Да ли би млазно гориво произведено од шећерне трске могло да буде кључ чистијег лета?

Авиоиндустрија производи 2% глобалних емисија угљен-диоксида изазваних људским дјеловањем. Овај удео се може чинити релативно малим - за перспективу, производња електричне енергије и грејање у домаћинству чине више од 40 процената - али авијација је један од најбрже растућих извора стакленичких гасова у свету. Предвиђа се да ће се потражња за авионским путовањима удвостручити у наредних 20 година.

Авио компаније су под притиском да смање своје емисије угљеника и веома су рањиве на глобалне флуктуације цена нафте. Ови изазови изазвали су велико интересовање за млазна горива из биомасе. Гориво за био-млаз може се произвести из различитих биљних материјала, укључујући уљарице, шећерне усеве, биљке скроба и лигноцелулозну биомасу, кроз различите хемијске и биолошке путеве. Међутим, технологије за претварање нафте у млазно гориво су у напреднијој фази развоја и дају већу енергетску ефикасност од других извора.

Ми производимо шећерну трску, најпродуктивнију фабрику на свету, за производњу нафте која се може претворити у био-млазно гориво. У недавној студији, открили смо да употреба овог пројектованог шећерног трска може дати више од 2.500 литара био-млазног горива по хектару земље. Једноставно речено, то значи да би Боеинг 747 могао да лети 10 сати на био-јет гориво произведено на само 54 хектара земље.У поређењу са два конкурентна биљна извора, соја и јатрофа, липидкане би произвеле око 15 и 13 пута више млазног горива по јединици земљишта, респективно.

Стварање шећерне трске

Био-млазна горива која се добијају из сировина богатих уљем, као што су камелина и алге, успешно су тестирана у доказивању летова са концептом. АСТМ Интернатионал, глобална организација за развој стандарда, одобрила је 50:50 мјешавину млазног горива на бази нафте и хидропроцесираног обновљивог горива за комерцијалне и војне летове.

Међутим, чак и након значајних истраживања и комерцијализације, тренутне количине производње био-јет горива су веома мале. Израда ових производа у већем обиму ће захтијевати даљња технолошка побољшања и обилну јефтину сировину (усјеви који се користе за производњу горива).

Шећерна трска је добро познати извор биогорива: Бразил већ деценијама ферментира сок од шећерне трске ради производње горива на бази алкохола. Етанол из шећерне трске даје 25% више енергије од количине која се користи током производног процеса, и смањује емисију стакленичких плинова за 12% у односу на фосилна горива.

Питали смо се да ли бисмо могли повећати производњу природног уља у погону и користити нафту за производњу биодизела, што пружа још веће користи за животну средину. Биодизел даје 93 одсто више енергије него што је потребно да би се то остварило и смањује емисије за 41 проценат у односу на фосилна горива. Етанол и биодизел се могу користити у био-млазном гориву, али технологије за претварање уља из биљног материјала у млазно гориво су у напредној фази развоја, дају високу енергетску ефикасност и спремне су за широку примјену.

Када смо први пут предложили инжењерску шећерну трску да произведе више нафте, неки од наших колега су мислили да смо луди. У биљкама шећерне трске налази се само 0,05 посто уља, што је премало да би се претворило у биодизел. Многи научници су навели да би повећање количине нафте на 1 посто било токсично за фабрику, али наши компјутерски модели су предвидјели да можемо повећати производњу на 20 посто.

Уз подршку Агенције за напредне истраживачке пројекте Одјела за енергију, покренули смо истраживачки пројект под називом Биљке конструисане за замјену уља у шећерном трску и сирку, или ПЕТРОСС, у 2012. години. Од тада смо кроз генетски инжењеринг повећали производњу нафте и масних киселина да би се постигло 12 процената уља у листовима шећерне трске.

