211service.com
Overstappen op gas?
Toen president Bush tijdens zijn State of the Union-toespraak sprak over het veranderen van iets genaamd switchgrass in een toekomstige bron van ethanol, waardoor de afhankelijkheid van de Verenigde Staten van olie wordt verminderd, trok het zeker de aandacht van R. Michael Raab.
Raab is president en oprichter van Agrivida, een biotech-startup uit Cambridge, MA die genen aan planten wil toevoegen om het goedkoper en gemakkelijker te maken om ze tot ethanol te verwerken. Hij hoopt dat de technologie die zijn bedrijf aan het ontwikkelen is, ethanol uit planten, waaronder switchgrass, een levensvatbaar alternatief voor benzine zal maken.
Voorlopig richt het bedrijf zijn inspanningen op maïs, dat al een bron van ethanol is. Maar bij de standaardproductie van ethanol worden alleen de pitten gebruikt. Ethanolfabrikanten verwerken de korrels met behulp van enzymen die het zetmeel afbreken tot eenvoudige suikers. De suikers worden vervolgens in een fermentatietank gevoerd, waar gist ze verteert en ethanol produceert. Maar daarbij worden de maisstengels en bladeren – ongeveer de helft van de plantmassa – weggegooid.
Het gebruik van de hele plant zou veel meer ethanol produceren, maar de suikers in de stengels en bladeren hebben de vorm van cellulose, een veel complexere keten van suikermoleculen. Om cellulose af te breken tot eenvoudige suikers voor de gist, is een preconditioneringsproces vereist dat hitte, hoge druk en zuren omvat. Tegenwoordig is dat proces te duur om de moeite waard te zijn - zoals het ook zou zijn voor switchgrass, een houtachtig gras dat inheems is in Noord-Amerika en tot drie meter hoog kan worden (en dat nu niemand gebruikt voor ethanol).
Agrivida stelt voor om genen aan de maïsplanten toe te voegen die enzymen produceren voor het afbreken van de cellulose. Dit maakt het veel gemakkelijker om de cellulose tot suiker te verwerken, waardoor de productiekosten worden verlaagd tot een punt waarop het haalbaar is om de hele plant te gebruiken, zegt Raab. Hij voorspelt dat het proces ongeveer 50 procent goedkoper zal zijn dan de huidige processen als het eenmaal volwassen is. En het kan worden aangepast aan switchgrass, zegt hij.
Enzymen die de structurele elementen van een maïs afbreken, kunnen echter ook leiden tot verzwakte stengels. Daarom heeft Agrivida de enzymen opnieuw ontworpen om inactief te blijven tijdens het leven van de plant. Pas wanneer ze de verwerkingscondities tegenkomen, zoals verhoogde temperatuur of druk of een verandering in pH-waarde, worden de enzymen geactiveerd. (Raab zal het proces niet in detail uitleggen omdat het onderdeel is van een octrooiaanvraag.)
Het is duidelijk dat er veel potentiële energie moet worden aangeboord. Een studie van het Argonne National Laboratory schat dat een gallon ethanol geproduceerd uit maïskorrels in de huidige processen ongeveer 20.000 BTU meer energie levert dan de energie die nodig was om het te maken. De studie projecteert dat het gebruik van cellulose uit switchgrass die netto winst zou verdrievoudigen, tot ongeveer 60.000 BTU's per gallon, vooral omdat er weinig fossiele brandstof zou worden gebruikt bij het verbouwen van het gras. Maar om dit praktisch te maken, moeten de kosten omlaag.
Het was deze cellulose-ethanol waarover president Bush sprak toen hij voorstelde $ 150 miljoen toe te voegen aan de federale begroting van volgend jaar voor onderzoek naar het gebruik van switchgrass. Raab zegt dat switchgrass aantrekkelijk is; in de eerste plaats kan een hectare land vier keer zoveel gras opleveren als maïs. En switchgrass is veel sterker en gemakkelijker te kweken dan maïs. De energiebalans voor ethanol uit switchgrass is enorm beter, zegt hij. Het vereist niet alle kunstmest, alle irrigatie, alle energie-intensiteit die maïs doet.
Wetenschappers schatten dat ethanol ongeveer 30 procent van de vraag naar benzine zou kunnen vervangen zonder de voedselproductie te beïnvloeden. Op dit moment is ethanol, gemengd met benzine, goed voor slechts ongeveer 2 procent van de brandstof in Amerikaanse auto's. Switchgrass kan worden gekweekt op marginaal land dat geen voedsellandbouw kan ondersteunen. En experimenten hebben aangetoond dat een hectare land 6 tot 15 ton switchgrass kan produceren, wat ongeveer 100 gallons ethanol per ton oplevert.
Edenspace Systems uit Dulles, VA, probeert ook maïs en switchgrass genetisch te manipuleren om betere bronnen van ethanol te zijn. Het is duidelijk een idee dat de ronde doet, zegt Ken Keegstra, directeur van het Department of Energy Plant Research Laboratory aan de Michigan State University, die onlangs adviseur werd van Agrivida. Ik denk dat wie het op een praktische manier implementeert, een echte winnaar in handen heeft.
Het zal echter enige tijd duren voordat iemand van switchgrass afgeleid gas in zijn auto stopt. Tot nu toe heeft Agrivida enzymen op de computer ontworpen en gekweekt in bacteriën, maar ze moeten nog testen hoe de enzymen werken in planten. Raab hoopt eind 2007 met veldproeven te beginnen, om goedkeuring te krijgen van het Amerikaanse ministerie van landbouw om zijn maïs in 2010 op de markt te brengen. Het aanpassen van de methode aan switchgrass zou nog twee of drie jaar academisch onderzoek vergen, zegt Raab.