Nel 2006 gli americani hanno bruciato 20,6 milioni di barili di petrolio al giorno, ovvero più di 865 milioni di galloni di petrolio. Alimenta i tuoi spostamenti. Alimenta le fabbriche. È alla base dell’economia globale. Ma il petrolio greggio è limitato. Ci vogliono dieci milioni di anni per formarsi dall’antica vita marina. Lo usiamo molto più velocemente di quanto la natura lo crei.
La produzione raggiungerà il picco. L’offerta si ridurrà. Gli esperti non sono d’accordo su quando. Alcuni dicono che sia già successo. Altri dicono presto. Il risultato è lo stesso. Siamo di fronte ad una crisi energetica imminente. Cosa succede quando il serbatoio si svuota?
Il settore energetico spende miliardi per trovare alternative alla benzina. I nuovi carburanti devono fare di più che fornire energia. Abbiamo bisogno di opzioni pulite per fermare i gas serra. Abbiamo bisogno di convenienza. Abbiamo bisogno di stabilità economica. La transizione deve essere veloce. Non possiamo permetterci un decennio o due di stagnazione.
Ciò richiede un carburante miracoloso. Eppure ne sta emergendo uno. Dopo solo pochi anni di ricerca, è apparso un contendente. Soddisfa ogni esigenza.
L’etanolo è la chiave. È alcol etilico. Proviene da carboidrati vegetali. Gli scienziati conoscevano il suo potenziale da decenni. Renderlo economico ed efficiente era il problema. La situazione è cambiata di recente.
Inserisci switchgrass. Quest’erba cresce velocemente. Prospera negli Stati Uniti. Cresce in Canada. Si diffonde in tutta l’America centrale e meridionale. Anche alcune parti dell’Africa sono adatte. Se le tendenze attuali reggono, il panico verga potrebbe alimentare la tua auto entro vent’anni. In che modo l’erba diventa carburante?
La risposta sta nelle previsioni soleggiate per il panico verga.
La maggior parte della ricerca sui biocarburanti si è rivelata un vicolo cieco. Abbiamo esaminato il grasso di pollo. Abbiamo fissato i trucioli di legno. Il risultato? Un triste rapporto energetico netto. Immetti più energia di quella che ricevi. E il costo? Ripido. L’estrazione da fonti vegetali e animali è attualmente troppo costosa per competere con la pompa.
Poi c’è il panico verga.
I dati stanno cambiando. I numeri continuano a migliorare. Sembra il vero affare.
L’erba che cresce da sola
Il panico verga non è esotico. È una pianta perenne originaria delle Americhe. Prospera nelle pianure aperte. È dura. Resistente. In alcune regioni è praticamente invasivo.
Uno studio triennale condotto nel Nord Dakota (pubblicato nel 2005) ci ha fornito numeri concreti. Lasciate sole, alcune varietà hanno prodotto oltre sette tonnellate di biomassa per acro. La biomassa è solo il materiale vegetale raccolto. Le precipitazioni e il tipo di terreno hanno influenzato il tonnellaggio esatto. Ma sette tonnellate? Questo è sostanziale.
Non ha bisogno di molto aiuto. Resistente alla siccità. Fertilizzante minimo.
Pensate a cosa ciò significa per l’utilizzo di combustibili fossili. I trattori bruciano diesel. Le pompe di irrigazione assorbono energia. La produzione di fertilizzanti è ad alta intensità energetica. Meno di tutti e tre significa meno combustibile fossile speso. Meno costi. Meno emissioni di gas serra.
I sostenitori sostengono che ciò rafforzerebbe anche la sicurezza energetica degli Stati Uniti. Perché importare carburante quando puoi coltivarlo in America?
Dalla cellulosa all’etanolo
Il carburante qui è etanolo cellulosico. Si inizia con la materia prima del panico verga, la materia vegetale grezza.
Il processo scompone la cellulosa. Questo è il componente strutturale delle pareti cellulari delle piante. Una volta scomposta la cellulosa nei componenti base, si aggiunge il lievito. Avviene la fermentazione. Ottieni alcol. Perfezionalo. Hai carburante a base di etanolo.
La proposta di valore è semplice: più cellulosa equivale a più etanolo. Il panico verga è composto per circa il 70% da carboidrati complessi. Cellulosa.
C’è un bonus. Lignina. Questo sottoprodotto si forma quando l’acqua viene eliminata dalla cellulosa. È promettente. Se la lignina potesse alimentare gli impianti di produzione di etanolo, il processo diventerebbe autosufficiente. Il carburante produce il carburante.
La matematica dell’energia
Michael Wang dell’Argonne National Laboratory ha analizzato i numeri. Ha monitorato tutto, dalla produzione di fertilizzanti alla distribuzione di etanolo.
