Gagasan kayu: Terima kasih kepada fizik, biofuel yang berdaya maju boleh tumbuh di dalam hutan

ROTORUA, New Zealand-Pitches saya kepada editor Ars ', bertentangan dengan artikel saya, pendek dan tepat. "Saya akan pergi ke New Zealand tidak lama lagi, mereka mempunyai industri perhutanan yang besar dan terdapat sebuah institut penyelidikan tempatan yang berusaha membuang kayu buangan ke dalam biofuel. Saya fikir ia akan membuat cerita yang sangat baik."

Dalam fikiran saya, penerimaannya adalah sama ringkas: "Sweet as. Nikmati perjalanan anda ke tanah biokimia."

Hari ini, biofuel boleh menimbulkan imej telinga jagung atau Prius untuk pembaca AS, tetapi industri dalam negeri telah banyak mengenai politik sejak kebelakangan ini kerana inovasi saintifik. Walaupun para penyelidik dan organisasi saintifik telah mencari sumber tenaga hijau dalam segala-galanya dari sisa buangan manusia kepada alga yang rendah hati, kerajaan negeri dan persekutuan terus meremehkan betapa pentingnya bidang ini.

SayaberfikirNew Zealand akan menawarkan beberapa kontras kimia. Negara ini menghasilkan banyak wang untuk eksport kayu, tetapi keuntungan ini pada umumnya bukan dari hutan primer. Sebaliknya, New Zealand bergerak banyak spesies eksotik yang berkembang pesat. Terdapat banyak bahan buangan dalam pemprosesan ini, dan, pada masa ini, sebahagian besarnya dibiarkan merosot, menyumbang kepada pelepasan karbon dioksida secara keseluruhan dari industri hutan negara.

Institut yang saya lawati, Scion, mempunyai program penyelidikan yang lama untuk mengubah kayu sisa menjadi biofuel. Walaupun itu tidak mengurangkan pelepasan sepenuhnya, sekurang-kurangnya anda mendapat sesuatu yang berguna daripada proses itu. Dan dengan kayu berbanding tanaman yang ditanam secara khusus untuk biofuel, anda tidak boleh memilih bahan anda dan sepadan dengan proses untuk menjadikannya lebih cekap. Sebaliknya, Scion menghadapi cabaran unik: mencari proses yang berfungsi untuk kayu New Zealand, dan kemudian menghasilkan rantaian pemprosesan yang cekap. Berbanding dengan rumput dan jagung di Amerika Syarikat, ini seolah-olah menjadi pertempuran biofuel yang berlaku terutamanya di makmal.

Saya akhirnya mendapati keseluruhan premis saya adalah biofuel yang tidak disengajakan di New Zealand tidak benar-benar mengenai biokimia, sama ada. Atau, sekurang-kurangnya mereka tidak hanya mengenai biokimia. Semasa petang saya di taman inovasi Scion, saya mendapati diri saya mendengar banyak ekonomi dan ... fizik? Kadang-kadang anda tidak boleh melepaskan kerja hari anda, saya rasa. Tetapi ternyata bahawa fizik mungkin menawarkan sedikit pemahaman tentang bagaimana, jangka panjang, biokimia biofuel dapat diperbaiki.

Tunggu, kenapa kita peduli dengan jagung lagi?

Sudah tentu, saya sudah maju ke hadapan. Kenapa orang di mana sahaja mengambil berat tentang biofuel, sekali lagi?

Masalah terbesar dengan bahan bakar fosil bukanlah membakar bahan api membebaskan CO2. Tidak, masalahnya ialah gelung itu tidak ditutup. Sebaliknya, kitaran bahan api ditutup, tetapi masa antara CO2 yang dikeluarkan oleh Ford F150 anda dan CO itu2 Menjadi deposit minyak berjuta-juta tahun. Dalam tahun-tahun intervensi, jumlah keseimbangan CO2 percuma adalah terlalu tinggi untuk kebaikan kita sendiri.

Kitaran bahan api yang ideal akan menjadikan CO2 kembali ke dalam bahan api dalam masa beberapa tahun-atau, sekurang-kurangnya, bahan bakar dan perkara-perkara lain. Bergantung pada pokok-pokok lama yang mati untuk hidrokarbon tidak berhenti di petrol, selepas semua. Pelincir dan plastik adalah dua lagi kegunaan musim bunga itu, dan ada yang lain-lebih banyak gelung yang perlu ditutup dalam masa terdekat.

