211service.com
Mokslininkas vis dar kovoja už švarų kurą, kurį pamiršo pasaulis
Dešimtmetį trukusios investicijos į pažangųjį biokurą niekur nenuvedė, tačiau Jay'us Keaslingas nesibaimina. 2018 m. gegužės 10 d
Paskutinėmis 2008 m. savaitėmis JAV Energetikos departamentas pakvietė politikus ir spaudą į Jungtinio bioenergetikos instituto įteikimo ceremoniją Emeryville mieste, Kalifornijoje. Šiuolaikinė laboratorija, finansuojama 125 mln. JAV dolerių federaliniu finansavimu, užpildė viršutinį blizgančio stiklinio biurų pastato aukštą, atspindintį didžiules pažangaus biokuro viltis.
Tai suburia geriausius žmones vienoje vietoje dirbti su vienu svarbiausių mūsų laikų iššūkių, sakė Jay'us Keaslingas, Kalifornijos universiteto Berklio sintetinis biologas ir tyrimų instituto vadovas.
JBEI (tariama jay-bay) misija buvo gaminti pigų biokurą iš celiuliozės šaltinių, o tai reiškia, kad augalų lapai ir stiebai, pavyzdžiui, žolė, o ne maistinių augalų, pavyzdžiui, kukurūzų, grūdai. Laboratorijos tikslas buvo ne tik etanolis, bet ir sukurti anglies atžvilgiu neutralų kurą, kuris galėtų užpildyti standartinių automobilių, lėktuvų, laivų ir sunkvežimių bakus. Jei jiems pasiseks, tai pažadėjo smarkiai sumažinti šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisiją ir JAV priklausomybę nuo naftos (žr. „Biokuro kaina“).
JBEI kuria žolės ir sorgo rūšis, kurios gamina daug daugiau cukraus ir daug mažiau lignino.
Keaslingas padarė tiek pat, kiek ir bet kuris pavienis asmuo, siekdamas pažangos šioje srityje ir parduoti pažadą naudoti tokį kurą. Jis ne tik vadovavo JBEI, bet ir įkūrė keletą gerai finansuojamų startuolių, įskaitant LS9 ir Amyris Biotechnologies, kad ši vizija taptų realybe.
Tačiau po dešimtmečio ši sritis yra apgriuvusi. JBEI ir kitos federaliniu mastu finansuojamos bioenergijos laboratorijos vis dar gyvuoja, tačiau dauguma pažangių biokuro įmonių, įskaitant Keasling's, atsisakė svajonės.
JAV įmonės gamina tik dalį celiuliozės degalų, reikalingų pagal atsinaujinančių kuro standartus, nustatytus paskutinės Busho administracijos pabaigoje, ir didžioji jo dalis yra etanolis, gautas iš žemės ūkio likučių, pavyzdžiui, kukurūzų stiebų. Atsižvelgdama į šį trūkumą, Aplinkos apsaugos agentūra kiekvienais metais paprasčiausiai išleidžia pažangiojo biokuro atleidimus, leidžiančius pramonei iš esmės tęsti veiklą kaip įprasta.
Kitas JBEI tikslas yra sukurti gamyklas, kurios ilgainiui galėtų gaminti pažangų biokurą už mažiau nei 3 USD už galoną.
JBEI padarė mokslinę pažangą, tačiau jei instituto pasėliai, metodai ir klaidos šiandien būtų išplėtotos komerciniu mastu, galonas gauto kuro kainuotų 14 kartų daugiau nei mes mokame už siurblį.
Pigių pažangių biodegalų gamyba tiesiog tapo daug sunkesnė problema, nei tikėtasi. Tikriausiai mes to neįvertinome ir tikriausiai perpardavėme, praėjusį mėnesį pripažino Keaslingas per interviu savo biure JBEI.
Vis dėlto, pavyzdžiui, Keaslingas neprarado vilties dėl ateities, kurioje biodegalai būtų perspektyvus benzino, dyzelino ir reaktyvinio kuro pakaitalas.
Išplovė per naktį
Keaslingas užaugo mažame Nebraskos miestelyje, kukurūzų ūkyje, kuris jo šeimoje buvo penkias kartas. Per chemijos inžinerijos magistrantūros studijas Mičigano universitete jis susižavėjo genų inžinerijos potencialu spręsti dideles problemas. Jis tęsė podoktorantūros studijas šioje srityje Stenforde, o tada, būdamas 28 metų, tapo profesoriumi Berklio universiteto UC.