La sua scoperta è stata cruda. Una unità di energia in ingresso ha creato dieci unità di produzione.
Confrontalo con l’etanolo da mais. Il panico verga vince facilmente.
Confrontalo con la benzina. La benzina ha un rapporto energetico di 0,81. Metti più energia di quanta ne esci. È una perdita netta.
Wang ha anche esaminato le emissioni. La produzione di etanolo da panico potrebbe richiedere il 70% in meno di combustibile fossile rispetto alla benzina. Inoltre, l’etanolo E85, una miscela composta dall’85% di etanolo e dal 15% di benzina, emette l’86% in meno di gas serra rispetto alla benzina pura.
Sembra perfetto. Tutto si allinea.
Allora perché non è nel tuo acquario?
Il processo di raffinazione è teoricamente semplice. Relativamente parlando. Ma la realtà è più complicata. La produzione di etanolo dal panico verga deve affrontare sfide specifiche e ostinate. La distillazione non è il problema. La difficoltà sta altrove.
Nella pagina successiva approfondiremo perché distillare l’etanolo da quest’erba è così difficile.
La promessa del panico verga come futuro salvatore energetico sta crescendo, ma il “futuro” sta facendo un sacco di lavoro pesante qui. In questo momento, estrarre la cellulosa dallo stabilimento è un incubo logistico e finanziario.
Gli enzimi gestiscono la degradazione. Questi catalizzatori biologici digeriscono i carboidrati complessi ed espellono cellulosa e anidride carbonica. Il problema? Sono costosi. Stai considerando circa 20 centesimi per gallone di etanolo purificato solo per gli enzimi. La fermentazione getta un’altra chiave nel lavoro. Il lievito ha bisogno del proprio cocktail enzimatico specifico, il che fa lievitare ulteriormente i costi.
Albert Kausch, un genetista vegetale, ha fissato un prezzo per questa realtà nel 2006. I metodi attuali mettono l’etanolo cellulosico a 2,70 dollari al gallone. Più economico della benzina, certo. Ma Kausch pensa che dovrebbe essere più vicino a $ 1,00. Come? Sviluppando enzimi più economici. Idealmente, abbiamo bisogno di un singolo enzima che possa sia scomporre la cellulosa che fermentare l’etanolo. Uno strumento. Due lavori. Zero rifiuti.
La logistica del combustibile corrosivo
Portare il carburante dalla raffineria alla pompa è altrettanto complicato. L’etanolo corrode i metalli. È corrosivo. Non è possibile farlo passare attraverso gli stessi oleodotti utilizzati per il petrolio.
Quindi, trasportalo. Grandi camion cisterna. Questo uccide il rapporto energetico. Stai bruciando combustibili fossili per spostare il carburante stesso. Il guadagno energetico netto si riduce.
Michael Wang dell’Argonne National Laboratory vede una soluzione. Sistemi ferroviari. “Quando lo raffini nel Midwest e lo trasporti in Occidente, il trasporto è un problema”, osserva Wang. Usa la ferrovia per il lungo raggio. Brevi distanze? I camion vanno bene. Lì il colpo energetico è trascurabile. Ma lo sci di fondo? La ferrovia è l’unico modo per evitare che il bilancio energetico crolli.
Limiti fondiari e obiettivi di resa
Non c’è abbastanza terreno per un’acquisizione totale. Un’analisi dell’Università del Tennessee ha esaminato i numeri concreti. Hanno preso in considerazione anche i residui del raccolto del panico verga: steli, semi e avanzi dopo il raccolto.
Il risultato? 153 milioni di tonnellate secche all’anno. Questo è il massimo. Cosa ci compra? Una riduzione del 5,3% del consumo annuo di benzina negli Stati Uniti. Questo è tutto.
Il presidente George W. Bush voleva 35 miliardi di galloni di carburante rinnovabile entro il 2017. Questa produzione è ben al di sotto di tale obiettivo. Una goccia nel mare rispetto al consumo nazionale.
Jason Grumet della Commissione nazionale per la politica energetica (NCEP) ha un punto di vista diverso. Tecnologia. Suggerisce di allevare varietà di panico verga con rese più elevate per tonnellata per acro. Se riusciamo ad aumentare la resa, l’efficienza della produzione di etanolo aumenterà di un terzo. E se abbinassimo a questo il raddoppio dell’efficienza del carburante del veicolo? I conti iniziano a funzionare.
Chi sta pagando per il sogno?
I contanti ci sono. I grandi giocatori scommettono alla grande.
La BP Amoco ha stanziato 500 milioni di dollari all’Università della California – Berkeley e all’Università dell’Illinois – Champaign per una struttura di ricerca congiunta. La Chevron ha donato all’Università della California – Davis 25 milioni di dollari e alla Georgia Tech 12 milioni di dollari. Il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti ha donato 125 milioni di dollari all’Oak Ridge National Laboratory.