Jadi, apakah alternatifnya? Menghasilkan minyak dan bahan api secara langsung dari tumbuhan adalah tradisi kuno di kalangan manusia. Bolehkah versi berteknologi tinggi memainkan peranan dalam membekalkan keperluan tenaga masa depan kita?

AS telah menumpukan banyak jagung untuk membuat bahan bakar. Sudah tentu, jagung juga makanan, sehingga menimbulkan isu kedua: tanah yang digunakan untuk bahan bakar tidak dapat digunakan untuk menanam makanan. Oleh kerana populasi dunia seperti nutrisi harian mereka, ini menimbulkan ketegangan. Dan ketegangan ini telah menghasilkan beberapa tindakan kawal selia, dengan EU menyekat pertumbuhan biofuel di tanah yang sebaliknya akan digunakan untuk pengeluaran makanan.

Anda boleh, tentu saja, memisahkan bahagian-bahagian tanaman yang boleh dimakan dari yang tidak boleh dimakan dan menggunakannya untuk membuat bahan bakar-dengan cara itu anda tidak akan kehilangan banyak tanah yang boleh dimakan untuk menaikkan pengeluaran. Malangnya, itu tidak banyak membantu kerana tumbuhan yang memberi kita jagung sebenarnya adalah bahan suapan biofuel yang berkualiti rendah. Terdapat tanaman lain, seperti rumput beralih, yang menawarkan hasil bahan api yang lebih besar bagi setiap kawasan tanah. Tetapi terdapat kos persekitaran yang berbeza yang berkaitan dengan mereka juga. Rumput mungkin memerlukan air lebih banyak daripada yang boleh dibekalkan secara lestari, contohnya.

Semua ini bermakna bahawa memburu tanaman biofuel yang baik dan teknik pemprosesan masih jauh dari. Dan semua yang membawa saya ke Scion.

Selamat datang ke Scion

Sebagai sesuai dengan institut penyelidikan yang dikhaskan untuk semua kayu, Scion mempunyai kampus yang besar dan indah, yang terletak di tepi hutan rekreasi dan medan geoterma yang aktif. Bangunan utama adalah hubungan indah dengan panel kayu, seni kayu, dan ukiran kayu Maori. Resepsionis menyambut ketibaan saya dalam fesyen mesra kiwi yang tipikal dan dengan cepat bekerja saya awal. (Tidak satu jam lebih awal, saya telah hari awal-kegembiraan jet lag dan sikap santai terhadap agenda saya.) Saya mengambil kesempatan daripada kejutan tuan rumah saya untuk tidur melalui video keselamatan dan melepaskan Wi-Fi untuk mengejar e-mel.

Di pejabat lama bertimbun tinggi dengan kertas, tuan rumah saya, Dr. Paul Bennet, membawa saya melalui selok-belok pendekatan yang sangat praktikal untuk biofuel. Bennett adalah orang pertama yang menganggap saya berpendapat bahawa saya akan mendapat kisah penyelidikan biokimia. Inisiatif ini sebenarnya mengenai ekonomi. Biofuels dan perhutanan tidak, saya dapati, betul-betul perlawanan yang dibuat di syurga.

Sekarang, di permukaan, mereka boleh. Hutan perladangan untuk kayu dan kertas biasanya menggunakan pokok yang cepat tumbuh, dan selalunya mereka ditanam di tanah yang tidak sesuai untuk bentuk pertanian lain: bukit negara, misalnya. Pada nilai muka, ini menghilangkan masalah bersaing dengan tanaman makanan, dan anda memperoleh sumber bahan bakar yang dapat diperoleh dari sisa kehutanan.

Dig sedikit lebih mendalam dan masih kelihatan OK. Dalam operasi perhutanan moden, terdapat banyak kayu buangan. Walaupun kilang papan kilang moden dan kilang pulpa dan kertas direka untuk mengubah setiap jenis kayu boleh digunakan ke dalam produk, banyak sisa tidak dapat dielakkan. Kilang papan membakar habuk papan untuk tenaga, tetapi pembakaran hab habuk basah dan berlumpur dengan cekap tidak semudah menyalakan pertandingan. Ia boleh menjadi lebih cekap untuk mengubahnya menjadi bahan api cair terlebih dahulu.

