V roce 2006 Američané spotřebovali 20,6 milionů barelů ropy každý den. To je více než 865 milionů galonů paliva. Pohání vaše každodenní dojíždění. Pohání továrny. Podporuje globální ekonomiku. Zásoby ropy jsou ale omezené. Formování ze starých mořských organismů trvá deset milionů let. Využíváme ho mnohem rychleji, než příroda vytváří nové zásoby.
Výroba bude vrcholit. Zásoby se sníží. Na načasování se odborníci neshodnou. Někteří tvrdí, že se to již stalo. Jiní říkají, že se to stane brzy. Výsledek je stejný. Jsme na pokraji energetické krize. Co se stane, když je nádrž prázdná?
Energetický sektor utrácí miliardy dolarů na hledání alternativ k benzínu. Nové palivo musí dělat víc než jen dodávat energii. Potřebujeme čisté možnosti, jak zastavit emise skleníkových plynů. Potřebujeme dostupnost. Potřebujeme ekonomickou stabilitu. Přechod musí být rychlý. Nemůžeme si dovolit desetiletí nebo dvě stagnace.
To vyžaduje zázračné palivo. A objevuje se. Po pouhých několika letech výzkumu se objevil uchazeč. Splňuje všechny požadavky.
Ethanol je klíč. Toto je ethylalkohol. Vyrábí se z rostlinných sacharidů. O jeho potenciálu vědci vědí už desítky let. Problém byl, aby byla výroba levná a efektivní. V poslední době se situace změnila.
switchgrass (ječná tráva) přichází na pódium. Tato tráva roste rychle. V USA se jí daří. Vyrůstá v Kanadě. Šíří se po celé Střední a Jižní Americe. Vhodné jsou pro něj i některé oblasti Afriky. Pokud budou současné trendy pokračovat, mohla by prosinatá tráva pohánět vaše auto do dvaceti let. Jak se tráva mění v palivo?
Odpověď spočívá v předpovědi slunce pro proso.
Většina výzkumu biopaliv vedla do slepých uliček. Podívali jsme se na kuřecí tuk. Upřeně jsme koukali na štěpky. Výsledek? Hrozný poměr čisté energie. Vydáváte více energie, než dostáváte zpět. A cena? Do nebes. Těžba z rostlinných a živočišných zdrojů je v současnosti příliš drahá na to, aby mohla na čerpací stanici konkurovat.
Pak je tu prosakování.
Změny dat. Čísla se stále zlepšují. Tohle vypadá jako skutečné řešení.
Tráva, která roste sama od sebe
Propinavka není exotická. Je to vytrvalá rostlina endemická v Americe. Daří se mu v otevřených pláních. Je odolný. Silný. V některých regionech je prakticky invazivní.
Tříletá studie v Severní Dakotě (publikovaná v roce 2005) nám poskytla solidní čísla. Pokud zůstaly samotné, některé odrůdy produkovaly více než sedm tun biomasy na akr. Biomasa je jednoduše sklizený rostlinný materiál. Přesnou tonáž ovlivnily srážky a typ půdy. Ale sedm tun? To je významné.
Nepotřebuje moc pomoci. Odolný vůči suchu. Minimální množství hnojiva.
Zamyslete se nad tím, co to znamená pro spotřebu fosilních paliv. Traktory spalují naftu. Zavlažovací čerpadla spotřebovávají energii. Výroba hnojiv je energeticky náročná. Menší využívání všech tří znamená menší využívání fosilních paliv. Menší náklady. Méně emisí skleníkových plynů.
Zastánci tvrdí, že to také zlepšuje energetickou bezpečnost USA. Proč dovážet palivo, když je můžete vypěstovat v Americe?
Od celulózy k etanolu
Palivem je zde celulózový etanol. Začíná to surovým prosakem – nezpracovaným rostlinným materiálem.
Proces rozkládá celulózu. Je strukturální složkou stěn rostlinných buněk. Jakmile rozložíte celulózu na základní složky, přidáte kvasnice. Dochází ke fermentaci. Dostanete alkohol. Vy to vyčistíte. Máte etanolové palivo.
Návrh hodnoty je jednoduchý: více celulózy znamená více etanolu. Switchgrass obsahuje přibližně 70 % komplexních sacharidů. Buničina.
Je tam bonus. lignin. Tento vedlejší produkt vzniká, když se z celulózy odstraňuje voda. To je slibné. Pokud lignin může krmit etanolové rostliny, proces se stává soběstačným. Palivo produkuje palivo.
Energetická matematika
Michael Wang z Argonne National Laboratory skřípal čísla. Sledoval vše od výroby hnojiv po distribuci etanolu.
