211service.com
Byt gräs till gas?
När president Bush under sitt State of the Union-tal talade om att förvandla något som kallas switchgrass till en framtida etanolkälla, och därmed minska USA:s beroende av olja, fångade det verkligen R. Michael Raabs uppmärksamhet.
Raab är president och grundare av Agrivida, en Cambridge, MA-baserad bioteknikstartup som vill lägga till gener till växter för att göra det billigare och enklare att bearbeta dem till etanol. Han hoppas att tekniken som hans företag utvecklar kommer att göra etanol som härrör från växter, inklusive switchgrass, till ett lönsamt alternativ till bensin.
För nu fokuserar företaget sina ansträngningar på majs, redan en källa till etanol. Men standardproduktionen av etanol använder bara kärnorna. Etanoltillverkare bearbetar kärnorna med hjälp av enzymer som bryter ner stärkelsen till enkla sockerarter. Sockret matas sedan in i en jäsningstank, där jäst smälter dem och producerar etanol. Men i denna process kastas majsstjälkarna och bladen – ungefär hälften av växtmassan – bort.
Att använda hela växten skulle producera mycket mer etanol – men sockret i stjälkarna och bladen är i form av cellulosa, som är en mycket mer komplex kedja av sockermolekyler. För att bryta ner cellulosa till enkla sockerarter för jästen krävs en förbehandlingsprocess som inkluderar värme, högt tryck och syror. Idag är den processen för dyr för att vara lönsam – som den också skulle vara för switchgrass, ett träigt gräs som kommer från Nordamerika som kan växa till nio fot högt (och som nu ingen använder för etanol).
Agrivida föreslår att man ska lägga till gener till majsväxterna som ska producera enzymer för att bryta ner cellulosan. Detta gör det mycket lättare att förädla cellulosan till socker, vilket minskar produktionskostnaderna till en punkt där det är möjligt att använda hela anläggningen, säger Raab. Han förutspår att processen kommer att bli cirka 50 procent billigare än nuvarande processer när den väl mognar. Och den skulle kunna anpassas till switchgrass, säger han.
Men enzymer som bryter ner majsens strukturella element kan också resultera i försvagade stjälkar. Så Agrivida har designat om enzymerna för att förbli inaktiva under växtens liv. Endast när de möter bearbetningsförhållandena, såsom ökad temperatur eller tryck eller en förändring av pH-nivån, aktiveras enzymerna. (Raab kommer inte att förklara processen i detalj eftersom den är en del av en patentansökan.)
Det är uppenbart att det finns en hel del potentiell energi att utnyttja. En studie vid Argonne National Laboratory uppskattar att en liter etanol som produceras av majskärnor i dagens processer ger cirka 20 000 BTU mer energi än energin som gick åt till att göra den. Studien projekterar att användning av cellulosa från switchgrass skulle tredubbla den nettovinsten, till cirka 60 000 BTU per gallon, mestadels på grund av att lite fossilt bränsle skulle användas för att odla gräset. Men kostnaderna måste ner för att göra detta praktiskt.
Det var denna cellulosahaltiga etanol som president Bush talade om när han föreslog att lägga till 150 miljoner dollar till nästa års federala budget för forskning om att använda switchgrass. Raab säger att switchgrass är tilltalande; För det första kan ett tunnland land producera fyra gånger så mycket gräs som majs. Och switchgrass är mycket hårdare och lättare att odla än majs. Energibalansen för etanol från switchgrass är oerhört bättre, säger han. Det kräver inte all gödning, all bevattning, all energiintensitet som majs gör.
Forskare uppskattar att etanol skulle kunna ersätta cirka 30 procent av efterfrågan på bensin utan att påverka livsmedelsproduktionen. Just nu står etanol, blandat med bensin, endast för cirka 2 procent av bränslet i amerikanska bilar. Switchgrass kan odlas på marginell mark som inte kunde stödja livsmedelsodling. Och experiment har visat att ett tunnland land kan producera från 6 till 15 ton switchgrass, vilket ger cirka 100 liter etanol per ton.
Edenspace Systems i Dulles, VA, försöker också genetiskt konstruera majs och switchgrass för att vara bättre källor till etanol. Det är helt klart en idé som har sparkat runt, säger Ken Keegstra, chef för Department of Energy Plant Research Laboratory vid Michigan State University, som nyligen blev rådgivare till Agrivida. Jag tror att den som får det implementerat på ett praktiskt sätt har en riktig vinnare på handen.
Det kommer dock att ta tid innan någon stoppar gas från switchgrass i sin bil. Hittills har Agrivida designat enzymer på datorn och odlat dem i bakterier, men de måste fortfarande testa hur enzymerna verkar i växter. Raab hoppas kunna påbörja fältförsök i slutet av 2007, för att få godkännande från det amerikanska jordbruksdepartementet att börja marknadsföra sin majs 2010. Att anpassa metoden till switchgrass skulle kräva ytterligare två eller tre år av akademisk forskning, säger Raab.