Būtent ten jis ėmėsi novatoriško darbo sintetinės biologijos srityje, mieles ir bakterijas paversdamas mažytėmis gamyklomis, galinčiomis išspjauti izoprenoidus – junginių, naudojamų gumai, antibiotikams ir kvapams gaminti, klasę. Pažymėtina, kad jis ir jo bendradarbiai sukūrė sintetinį artemizinino pirmtaką, vieno iš nedaugelio veiksmingų maliarijos gydymo būdų, gamybos procesą, įterpiant į DNR iš kelių skirtingų organizmų. E. coli ir mielės. Tai laikoma vienu iš pirmųjų tikrų proveržių sintetinės biologijos srityje.
Perėjimas nuo artemizinino, molekuliniu požiūriu į naftą panašaus angliavandenilio, prie biokuro, nepadarė didelio vaizduotės šuolio. Ankstesniuose interviu Keaslingas aprašyta tai yra paprastas dalykas – pašalinti kelis genus ir pridėti kitą.
2008 m. pradžioje jo startuolis Amyris trimitavo planuoja pagaminti milijardą galonų per metus iš cukranendrių pagaminto biodyzelino iš savo bioinžinerijos būdu sukurtų mikroorganizmų už 60 USD už barelį ir visa tai per kelerius metus (žr. Biodegalų paieška).
Keaslingas demonstruoja pažangiausias laboratorijas JBEI, Emeryville mieste, Kalifornijoje.
Tačiau įsigalėjus 2008 m. ekonomikos nuosmukiui, naftos kainos nukrito iš aukščiausio lygio beveik 150 USD už barelį iki kelių dolerių 30 USD iki metų pabaigos. Atsinaujinančių išteklių ekonomika yra sunkus dalykas, kuriuo susižavėti, kai susiduriate su 30 USD vertės naftos bareliu, sako Davidas Berry, rizikos kapitalo įmonės „Flagship Pioneering“, 2005 m. kartu su Keaslingu įkūręs LS9, generalinis partneris. Skolos ir akcijų rinkos. išplautas per naktį.
Ir jie pasiėmė daug startuolių su savimi. Dauguma išgyvenusiųjų persikėlė į kitas verslo linijas. LS9 pradėjo gaminti specialias chemines medžiagas ir galiausiai ją įsigijo Atsinaujinančios energijos grupė (žr. Kodėl „Super Bugs“ pigių degalų pažadas žlugo).
Amyris, kuris išėjo į viešumą 2010 m. niekada negamino atsinaujinančio dyzelino komerciniu mastu. Dabar pagrindinis dėmesys skiriamas maistinėms medžiagoms, odos priežiūrai ir dirbtiniams skoniams bei kvapams. Atstovas atsisakė nurodyti, kokią kainą bendrovė galėjo pasiekti už kurą, tačiau Keaslingas įvertino 1,75 USD už litrą arba apie 6,63 USD už galoną.
Nepaisant viso entuziazmo prieš dešimtmetį, įperkamo pažangaus biokuro gamyba visada buvo įžūli idėja.
Pirmiausia turite pasodinti, nuimti derlių, išdžiovinti ir išsiųsti didžiulius kiekius pasėlių kuo švaresniu ir tvaresniu būdu. Ir tada prasideda sunkioji dalis.
Norint pašalinti kurą iš stiebų ir lapų, reikia atskirti energijos kupinus angliavandenius augalo ląstelių sienelėse nuo sumedėjusių lignino molekulių, kurios glaudžiai jungiasi aplink juos, paprastai naudojant rūgštis, slėgį ir šilumą. Tada jums reikia mikrobų, kurie gali suvartoti tuos angliavandenius, daugiausia celiuliozę, ir išpilti kurą. Tačiau nėra žinoma, kad natūraliai atsirandančios klaidos sukurtų tokio tipo, kuris galėtų tiesiogiai užpildyti esamų automobilių baką, todėl mokslininkai turi genetiškai modifikuoti tokias, kurios gali.