Non è solo beneficenza aziendale. Queste aziende vogliono l’aiuto del governo. Chiedono garanzie sugli investimenti e agevolazioni fiscali. Hanno bisogno che i finanziatori si sentano sicuri nell’investire denaro nella tecnologia cellulosica.
L’entusiasmo è palpabile. Il sostegno pubblico è alto. Il denaro scorre. È facile immaginare un mondo in cui il panico verga riempirà il tuo serbatoio in pochi decenni.
Ma gli scettici restano. Alcuni dubitano che l’erba possa dare risultati. Altri si preoccupano delle conseguenze se fa.
Critiche sui biocarburanti
Lo scontro tra Switchgrass e etanolo da mais
La battaglia per il futuro delle materie prime per i biocarburanti si sta infiammando. È mais contro panico verga e la posta in gioco è regionale. Poiché la geografia determina cosa cresce dove, molte aree hanno un interesse particolare a quale raccolto vince. Se si considerano i numeri concreti – costi di produzione, rapporti energetici ed emissioni di gas serra – l’etanolo derivato dal mais semplicemente non può competere con l’etanolo derivato dal panico verga.
I processi sono diversi. L’etanolo da mais utilizza solo il grano. Sai, la parte che mangiano gli umani. Il resto è spreco. Ironicamente, quel residuo di scarto potrebbe teoricamente essere utilizzato per l’etanolo cellulosico, ma commercialmente viene scartato. Switchgrass prende una strada diversa. Elabora l’intera pianta, o almeno le parti fibrose significative che il mais ignora.
Uso del suolo ed efficienza della resa
Le esigenze del terreno favoriscono l’erba perenne. In Iowa, dove il suolo è superiore alla media, il mais produce circa 4,8 tonnellate per acro. È decente. Ma uno studio del 2005 nel Nord Dakota ha mostrato che il panico verga produce circa sette tonnellate per acro. Ancora più importante, il panico verga non ha bisogno del terriccio principale. Prospera su terreni marginali.
L’Oak Ridge National Laboratory ha fatto i conti per aumentarlo. Il loro rapporto concludeva che alimentare il 50% dei veicoli statunitensi con etanolo richiederebbe 180 milioni di acri di panico verga. Si tratta del 40% di tutta la terra agricola degli Stati Uniti. Sembra un enorme pezzo di terra.
Jason Grumet della National Corn to Ethanol Progress Coalition ha un contrappunto. Egli ritiene che progressi costanti in ricerca e sviluppo potrebbero ridurre il fabbisogno di terreno a 30 milioni di acri in 20-30 anni. Questo numero è significativo perché corrisponde all’incirca alla superficie coltivata nel Conservation Reserve Program (CRP).
La controversia sul programma della Conservation Reserve
Il CRP paga gli agricoltori affinché lascino i terreni a maggese. Riduce l’impatto ambientale dell’agricoltura. L’argomentazione di Grumet implica che potremmo coltivare combustibile su questa terra inattiva esistente. I critici hanno una visione diversa.
Gli scettici sottolineano che i terreni CRP vengono accantonati proprio perché non possono produrre raccolti di alta qualità. Se le grandi aziende energetiche cominciassero a investire denaro nella produzione di panico verga, il loro obiettivo sarà il massimo rendimento. L’elevata resa richiede un buon terreno. Pertanto, le aziende potrebbero eventualmente preferire i terreni coltivabili rispetto ai terreni marginali.
Ciò crea un conflitto diretto. La produzione di energia potrebbe cannibalizzare la produzione alimentare.
Dinamiche tra cibo e carburante
Usiamo già una piccola parte delle colture alimentari come combustibile. Se i biocarburanti diventassero la nostra fonte energetica primaria, la competizione per i terreni si intensificherebbe. Il dottor Eric Holt-Gimenez dell’Istituto per le politiche alimentari e di sviluppo mette in guardia dagli effetti a catena sull’economia.
Quando i prezzi del carburante aumentano, i prezzi dei prodotti alimentari seguono lo stesso. Riguarda i costi di produzione e di trasporto. Holt-Gimenez sostiene che se cibo ed energia competono per la stessa terra, il rapporto diventa reciproco. I prezzi dei prodotti alimentari potrebbero far lievitare i costi energetici, proprio come i costi energetici fanno lievitare quelli alimentari.
C’è anche una preoccupazione umanitaria. I programmi alimentari in eccedenza per i paesi affamati potrebbero esaurirsi. Perché? Perché il cibo in eccedenza è più facile da convertire in biomassa per l’etanolo che da trasportare come aiuto.
