoase ale plantelor - și ajunge astfel la substanțele nutritive din copaci. Există alte enzime digestive pentru lignină, dar niciuna dintre cele disponibile în prezent nu funcționează foarte eficient și costă între 10 și 20 de cenți pe litru de combustibil produs. În contrast puternic cu enzimele pentru producția pe scară largă de etanol din porumb: acestea costă în jur de jumătate de cent pe litru.
Întreaga plantă este în căutare
Așadar, nu este surprinzător faptul că compania de biotehnologie Iogen pare să aibă probleme să dezgroape suficient din acest reziduu: fabrica sa demonstrativă produce doar 256.000 de litri de etanol pe an în medie, deși este proiectată pentru 1,9 milioane de litri. Compania explică decalajul afirmând că este o instalație de testare care nu funcționează continuu. Dar dacă compania petrolieră Shell, unul dintre principalii investitori în Iogen, ar opera producția de bioetanol la scară comercială, cererea ar fi de 20 până la 30 de tone de paie pe zi, ceea ce ar putea duce la blocaje.
Geneticianul vegetal Ottoline Leyser prezice că, pentru a obține astfel de cantități de biomasă, nu va fi suficient să reciclăm culturile de mai multe ori. Mai degrabă, va fi necesar să crească plante cu creștere rapidă care sunt destinate numai producției de biocombustibili. Cu toate acestea, acestea nu ar trebui să concureze cu culturile alimentare pentru suprafață. Plopii sau salciile cu creștere rapidă, de exemplu, ar putea crește pe solul poluat și le pot curăța în același timp. Copacii transformă dioxidul de carbon în biomasă mai repede decât majoritatea celorlalte plante.
Mare viitor
Ierburile perene, cum ar fi miscanthus sau Panicum virgatum, sunt probabil candidați chiar mai buni. Nu au nevoie de multă apă și depozitează substanțe nutritive în rădăcini. „La recoltare, colectați doar părți supraterane ale plantei care conțin foarte puțini nutrienți”, spune Leyser, „ca urmare, solul este greu epuizat și, ca urmare, nu este necesar aproape niciun îngrășământ”. Ierburile perene cresc, de asemenea, pe soluri care sunt inutilizabile pentru culturile arabile. Somerville consideră că ultimul punct este crucial: unele pustii ar putea deveni o plantație pentru culturile energetice, de exemplu prin cultivarea unor culturi tolerante la secetă, cum ar fi agave.
Coordonatorul FAO, Olivier Dubois, pe de altă parte, consideră că biocombustibilii din a doua generație prezintă și dezavantaje. Și ei aveau nevoie de suprafață și chiar și cele mai frugale culturi ar concura cu culturile alimentare pentru resurse. În plus, tehnologia pentru bioetanol de primă generație este deja în curs de dezvoltare de o jumătate de secol. "Va dura încă cinci până la zece ani pentru a produce biocombustibili de a doua generație pe scară largă", a spus el. Se întâmplă deja multe. Compania energetică BP construiește o fabrică de 400 de milioane de dolari în județul Highlands (SUA), care va prelucra celuloză din trestie de zahăr cu energie ridicată, iarbă de schimb sau miscanthus în etanol. Fabrica este proiectată pentru a produce 136 de milioane de litri de combustibil pe an, ceea ce ar face din aceasta o biorefinerie comercială conform criteriilor Departamentului de Energie al SUA. Deși cantitatea pare uriașă, este mică în comparație cu milioanele de litri de benzină pe zi pe care le emit rafinăriile convenționale.
Dar chiar dacă va dura ceva timp să se stabilească: noii biocombustibili vor veni. Rămâne de văzut dacă, în cele din urmă, lichidele din a doua generație ne vor umple rezervoarele - și cele ale mașinilor de Formula 1 - sau dacă va exista a treia și a patra generație. În orice caz, vor juca un rol important în viitor în satisfacerea foametei globale de energie. Și cu tehnologiile moderne, utilizarea prudentă a terenului și utilizarea atentă a resurselor, ar trebui să existe în continuare suficient teren arabil pentru culturile alimentare.