Nepaisant visų pastangų ir finansavimo, kai kurie šioje srityje dirbantys asmenys mano, kad per pastarąjį dešimtmetį nebuvo padaryta didelės realios pažangos sprendžiant šiuos iššūkius.
Plačiai žiūrima, kad nedaug kas pasikeitė, sako Gregory Stephanopoulos, MIT chemijos inžinerijos profesorius. Kelias nuo celiuliozės iki cukrų iki degalų, atrodo, šiandien nėra daug žadantis.
Pasiekti 3 galonus
Keaslingas nesutinka, teigdamas, kad JBEI ir kitos laboratorijos padarė didelę mokslo pažangą. Kalifornijos instituto, kuris yra šešių tyrimų laboratorijų ir universitetų bendradarbiavimo centras, mokslininkai paskelbė beveik 700 recenzuojamų straipsnių, uždirbo beveik 30 patentų ir įsteigė šešis startuolius.
JBEI tyrėjai genetiškai pakeitė žolės ir sorgo rūšis, todėl jos gamina daug daugiau cukraus ir daug mažiau lignino nei įprasti augalai. Jie taip pat sukūrė lignino pavertimo joniniais skysčiais procesą, kuris yra druskos, skaidančios biomasę, paversdamos atliekas efektyvia augalų dekonstrukcijos priemone.
Galiausiai mokslininkai sukūrė mikrobus, kurie iš šių augalų gali gaminti kelių rūšių degalus, įskaitant pinenas , reaktyvinio kuro pirmtakas; izopentenolis , kuris galėtų veikti kaip benzino pakaitalas; ir bisabolenas , kuris gamina velniškai gerą dyzeliną, sako Keaslingas.
Dėl šios bendros pažangos naujos kartos biokuro galono kaina sumažėjo nuo maždaug 300 000 USD iki maždaug 35 USD, bent jau tuo atveju, jei jie buvo gaminami komerciniu mastu, sako Keaslingas.
Tačiau, žinoma, niekas nedidintų 35 USD už galoną kuro gamybos, kai vidutinis galonas dujų kainuoja 2,50 USD. Taigi dabar laboratorija pereina į naują tyrimų etapą, kurio konkretus tikslas yra sumažinti šį atotrūkį. Praėjusių metų liepą JBEI ir kiti federaliniai bioenergijos tyrimų centrai užsitikrino atnaujintą federalinį finansavimą – 25 mln. USD per metus – tokį patį lygį, kurį institutas gavo nuo pat pradžių.
JBEI kuria žolės ir sorgo rūšis, kurios gamina daug daugiau cukraus ir daug mažiau lignino.
JBEI paraiškoje dėl finansavimo buvo nurodytas tikslas sukurti biokurą, kurį per ateinančius penkerius metus būtų galima pagaminti už mažiau nei 3 USD už galoną, sakė Keaslingas.
Nežinau, ar mes ten pasieksime per penkerius metus, sako jis. Man būtų gerai, jei tai gautume po 10 metų, atvirai kalbant.
Keaslingas mano, kad raktas į didžiąją dalį šio pagerėjimo slypi lignine, kuris turi nemažas anglies, bet prie jos atkakliai kabinasi. JBEI tyrėjai turės pakeisti augalus, kad lignino ryšiai būtų lengviau nutrūkę. Tada jie turi pakeisti ligninazes – mažai suprantamą fermentų klasę, kuri, kaip žinoma, skaido ligniną, kad išgautų daugiau anglies. Galiausiai jie turi sukurti naujus mikrobų rinkinius, kurie likusius junginius galėtų paversti kuru.
Paskutinis plano peržengti 3 USD slenkstį dalis yra sukurti būdus, kaip kai kurias gamyklos dalis paversti didesnės vertės produktais, kurie galėtų subsidijuoti biokuro, pvz., antipirenų ar medžiagų, skirtų 3D spausdinimui, kainą.
Konkuruojantys reikalavimai
Remiantis Tarptautinės energetikos agentūros atlikta analize, pasaulis turėtų tinkamas galimybes užkirsti kelią pasaulinei temperatūrai pakilti daugiau nei 2 °C . Tačiau kol kas gamybos padidėjimas yra gerokai mažesnis nei reikia tokiems tikslams pasiekti. Be kita ko, per ateinančius dešimtmečius transporto biokuro pasiūla turės padidėti dešimteriopai.
