内布拉斯加州和达科他州的农民使美国更接近生物燃料经济,他们首次在大片土地上种植了柳枝稷——一种原产于北美的多年生草本植物(Panicum virgatum),通常自然生长在农田的边界——并证明它可以提供的能量是种植所需能量的五倍以上。
在与美国农业部(USDA)的合作下,农民们追踪了用于建立植物的种子、用于促进其生长的肥料、用于耕种的燃料、总降雨量以及最终在7至23英亩(3至9公顷)大小的田地上连续五年收获的草量。
美国农业部植物科学家肯·沃格尔说,一旦建立,这些田地每公顷可产出5.2至11.1公吨的草捆,具体取决于降雨量。“它随降水的时机而波动,”他说。“柳枝稷最需要水分的时间是在春季和仲夏。如果秋季下雨,对当年的作物没有太大好处。”
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但是,一种只需种植一次的草的产量,平均每消耗一兆焦耳的石油(以氮肥或拖拉机柴油的形式)来种植它们,就能产生13.1兆焦耳的乙醇能量。“这是一个预测,因为目前还没有生物炼油厂可以处理像柳枝稷提供的纤维素材料,”沃格尔指出。“我们非常有信心乙醇产量非常接近。” 这意味着柳枝稷乙醇提供的能量是生产所需能量的 540%,相比之下,根据最乐观的研究,玉米乙醇仅能返回大约 25% 以上的能量。
美国能源部(DOE)正在部分资助建设六家此类纤维素生物炼油厂,估计总成本为 12 亿美元。首家建造的将是位于佐治亚州索珀顿的 Range Fuels 生物炼油厂,该厂将把木材行业的木材废料加工成生物燃料和化学品。能源部正在提供最初的 5000 万美元用于启动建设。
能源部长塞缪尔·博德曼在 11 月 Range Fuels 工厂破土动工仪式上表示:“由柳枝稷或锯末和木屑等林业废料制成的具有成本竞争力、对能源负责的纤维素乙醇需要更复杂的精炼工艺,但这是值得投资的。”“纤维素乙醇比玉米制成的乙醇含有更多的净能量,并且排放的温室气体明显更少。”
事实上,沃格尔和他的团队本周在《美国国家科学院院刊》上报告称,柳枝稷将在其相对永久的根系中储存足够的碳,以抵消种植柳枝稷和车辆燃烧衍生乙醇所排放的 94% 的温室气体。当然,这一估计也依赖于使用草的剩余部分作为生物炼油厂的燃料。“植物细胞壁中的木质素可以燃烧,”沃格尔说。
使用本地草原草的目的是为了避免与生物燃料相关的其他一些风险,例如当地动物生命多样性减少以及用燃料作物取代粮食作物。“这是一种可以在边际土地上种植的能源作物,”沃格尔辩称,例如美国农业部“保护储备计划”条款下农民目前获得报酬而不种植的超过 3500 万英亩(1420 万公顷)的边际土地。
但沃格尔认为,即使是本地草原草也需要科学家和农民的帮助才能实现必要的产量,以帮助乙醇成为石油衍生汽油的可行替代品。“要真正最大限度地发挥其产量潜力,您需要提供氮肥,”他说,以及改进的育种技术和遗传品系。“低投入系统根本无法获得每英亩所需的能量来提供饲料、燃料和纤维。”