Jeho závěr byl tvrdý. Jedna jednotka vstupní energie vytvořila deset jednotek výstupu.
Porovnejte to s kukuřičným etanolem. Switchgrass snadno vyhraje.
Porovnejte to s benzínem. Benzín má energetický poměr 0,81. Vložíte více energie, než dostanete zpět. To jsou čisté ztráty.
Wang se také podíval na emise. Produkce ethanolu z prosince může vyžadovat o 70 % méně fosilních paliv než benzin. A E85 etanol – směs 85 % etanolu a 15 % benzínu – produkuje o 86 % méně skleníkových plynů než čistý benzín.
Zní to perfektně. Všechno do sebe zapadá.
Tak proč to není ve vaší nádrži?
Proces recyklace je teoreticky jednoduchý. Poměrně. Realita je ale složitější. Produkce etanolu z prosa prosaje čelí specifickým, tvrdohlavým výzvám. Destilace není problém. Potíž je jinde.
Na důvody, proč je destilace etanolu z této bylinky tak obtížná, se vrhneme na další stránce.
Příslib prosenice jako budoucího zachránce energie roste, ale slovo „budoucnost“ zde dělá těžkou práci. V současné době je získávání celulózy z závodu logistickou a finanční noční můrou.
Rozklad provádějí enzymy. Tyto biologické katalyzátory tráví komplexní sacharidy a uvolňují celulózu a oxid uhličitý. Má to ale háček: jsou drahé. Enzymy stojí asi 20 centů za galon čištěného etanolu. Fermentace přidává další vrstvu složitosti. Kvasinky vyžadují svůj specifický koktejl enzymů, což dále zvyšuje náklady.
Albert Kausch, rostlinný genetik, tuto realitu rozpoznal již v roce 2006. Současné metody způsobují, že celulózový etanol stojí 2,70 dolaru za galon, řekl. Samozřejmě levnější než benzín. Ale Kausch si myslí, že cena by měla být blíže 1,00 dolaru. Jak? Vývojem levnějších enzymů. V ideálním případě potřebujeme jeden jediný enzym, který dokáže současně rozkládat celulózu a fermentovat etanol. Jeden nástroj. Dva úkoly. Bez odpadu.
Logistika korozivního paliva
Doprava paliva z rafinérie do plynového čerpadla je stejně složitá. Etanol koroduje kovy. Je žíravý. Nemůže být čerpán stejnými potrubími, která se používají pro ropu a ropné produkty.
Proto se přepravuje kamionem. Velké palivové cisterny. To zabíjí energetickou rovnováhu. Spalujete fosilní paliva, abyste přesunuli samotné palivo. Čisté energetické přínosy jsou sníženy.
Michael Wang z Argonne National Laboratory vidí řešení. Železniční systémy. „Když to zpracujete na Středozápadě a převezete na Západ, doprava se stane problémem,“ poznamenává Wang. Pro přepravu na dlouhé vzdálenosti využijte vlaky. Na krátké vzdálenosti se kamiony docela hodí. Energetické ztráty jsou tam zanedbatelné. Ale po celé zemi? Železnice je jediný způsob, jak zabránit kolapsu energetické bilance.
Omezení půdy a cíle výnosů
Není dostatek půdy na to, aby ji zcela zabral prosák. Analýza z University of Tennessee se zaměřila na tvrdá čísla. Vzali také v úvahu zbytky ze sklizně prosina obecného – stonky, semena a zbytky po sklizni.
Výsledek? 153 milionů suchých tun ročně. To je maximum. Co nám to dává? Roční pokles spotřeby benzínu ve Spojených státech o 5,3 procenta. To je vše.
Prezident George W. Bush chtěl do roku 2017 35 miliard galonů obnovitelného paliva. Tento objem zdaleka nedosahuje tohoto cíle. To je pokles ve srovnání s národní spotřebou.
Jason Gramet z Národní komise pro energetickou politiku (NCEP) navrhuje jiný přístup. Technologie. Navrhuje vyvíjet odrůdy prosanaté trávy s vyššími výnosy v tunách na akr. Pokud dokážeme zvýšit výnosy, efektivita výroby etanolu se zvýší o třetinu. Co když to doplníme zdvojnásobením palivové účinnosti automobilů? Matematika začíná fungovat.
Kdo zaplatí za sen?
Jsou peníze. Velcí hráči dělají velké sázky.
BP Amoco věnovala 500 milionů dolarů Kalifornské univerzitě – Berkeley a University of Illinois – Champaign na společné výzkumné centrum. Chevron dal 25 milionů dolarů University of California-Davis a 12 milionů dolarů Georgia Tech. Americké ministerstvo energetiky udělilo 125 milionů dolarů organizaci Oak Ridge National Laboratory.