Scetticismo e slancio
Non tutti sono convinti. Alcuni ricercatori ritengono che l’entusiasmo intorno all’etanolo cellulosico sia troppo roseo. Citano studi che mostrano un rapporto energetico inferiore a quello pubblicizzato. Questi studi sono meno numerosi. Ricevono molta meno attenzione.
La narrazione prevalente è più ottimistica. Se i finanziamenti e l’opinione pubblica sono un indicatore, l’etanolo panico sta facendo progressi. La tecnologia non è ancora perfetta. La catena di fornitura non è dimostrata su larga scala. Ma la direzione è chiara.
Stiamo passando da un modello incentrato sul cibo a un modello incentrato sull’energia. Il terreno deciderà quali colture crescere. Il mercato deciderà quali cartellini dei prezzi attenersi. L’esito resta incerto.
Il costo reale della benzina verde
I numeri sulla pagina sono facili da interpretare erroneamente. Vedi un risultato di laboratorio e pensi che la rivoluzione sia qui. Non lo è.
L’etanolo da mais è una perdita netta di energia se si conta ogni goccia di diesel utilizzata dal trattore e ogni kilowattora che illumina la distilleria. Il ritorno energetico sull’investimento è scarso. Marginale. Switchgrass cambia i conti.
Cresce su terreni che il mais non può toccare. Non necessita di reimpianto annuale. Lo raccogli una volta, aspetti due anni e raccogli di nuovo. Il sistema radicale rimane fermo. Tiene il suolo. Sequestra il carbonio in un modo che le colture in filari non riescono mai a fare.
Perché il panico verga batte il mais
La maggior parte delle persone ritiene che tutti i biocarburanti siano uguali. Non lo sono.
Il mais richiede fertilizzanti azotati pesanti. Quel fertilizzante rilascia protossido di azoto, un gas serra molto più potente della CO2. Switchgrass? Fissa il proprio azoto dall’aria. Zero fertilizzanti necessari dopo il secondo anno.
La resa per acro è inferiore al contenuto di amido di mais, sì. Ma il costo di input è vicino allo zero. Non comprerai semi ogni primavera. Non stai arando ogni autunno. Stai solo falciando.
“La ricerca Switchgrass mira a creare etanolo per alimentare i veicoli a 1 dollaro al gallone.” – Newswise, dicembre 2006
Quel prezzo non è magico. È agronomia. È biologia. È la differenza tra nutrire una macchina e nutrire un prato.
Il divario infrastrutturale
Sapere che funziona è una cosa. Metterlo nel tuo acquario è un altro.
Non abbiamo le pompe. Non disponiamo di silos di stoccaggio per l’etanolo cellulosico su larga scala. Le raffinerie che esistono oggi sono costruite per il mais. Sono caldi, acidi e fragili. Il panico verga è più duro. Ricco di lignina. Richiede enzimi diversi. Diversi profili termici.
Il Dipartimento dell’Energia sta investendo denaro nella ricerca e sviluppo. L’Oak Ridge National Laboratory sta decifrando il codice sull’idrolisi enzimatica. Vogliono scomporre la cellulosa senza bruciarla. Senza sprechi.
Ma la politica si muove più lentamente della scienza. I crediti d’imposta favoriscono le colture consolidate. La lobby del mais ha tasche profonde. Il Switchgrass è una pianta perenne in un mondo di piante annuali.
Dove cresce?
Non ovunque.
Prospera nelle terre marginali. Dakota del Nord occidentale. I Dakota. Parti del Midwest dove la resa del mais diminuisce a causa della qualità del suolo. Non compete con la produzione alimentare perché non vuole essere cibo.
In Brasile, l’etanolo da canna da zucchero funziona grazie al clima. Negli Stati Uniti, abbiamo la superficie coltivata. Ci manca solo la filiera della lavorazione.
La Riserva Strategica di Petrolio è inattiva, piena di greggio proveniente da regioni geopoliticamente instabili. Immagina di riempire quei serbatoi con etanolo proveniente dal panico verga locale. La sicurezza energetica non significa trovare più petrolio. Si tratta di disaccoppiarsi dal prezzo spot globale.
Il risultato finale
È meglio per l’ambiente?
SÌ. Ma non perché sia “verde”. Perché è efficiente.
L’etanolo da mais fa risparmiare forse il 20% sull’energia netta. Switchgrass? Le stime vanno dal 200% al 900% a seconda dello studio e del metodo di elaborazione. Wang dell’Argonne National Lab mostra significative riduzioni dei gas serra. Lang alla Cornell era scettico nei confronti del mais. Non è stato così duro con l’erba.
La tecnologia esiste. Il raccolto esiste. La terra esiste.
Dobbiamo solo smettere di provare a distillare il grano e iniziare a distillare i rifiuti.