Apskaičiavimai, kiek žemės reikės, labai skiriasi, tačiau norint iki amžiaus vidurio biokuras patenkinti beveik 30 procentų transporto poreikių, žaliavoms auginti reikės skirti 100 milijonų hektarų, TEA padarė 2011 m. ataskaita . Tai maždaug devintadalis JAV žemės ūkiui skirtos srities.
Turime nepaprastai daug konkuruojančių poreikių žemei, o idėja, kad galime išleisti didžiulius kiekius biomasės energijos gamybai, greičiausiai susidurs su apribojimais, sako Chrisas Fieldas, Stanfordo Vudso instituto direktorius.
Rimtas su tuo susijęs iššūkis yra išplėsti pažangių biodegalų naudojimą taip, kad būtų žymiai sumažintas bendras šiltnamio efektą sukeliančių dujų kiekis, o tai ir yra esmė. Kiekvienas žingsnis nuo sodinimo iki gamybos reikalauja daug energijos, todėl labai svarbios detalės, kaip visa tai daroma. Visų pirma, mokslininkai nerimauja, kad jei rinka kada nors įsibėgės, ji gali sukurti klaidingų paskatų, pavyzdžiui, paskatinti ūkininkus naikinti miškus, kurie yra didžiuliai anglies dioksido absorbentai, kad atsirastų vieta tokioms kultūroms.
Svajok gyvas
Tačiau nepaisant šių iššūkių, yra aiškių priežasčių, dėl kurių daugelis jau seniai tikėjo, kad biokuras atliks svarbų vaidmenį mažinant šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimą. Jungtinėse Valstijose daugiau nei pusė šios taršos susidaro naudojant transporto priemones, tokias kaip automobiliai, sunkvežimiai, laivyba ir lėktuvai. Nepaisant tam tikrų baterijomis varomų elektrinių transporto priemonių pranašumų, didžioji šio sektoriaus dalis vis dar gali būti varoma tik iškastiniu kuru.
Vienas iš daugiau nei 160 JBEI tyrėjų, dirbančių laboratorijoje.
Kalbant apie mobilų, tankų energijos kaupimą, skystąjį kurą tiesiog labai sunku įveikti, ypač dėl to, kad aplink juos yra sukurta tiek daug pasaulio energetikos infrastruktūros, sako Hanna Breetz, politologė, besidominti alternatyviais degalais ir transporto priemonėmis iš Arizonos valstijos universiteto. .
Skystas kuras ir toliau bus didelė energetikos sistemos dalis, ypač transporto srityje, ir tikiuosi, kad biologinis kuras bus šio sektoriaus dalis, sako ji.
Net jei laboratorijos per ateinančius kelerius metus padarys stulbinamą pažangą, vis tiek gali prireikti dešimtmečių, kol šie degalai užims realią rinkos dalį pramonėje, kurioje trilijonai dolerių nugrimzdo į kasdienį naftos gavybos ir perdirbimo verslą. Norint paspartinti šį perėjimą, reikės daug didesnės vyriausybės paramos, įskaitant anglies dioksido kainą, aukštesnius atsinaujinančio kuro standartus, išmetamųjų teršalų ribas ir dar daugiau, sako Keaslingas.
Tai gali atrodyti taip, kaip daug prašyti iš žmogaus, kurio laboratorija gavo šimtus milijonų vyriausybės lėšų ir kurių startuoliai sudegė panašių lygių rizikos investicijų. Tačiau Keaslingas teigia, kad tiesiog to reikės norint pertvarkyti įsitvirtinusią pramonę tokiu mastu ir greičiu, kurio reikia norint atremti didėjančius klimato pavojus.
Jam nerimą kelia tai, kad tokios politikos perspektyvos pastaraisiais metais tik blanksta. Tačiau nepaisant politinių ir mokslinių nesėkmių, kenkiančių ieškant pigių pažangių biodegalų, jis tebėra įsitikinęs, kad jie gali sumažinti išmetamų teršalų kiekį.
Kai mūsų vyriausybė nuspręs, kad laikas teikti pirmenybę, sako Keaslingas, manau, kad biokuras galėtų atlikti svarbų vaidmenį.