Tetapi Bennett juga menegaskan masalah besar: pokok-pokok yang dituai untuk menanam kayu untuk waktu yang lama sebelum mereka dituai. Bahan api, idealnya, berasal dari kitaran pertumbuhan dan panen yang cepat. Dan itu sebelum mempertimbangkan isu pengangkutan.

Minyak keluar daripada telaga dan boleh diangkut di saluran paip. Mudah untuk mendapatkan banyak minyak mentah dari satu lokasi dan menghantarnya ke satu lokasi, jadi anda boleh membina kilang penapis yang besar yang menyaring, retak, polimer, dan sebaliknya memasak minyak mentah ke dalam pelbagai jenis bahan kimia organik yang boleh dihantar untuk kegunaan atau pemprosesan selanjutnya. Skala dibina.

Bahan bakar biofuel tidak mudah diangkut, dan mereka sukar untuk skala.

"Salah satu daripada kos besar di sekitar biofuel selalu menjadi bahan makanan," kata Bennett. "Anda tidak mahu mengangkut bahan makanan itu jauh, kerana anda pada dasarnya mengambil banyak air, jadi, jika anda boleh melakukan [pemprosesan] dekat dengan tempat anda menanam bahan untuk mengecilkannya dalam istilah tenaga, menjadi lebih baik."

Bahan tumbuhan tersebar di kawasan yang luas dan harus dituai. Selepas menuai ia perlu dibawa ke lokasi pusat untuk diproses. Skala apa yang paling menjimatkan untuk itu? Satu kilang penapisan besar memberikan anda skala ekonomi pada hujung pemprosesan tetapi peningkatan kerugian akibat pengangkutan; Tumbuh-tumbuhan yang lebih kecil mungkin bertemu di suatu tempat di tengah.

Titik keseimbangan di mana skala yang masuk akal benar-benar bergantung kepada sifat tanaman dan tanah yang akan anda hasilkan dari. Dan kedua-duanya boleh berubah bergantung pada penggunaan tanah sejarah.

Di pasaran biofuel Amerika Syarikat, contohnya, jagung adalah raja, dan ekonomi mengubahnya menjadi biofuel yang mantap. Tetapi ia mungkin tidak akan tetap seperti itu. Ia bersaing dengan pengeluaran makanan pada dua tuduhan: ia tumbuh di tanah yang sama dengan tanaman makanan, dan setiap kernel jagung yang masuk ke dalam reaktor biofuel adalah kernel dikeluarkan dari mulut yang potensial. Untuk generasi biofuel generasi akan datang, belum jelas apa masa depannya kelihatan-kecil dan diedarkan, besar dan berpusat, atau di mana-mana.

Realiti ekonomi adalah apa yang mendorong penyelidikan semasa. Jelas sekali, kayu buangan dari perhutanan tidak akan pergi jauh, tetapi ladang-ladang tumbuh lebih cepat, pokok-pokok semak mungkin memberikan kelebihan, kerana mereka boleh ditanam pada kepadatan tinggi dengan masa kitaran kurang dari 10 tahun. Dan kerana mereka akan dituai menggunakan sesuatu yang lebih seperti peralatan perhutanan tradisional, mereka masih sesuai untuk berkembang pada lanskap yang agak curam, dengan itu mengelakkan persaingan dengan tanaman makanan.

Walau bagaimanapun, apa yang jelas, ialah biofuel, jika dilakukan dengan betul, dapat membekalkan keperluan tenaga tempatan. Di Amerika Syarikat, penggunaan biomas pertanian dan perhutanan sisa boleh memenuhi lebih daripada 30 peratus keperluan bahan api pengangkutan AS. Sekarang, saya tahu bahawa bateri adalah kegemaran semasa, tetapi bahan api cecair masih mempunyai kepadatan tenaga yang lebih tinggi dan masih lebih sesuai untuk menyalurkan trak, kapal, dan kapal terbang jarak jauh.

Tetapi, dengan mengambil kira ekonomi asas penuaian dan pengangkutan akhirnya berjaya, perjalanan ini ke Scion mengingatkan saya masih ada masalah dengan kimia.

Tonton video itu: 30 IDE KEREN YANG BISA KAMU BUAT (Januari 2020).