內布拉斯加州和達科他州的農民使美國更接近生物燃料經濟,他們首次在大片土地上種植了柳枝稷——一種原產於北美的多年生草本植物(Panicum virgatum),通常自然生長在農田的邊界——並證明它可以提供的能量是種植所需能量的五倍以上。
在與美國農業部(USDA)的合作下,農民們追蹤了用於建立植物的種子、用於促進其生長的肥料、用於耕種的燃料、總降雨量以及最終在7至23英畝(3至9公頃)大小的田地上連續五年收穫的草量。
美國農業部植物科學家肯·沃格爾說,一旦建立,這些田地每公頃可產出5.2至11.1公噸的草捆,具體取決於降雨量。“它隨降水的時機而波動,”他說。“柳枝稷最需要水分的時間是在春季和仲夏。如果秋季下雨,對當年的作物沒有太大好處。”
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但是,一種只需種植一次的草的產量,平均每消耗一兆焦耳的石油(以氮肥或拖拉機柴油的形式)來種植它們,就能產生13.1兆焦耳的乙醇能量。“這是一個預測,因為目前還沒有生物煉油廠可以處理像柳枝稷提供的纖維素材料,”沃格爾指出。“我們非常有信心乙醇產量非常接近。” 這意味著柳枝稷乙醇提供的能量是生產所需能量的 540%,相比之下,根據最樂觀的研究,玉米乙醇僅能返回大約 25% 以上的能量。
美國能源部(DOE)正在部分資助建設六家此類纖維素生物煉油廠,估計總成本為 12 億美元。首家建造的將是位於佐治亞州索珀頓的 Range Fuels 生物煉油廠,該廠將把木材行業的木材廢料加工成生物燃料和化學品。能源部正在提供最初的 5000 萬美元用於啟動建設。
能源部長塞繆爾·博德曼在 11 月 Range Fuels 工廠破土動工儀式上表示:“由柳枝稷或鋸末和木屑等林業廢料製成的具有成本競爭力、對能源負責的纖維素乙醇需要更復雜的精煉工藝,但這是值得投資的。”“纖維素乙醇比玉米制成的乙醇含有更多的淨能量,並且排放的溫室氣體明顯更少。”
事實上,沃格爾和他的團隊本週在《美國國家科學院院刊》上報告稱,柳枝稷將在其相對永久的根系中儲存足夠的碳,以抵消種植柳枝稷和車輛燃燒衍生乙醇所排放的 94% 的溫室氣體。當然,這一估計也依賴於使用草的剩餘部分作為生物煉油廠的燃料。“植物細胞壁中的木質素可以燃燒,”沃格爾說。
使用本地草原草的目的是為了避免與生物燃料相關的其他一些風險,例如當地動物生命多樣性減少以及用燃料作物取代糧食作物。“這是一種可以在邊際土地上種植的能源作物,”沃格爾辯稱,例如美國農業部“保護儲備計劃”條款下農民目前獲得報酬而不種植的超過 3500 萬英畝(1420 萬公頃)的邊際土地。
但沃格爾認為,即使是本地草原草也需要科學家和農民的幫助才能實現必要的產量,以幫助乙醇成為石油衍生汽油的可行替代品。“要真正最大限度地發揮其產量潛力,您需要提供氮肥,”他說,以及改進的育種技術和遺傳品系。“低投入系統根本無法獲得每英畝所需的能量來提供飼料、燃料和纖維。”