Nejde jen o firemní charitu. Tyto společnosti chtějí státní pomoc. Žádají o investiční záruky a daňové úlevy. Chtějí, aby se finančníci cítili bezpečně při investování do technologie buničiny.
Vzrušení je hmatatelné. Podpora veřejnosti je vysoká. Peníze tečou jako řeka. Je snadné si představit svět, kde prosinec naplní vaši nádrž za několik desetiletí.
Skeptici ale zůstávají. Někteří pochybují, že tráva bude schopna uspokojit potřeby. Ostatní se obávají následků, když to udělá.
Kritika biopaliv
Zúčtování: Prosincová tráva versus kukuřičný etanol
Bitva o budoucnost surovin pro biopaliva se přiostřuje. Je to souboj kukuřice a prosaku a sázky jsou regionální. Protože geografie určuje, co kde roste, mnoho regionů má přímý podíl na tom, která plodina zvítězí. Když se podíváte na tvrdá čísla – výrobní náklady, energetický mix a emise skleníkových plynů – etanol na bázi kukuřice prostě nemůže konkurovat etanolu získanému z prosanaté trávy.
Procesy se liší. Kukuřičný etanol používá pouze obilí. Víte, část, kterou lidé jedí. Zbytek je odpad. Je ironií, že tento odpad by teoreticky mohl být použit k výrobě celulózového etanolu, ale v komerčním měřítku se jednoduše likviduje. Switchgrass jde jinou cestou. Zpracovává celou rostlinu nebo alespoň významné vláknité části, které kukuřice ignoruje.
Využití půdy a efektivita výnosu
Požadavky na půdu upřednostňují vytrvalé trávy. V Iowě, kde je půda nadprůměrná, dává kukuřice výnosy asi 4,8 tuny na akr. To není špatné. Ale studie z roku 2005 v Severní Dakotě zjistila výnosy prosanaté trávy asi sedm tun na akr. Ještě důležitější je, že prosa prosatá nevyžaduje úrodnou ornou půdu. Daří se jí na okrajových (nevhodných) pozemcích.
Oak Ridge National Laboratory provedla výpočty pro rozšíření tohoto procesu. Jejich zpráva dospěla k závěru, že k zásobování 50 % amerických vozidel etanolem by bylo zapotřebí 180 milionů akrů prosanatého. To představuje 40 % veškeré zemědělské půdy v USA. Zní to jako obrovský kus země.
Jason Grumet z National Corn to Ethanol Progress Coalition nabízí protiargument. Věří, že pokračující pokrok ve výzkumu a vývoji (R&D) by mohl během 20 až 30 let snížit potřebu půdy až o 30 milionů akrů. Toto číslo je významné, protože zhruba odpovídá ploše pozemků v rámci Programu konzervačních rezerv (CRP).
Kontroverze kolem programu Conservation Reserve Program
CRP platí zemědělcům, aby nechali svou půdu ležet ladem. Tím se snižuje dopad zemědělství na životní prostředí. Grumetův argument naznačuje, že bychom mohli na této stávající nevyužité zemi pěstovat palivo. Kritici to vidí jinak.
Skeptici upozorňují, že CRP pozemky jsou vyčleňovány právě proto, že nemohou produkovat kvalitní úrodu. Pokud velké energetické společnosti začnou investovat do produkce proso, jejich cílem bude maximalizace výnosů. Vysoké výnosy vyžadují dobrou půdu. V důsledku toho mohou společnosti skončit upřednostňováním orné půdy před půdou marginální.
To vytváří přímý konflikt. Výroba energie může začít spotřebovávat zdroje potřebné pro výrobu potravin.
Dynamika: jídlo versus palivo
K výrobě paliva již využíváme malou část našich potravinářských plodin. Pokud se biopaliva stanou naším hlavním zdrojem energie, konkurence o půdu vzroste. Dr Eric Holt-Gimenez z Institutu pro potravinovou a rozvojovou politiku varuje před kaskádovými ekonomickými dopady.
Když rostou ceny pohonných hmot, následují ceny potravin. Hovoříme o výrobních a dopravních nákladech. Holt-Gimenez tvrdí, že pokud jídlo a energie soutěží o stejnou zemi, vztah se stává vzájemným. Ceny potravin mohou zvýšit náklady na energii, stejně jako náklady na energii zvyšují ceny potravin.
Existuje také humanitární problém. Programy distribuce přebytečných potravin hladovým zemím by mohly vyschnout. Proč? Protože je snazší přeměnit přebytečné potraviny na biomasu pro etanol, než je přepravovat jako pomoc.
