Er små popler fremtiden for biobrændstoffer? Undersøgelser siger ja

I jagten på at producere biobrændstoffer til en overkommelig pris, poppeltræer er en af ​​Pacific Northwests bedste bud - træerne er rigelige, hurtigt voksende, kan tilpasses mange terræner, og deres træ kan omdannes til stoffer, der bruges i biobrændstof og højværdikemikalier, som vi er afhængige af i vores daglige liv.

Men selv når forskere tester poplers potentiale til at omdannes til alt fra ethanol til kemikalier i kosmetik og rengøringsmidler, et forarbejdningsanlæg i kommerciel skala for poppel er endnu ikke opnået. Dette skyldes primært, at produktionsomkostningerne stadig ikke er konkurrencedygtige med den nuværende oliepris.

Et team fra University of Washington forsøger at gøre poppel til en levedygtig konkurrent ved at teste produktionen af ​​yngre poppeltræer, der kunne høstes oftere- efter kun to eller tre år- i stedet for den sædvanlige 10- til 20-årige cyklus. Disse træer, hovedsagelig unge sammenlignet med fuldvoksne voksne, plantes tættere sammen og skæres på en sådan måde, at flere grene spirer op fra stubben efter hver høst, bruge de samme rodsystemer i op til 20 år. Denne metode kaldes "coppicing, "og træerne er kendt som poppelkobber.

Holdet er det første til at prøve at konvertere hele det unge træ – inklusive blade, bark og stængler - til bioolie, et biologisk afledt olieprodukt, og ethanol ved anvendelse af to separate processer. Deres resultater, udgivet i sommer i to artikler - den ene i ACS Sustainable Chemistry &Engineering og den anden i Bioteknologi til biobrændstoffer - peg på en lovende fremtid for brug af poppelkobber til biobrændsel.

"Vores forskning viste, at poppelhår kan være en god mulighed for at imødekomme de billige, højvolumenkriterier for biobrændstofråvarer, " sagde hovedforfatter Chang Dou på begge papirer, en ph.d.-studerende i UW's Bioresource Science and Engineering-program. "Vores resultater er vigtige for fremtidens biobrændstofindustri, og det ultimative mål er at gøre biobrændstof til poppelhårs et skridt tættere på pumpen."

Poppelflis fra ældre træer har været i fokus for de fleste undersøgelser, hovedsagelig fordi trædele indeholder den højeste koncentration af sukker, hvilket er vigtigt for fremstilling af ethanol og kemikalier. Tidligere undersøgelser viser, at poppelflis er en levedygtig biobrændstofkilde, men omkostningerne er stadig ikke udtømmende, især da træer fældes kun én gang hvert 10. år. Derudover andre trædele går til spilde, når kun stammen bruges, gør processen mere ineffektiv og spildfuld.

Imidlertid, hvis poppel blev plantet tæt sammen som en landbrugsafgrøde, og hele træer blev høstet på en meget hurtigere cyklus, det kunne give mening ud fra et omkostningsperspektiv og give et kort investeringsafkast – og være mere attraktivt for landmændene.

Alternative brændstoffer skal give økonomisk mening, forskerne understreger, for biobrændstoffer til at gøre indhug i det oliedrevne marked.

"Vi har de miljømæssige incitamenter til at producere brændstoffer og kemikalier fra vedvarende ressourcer, men lige nu, de er ikke nok til at konkurrere med lave oliepriser. Det er problemet, " sagde Renata Bura, en UW-lektor ved School of Environmental and Forest Sciences og seniorforfatteren.

Buras forskning er en del af Advanced Hardwood Biofuels Northwest-projektet finansieret af US Department of Agricultures National Institute of Food and Agriculture. Projektet, instrueret af UW professor Rick Gustafson, er et konsortium af universiteter og industrier ledet af UW, hvis mål er at lægge grundlaget for en biobrændstof og en biobaseret industri i Pacific Northwest baseret på poppelråvarer. Til denne undersøgelse, træer i Jefferson, Oregon - et af de fire undersøgelsessteder - blev plantet i rækker tæt sammen i foråret 2012 og høstet mindre end to år senere, før bladene var faldet.

UW-teamet testede først, om hele unge poppeltræer kunne omdannes til sukker ved en proces, der bruger høj temperatur, tryk og enzymer til at nedbryde træmaterialerne til sukker. Derfra, det er muligt at lave ethanol, eddikesyre, mælkesyre og andre værdifulde kemikalier ved gæring af sukkeret.

Efter at have behandlet træerne, forskerne fandt ud af, at blade er dårlige præstationer og sænkede den samlede sukkerproduktion, ikke bare fordi blade er naturligt lave i sukker, men de indeholder også andre kemikalier, der forhindrer sukkerfrigivelsesprocessen. Når det skaleres op til en kommerciel operation, blade skal fjernes og kan bruges til andre formål, såsom foder til dyr.

De testede også hele poppeltræer fra det samme plot i en anden konverteringsproces, der bruger meget højere varme - op til 500 grader Celsius - til at omdanne træmaterialerne direkte til bioolie i en proces kaldet "pyrolyse". Forskning er i gang for at omdanne denne mørkebrune olie til et transportbrændstof, der ligner benzin eller diesel.

I forsøget forskerne fandt ud af, at det at inkludere blade ikke gjorde den store forskel for kvaliteten af ​​den resulterende bioolie. Når opskaleret, producenter kunne i sidste ende spare tid og penge ved ikke at adskille blade fra grene for at opnå olie af samme kvalitet.

Fremtidige poppelproduktionsanlæg kunne udnytte begge metoder, vejningsfaktorer som de aktuelle materialeromkostninger eller dollarværdien af ​​de produkter, der laves for at afgøre, hvilken metode der giver mere økonomisk mening, Dou forklarede.

De unge popper, der blev brugt i undersøgelsen, har lignende egenskaber som skud, der ville spire fra en stub i en ægte klippeoperation. Ved at bruge den skæremetode, det er muligt at høste træer hvert andet år i op til 20 år uden den ekstra indsats og omkostninger ved at trække rødder op, forberedelse af jorden og plantning af nye træer, som er påkrævet i sædvanlige plantningsregimer.

Ultimativt, forskerne siger, at halmpoppel sandsynligvis er den bedste balance mellem omkostninger og pålidelighed for avlere i Pacific Northwest til at producere biobrændstof.

"I øjeblikket, vi ser på, hvordan vi kan dyrke poppel til monetiserede økosystemtjenester, "Sagde Bura." I fremtiden vil vi forestiller os en biobaseret industri, der vil give flere miljømæssige fordele, vil styrke landdistrikterne og tjene som en bro til en fuldt udviklet biobrændstofindustri. "