Одна из стратегий повышения конкурентоспособности биотоплива – заставить растения выполнять часть работы самостоятельно. Ученые могут создавать растения для производства ценных химических соединений или биопродуктов по мере их роста. Затем биопродукты могут быть извлечены из растений, а оставшийся растительный материал может быть превращен в топливо.
При производстве на самом заводе биопродукты могут помочь снизить стоимость получаемого биотоплива.
Но одна важная часть этой стратегии осталась неясной – сколько именно того или иного биопродукта необходимо произвести растениям, чтобы сделать процесс экономически целесообразным?
Теперь исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики (Berkeley Lab) и Объединенного института биоэнергетики (JBEI) Министерства энергетики, которым управляет Berkeley Lab, дали первое определение этого количества. Их исследование, проведенное совместно Коринн Скоун и Патриком Ши, недавно было опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Сначала исследователи собрали информацию о группе хорошо изученных биопродуктов, которые растения уже могут эффективно производить – от ароматизаторов до биоразлагаемого пластика. Производство ценного биопродукта поможет компенсировать затраты на производство биотоплива и удешевить весь процесс.
«Это действительно элегантное решение – иметь возможность спроектировать установку для непосредственного накопления ценного биопродукта», – сказал Скоун, исследователь из JBEI и Berkeley Lab’s Energy Technologies Area.
Затем они спроектировали и смоделировали, что потребуется для извлечения этих биопродуктов из растительного материала в контексте завода по переработке этанола. В этом случае ценные биопродукты будут извлекаться из растений, а оставшийся растительный материал будет преобразован в этанол.
Это помогло им ответить на два важных вопроса: какое количество биопродукта необходимо произвести на заводе, чтобы сделать процесс его извлечения целесообразным, и какое количество необходимо произвести, чтобы достичь целевой отпускной цены этанола в 2 доллара.50 на галлон.
К их удивлению, их результаты показали, что растения, которые должны производить, на самом деле вполне достижимы. Например, они подсчитали, что при накоплении в 0.6% от сухого веса биомассы, такое соединение, как лимонен, используемое в ароматизаторах и ароматизаторах, принесет чистую экономическую выгоду предприятиям биопереработки. Другими словами, если они смогут собрать 10 сухих метрических тонн биомассы сорго с акра земли, им потребуется извлечь только около 130 фунтов лимонена из этой биомассы.
«Исследователи из нашего отдела сырья были удивлены тем, насколько скромными были целевые уровни», – сказал Скоун. «Уровни, которые нам необходимо накапливать на заводах, чтобы компенсировать затраты на восстановление биопродуктов и снизить цены на биотопливо, вполне достижимы."
Их результаты показывают, что эта стратегия снижения стоимости биотоплива осуществима, но ученые не должны класть все яйца в одну корзину, потому что рынок для каждого ценного продукта ограничен по размеру.
Их анализ показывает, что всего пять биоперерабатывающих заводов промышленного масштаба могут удовлетворить весь прогнозируемый рыночный спрос на лимонен на 2025 год. Скоун сказал, что зерновые культуры необходимо выращивать для производства широкого спектра продуктов, чтобы обеспечить диверсификацию отрасли и отсутствие наводнения рынка для какого-либо одного продукта.
«Благодаря технико-экономическим моделям это исследование позволяет по-новому взглянуть на роль биопродуктов в улучшении экономики биоперерабатывающих заводов», – сказал Минлян Ян, научный сотрудник JBEI и ведущий автор исследования.
Скоун сказал, что наибольшее влияние на этот документ оказало то, что он предлагает первую количественную основу для фактической реализации этой стратегии экономии затрат, обеспечивая отправную точку для ученых, которые пытаются конструировать или разводить растения, которые сами создают биопродукты и компенсируют затраты на их создание. производство биотоплива в результате.
«Я думаю, что это исследование – лишь первый шаг к демонстрации будущего потенциала искусственно созданных биоэнергетических кормовых культур», – сказал Ши, директор по проектированию биосистем растений в JBEI. "Я полагаю, что наши выводы помогут мотивировать будущие усилия по обеспечению экономической жизнеспособности биотоплива."
Это исследование было поддержано Министерством энергетики США.