Skepse a impuls
Ne všichni jsou přesvědčeni. Někteří vědci se domnívají, že humbuk kolem celulózového etanolu je příliš optimistický. Citují studie ukazující nižší energetickou bilanci, než je inzerováno. Takových studií je méně. Věnují se jim mnohem méně pozornosti.
Převládající vyprávění je optimističtější. Pokud jsou finanční prostředky a veřejné mínění nějakým náznakem, prosaříkový etanol jde vpřed. Technologie ještě není dokonalá. Dodavatelský řetězec není v průmyslovém měřítku prokázán. Ale směr je jasný.
Posouváme se od modelu zaměřeného na jídlo na prvním místě na energii. O tom, jaké plodiny se budou pěstovat, rozhodne půda. Trh rozhodne, které ceny zůstanou. Výsledek zůstává nejistý.
Skutečné náklady na „zelený“ benzín
Čísla na stránce lze snadno špatně interpretovat. Vidíte výsledek laboratorního testu a myslíte si, že revoluce je tady. To je špatně.
Kukuřičný etanol je čistým spotřebitelem energie, když spočítáte každou kapku nafty spotřebovanou traktorem a každou kilowatthodinu, která zapálí lihovar. Návratnost investice do energie je extrémně nízká. Menší. Switchgrass mění matematiku.
Roste na pozemcích nepřístupných kukuřici. Není třeba ji vysazovat ročně. Sklidíte jednou, počkáte dva roky a sklidíte znovu. Kořenový systém zůstává na svém místě. Drží půdu. Zachycuje uhlík způsobem, který řádkové plodiny nemohou.
Proč je prosák lepší než kukuřice
Většina lidí si myslí, že všechna biopaliva jsou stejná. To je špatně.
Kukuřice vyžaduje velké množství dusíkatých hnojiv. Tato hnojiva uvolňují oxid dusný, skleníkový plyn mnohem silnější než CO2. Prosincová tráva? Fixuje vlastní dusík ze vzduchu. Po druhém roce není potřeba žádné hnojivo.
Výnos na akr je nižší než obsah škrobu v kukuřici, ano. Ale náklady na vstupní zdroje se blíží nule. Semena nemusíte kupovat každé jaro. Nemusíte orat půdu každý podzim. Jen sekáš.
„Výzkum společnosti Switchgrass má za cíl vytvořit etanol pro pohon automobilů za 1 dolar za galon.“ — Newswise, prosinec 2006
Tato cena není magická. Tohle je agronomie. To je biologie. Je rozdíl mezi krmením vašeho auta a krmením vašeho trávníku.
Mezera v infrastruktuře
Vědět, že to funguje, je jedna věc. Dostat to do nádrže je něco jiného.
Nemáme pumpy. Nemáme průmyslová sila na skladování celulózového etanolu. Ropné rafinerie, které dnes existují, byly postaveny pro kukuřici. Jsou horké, kyselé a křehké. Prosincová tráva je odolnější. Je bohatý na lignin. Jsou zapotřebí další enzymy. Jiné teplotní podmínky.
Americké ministerstvo energetiky výrazně investuje do výzkumu a vývoje. Oak Ridge National Laboratory rozluští kód enzymatické hydrolýzy. Chtějí rozložit celulózu, aniž by ji spálili. Žádný odpad.
Ale politika jde pomaleji než věda. Daňové výhody zvýhodňují zavedené plodiny. Kukuřičná hala má hluboko do kapsy. Propina je trvalka ve světě jednoletých plodin.
Kde roste?
Ne všude.
Daří se mu v okrajových zemích. Západní Severní Dakota. Dakota. Části středozápadu, kde výnosy kukuřice klesají kvůli kvalitě půdy. Nekonkuruje produkci potravin, protože není určeno ke konzumaci.
V Brazílii funguje etanol z cukrové třtiny kvůli klimatu. V USA máme ornou půdu. Jednoduše nám chybí zpracovatelský řetězec.
Strategická ropná rezerva leží ladem, plná ropy z geopoliticky nestabilních oblastí. Představte si, že tyto nádrže naplníte etanolem z místního proso. Energetická bezpečnost není o hledání více ropy. Spočívá v oddělení od světových spotových cen.
Shrnutí
Je to lepší pro životní prostředí?
Ano. Ale ne proto, že je „zelená“. Protože je to účinné.
Kukuřičný etanol ušetří asi 20 % čisté energie. Prosincová tráva? Odhady se pohybují od 200 % do 900 % v závislosti na studii a metodě zpracování. Wang z Argonne National Laboratory ukazuje významné snížení emisí skleníkových plynů. Lang z Cornell University byl ohledně kukuřice skeptický. Na trávě nebyl tak drsný.
Technologie existuje. Kultura existuje. Země existuje.
Jen se musíme přestat snažit destilovat obilí a začít destilovat odpad.