Сада радимо на постизању 20 одсто нафте - теоријске границе, према нашим компјутерским моделима - и циљању ове акумулације уља на стабљику биљке, где је приступачније него у лишћу. Наше прелиминарно истраживање је показало да чак и док инжењерска постројења производе више нафте, они настављају да производе шећер. Овим пројектованим биљкама називамо липидцане.

Вишеструки производи из липидне каде

Липидцане нуди многе предности за пољопривреднике и животну средину. Израчунали смо да би узгој липидкана који садржи 20 посто нафте био пет пута профитабилнији по хектару него соја, главна сировина која се тренутно користи за производњу биодизела у Сједињеним Државама, и двоструко профитабилнија по хектару као кукуруз.

Да би био одрживо, гориво за био-млаз мора такође бити економично за обраду и имати високе производне приносе који минимизирају коришћење обрадивих површина. Процењујемо да у поређењу са сојом, липидкане који садрже 5 одсто уља могу произвести четири пута више млазног горива по хектару земље. Липидкане са 20% уља могу произвести више од 15 пута више млазног горива по јутру.

А липидни камен нуди друге енергетске користи. Дијелови биљке који су остали након вађења сока, познатији као багассе, могу се спалити како би се произвела пара и електрична енергија. Према нашој анализи, то би произвело више него довољно струје за напајање био-рафинерије, тако да би се вишак енергије могао продати назад у мрежу, замјењујући електричну енергију произведену из фосилних горива - праксу која се већ користи у неким постројењима у Бразилу за производњу етанола из шећерне трске.

Потенцијални усјеви биоенергије у САД

Шећерна трска успева на маргиналном земљишту које није погодно за многе усјеве хране. Тренутно се узгаја углавном у Бразилу, Индији и Кини. Такође смо инжињерски липидни канали да будемо хладније толерантнији, тако да се могу ширити, нарочито у југоисточним Сједињеним Државама на недовољно искориштеном земљишту.

Ако смо посветили 23 милиона хектара у југоисточном САД-у липидцану са 20 посто уља, процјењујемо да би овај усјев могао произвести 65 посто залиха америчког млазног горива. Тренутно, у тренутним доларима, то би гориво коштало авиокомпаније 5,31 долара по галону, што је мање од био-јет горива произведеног од алги или других уљаних култура, као што су соја, канола или палмино уље.

Липидкане се такође могу узгајати у Бразилу и другим тропским подручјима. Као што смо недавно извијестили у Натуре Цлимате Цханге, значајно повећање производње шећерне трске или липида у Бразилу могло би смањити садашњу глобалну емисију угљичног диоксида за до 5,6 посто. То се може постићи без утјецаја на подручја која је бразилска влада означила као еколошки осјетљиве, као што су прашуме.

У потрази за „енергетским штапом“

Наше истраживање липидних путева такође укључује генетско инжењеринг постројења како би се учинило фотосинтезом ефикаснијим, што се преводи у већи раст. У чланку из часописа Сциенце из 2016. године, један од нас (Степхен Лонг) и колеге из других институција показали су да је побољшање ефикасности фотосинтезе у липидцану повећало његов раст за 20 посто. Прелиминарна истраживања и теренска испитивања указују на то да смо побољшали фотосинтетску ефикасност шећерне трске за 20 посто, а за 70 посто у хладним увјетима.

Сада наш тим почиње да ради на производњи високоприносне сорте шећерне трске коју називамо "енергетски цане" да би се постигла већа производња нафте по хектару. Имамо више простора за покривање пре него што се може комерцијализовати, али развој одрживе биљке са довољно уља да би се економски произвела биодизел и био-млазно гориво је велики први корак.

Овај чланак је првобитно објављен на разговору Деепака Кумара, истраживача постдоктората; Степхен П. Лонг, професор биљних наука и биљне биологије; Вијаи Сингх, професор пољопривредног и биолошког инжењеринга и директор интегрисане истраживачке лабораторије за биопроцесирање, Универзитет Иллиноис у Урбана-Цхампаигн. Прочитајте оригинални чланак овде.