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An einem Scheideweg suchen Biokraftstoffe einen neuen Weg nach vorne
Eine Gruppe von Forschern des Lawrence Berkeley National Laboratory und der University of California, Berkeley, hat versucht, einen Weg nach vorne für die angeschlagene Biokraftstoffindustrie aufzuzeigen, und hat etwas entwickelt, das sie als a bezeichnen neuartiges Verfahren zur Herstellung von erneuerbarem Kerosin . Unter Verwendung von Zuckerrohr und den Zuckerrohrabfällen namens Bagasse, dem neuen Verfahren (beschrieben in einem Artikel in der neuesten Ausgabe der Proceedings of the National Academy of Sciences ) könnten grüne Raffinerien in die Lage versetzen, eine Reihe von Produkten auf den Markt zu bringen, darunter biobasierte Flugkraftstoffe und Grundöle für Kfz-Schmierstoffe.
Hersteller von Biokraftstoffen benötigen neue Technologien, um Zuckerrohr in kommerziell nutzbare Produkte umzuwandeln.
Die Forschung erscheint zu einem Zeitpunkt, an dem Biokraftstoffe einen Scheideweg erreicht haben. Schrumpfende staatliche Mittel, die Ernüchterung der Investoren, niedrige Ölpreise und Sorgen über den Verlust von Nahrungsanbauflächen für den Anbau von Mais und Zuckerrohr für Biomasse haben die Branche fast zum Erliegen gebracht. Obwohl sich die Produktion von erneuerbaren Kraftstoffen in den Vereinigten Staaten zwischen 2007 und 2013 verdoppelt hat, hat sich der Anteil der Nutzung von Biokraftstoffen am gesamten Kraftstoffverbrauch kaum verändert. Und während die meisten großen Fluggesellschaften zu einem bestimmten Zeitpunkt Biokraftstoffprogramme haben, hat sich die Luftfahrt – die hochenergiedichten, sauerstofffreien Kraftstoff benötigt – als besonders schwieriges Feld erwiesen.
Infolgedessen wurde die Zukunft des Renewable Fuel Standards, der 2005 veröffentlicht und im Rahmen des Energy Independence and Security Act (EISA) von 2007 erweitert wurde, in Frage gestellt.
Die aktuellen Biokraftstoffe der ersten Generation verwenden hauptsächlich Nahrungspflanzen als Ausgangsmaterial und sind entweder teuer oder weisen bescheidene [Treibhausgas-] Verbesserungen gegenüber Erdölkraftstoffen auf, so das Fazit ein im April veröffentlichter Bericht vom Columbia Center on Global Energy Policy, geschrieben von James Stock, Professor für politische Ökonomie an der Kennedy School in Harvard und ehemaliges Mitglied des Council of Economic Advisers des Präsidenten. Die Entwicklung und Kommerzialisierung von treibhausgasarmen Biokraftstoffen der zweiten Generation – entscheidend für den letztendlichen Erfolg des Programms – ist weit hinter den sehr ehrgeizigen Zielen der EISA zurückgeblieben.
Um diese Ziele zu erreichen und die Biokraftstoffindustrie zu verjüngen, untersuchen Forscher die Wissenschaft der Gewinnung von Kraftstoff aus Biomasse neu und suchen nach effizienteren Techniken, die Non-Food-Pflanzen, solche, die auf Grenzflächen angebaut werden, und Abfallnebenprodukte wie Bagasse verwenden. Eine große Barriere ist die Vorbehandlung – der Abbau von Zellwänden, um Zucker freizusetzen, der dann fermentiert und in Kraftstoff umgewandelt werden kann.
Die Berkeley-Studie, die im Rahmen einer öffentlich-privaten Forschungspartnerschaft namens the Institut für Energiebiowissenschaften (EBI) konzentriert sich auf Ketone, organische Verbindungen aus Biomasse, die veredelt und behandelt werden können, um energiedichte Verbindungen herzustellen, die für die Herstellung von Düsentreibstoffen oder Grundölen für Automobilschmierstoffe geeignet sind. Alexis Bell, einer der Hauptautoren des Papiers, beschreibt es als das erste Verfahren zur Herstellung von Biokraftstoffen, die bestehende Strahltriebwerke ohne Modifikationen antreiben können. Das für die Zuckerrohrproduktion in Brasilien konzipierte Verfahren kann angepasst werden, um Pflanzen zu verwenden, die auf marginalem Land angebaut werden (wodurch produktiveres Land für Nahrungsmittelpflanzen reserviert wird) und Bagasse zu verwenden. Mit geringfügigen Modifikationen kann es auch an die Produktion von erneuerbarem Diesel angepasst werden, wenn zukünftige Vorschriften dies unterstützen, sagt Amit Gokhale, ein weiterer der Hauptautoren.
Zuckerrohr-Bioraffinerien produzieren heute Ethanol, Zucker und Strom, bemerkt Gokhale. Die Erweiterung der Produktpalette um Flugkraftstoffe, Schmierbasisöle und Biodiesel könnte es den Betreibern ermöglichen, ihre Markt-/Preisrisiken besser zu managen.
Das ist ein lobenswertes Ziel, aber die Implementierung neuer Techniken im kommerziellen Maßstab bleibt eine große Herausforderung – wie die Berkeley-Forscher anerkennen. Die Preise für Biokraftstoffe dürften auf absehbare Zeit höher bleiben als die für fossile Kraftstoffe, sagt Bell. Um diese Preise zu senken, müssen Sie in der Produktionskette weiter nach oben rücken und neue, leistungsfähigere Mikroben finden, die den Prozess der Umwandlung von Biomasse in Kraftstoff rationalisieren können. Michelle O’Malley, die leitet eine biotechnologische Forschungsgruppe an der University of California, Santa Barbara , arbeitet daran, wild gesammelte Mikroben – hauptsächlich in Tierdärmen – zu entwickelten Gemeinschaften zu kombinieren, die Biomasse direkt in Kraftstoff umwandeln können, wobei der Vorbehandlungsschritt übersprungen wird, um Zeit und Kosten zu sparen.
Wir versuchen, synthetische Partnerschaften aufzubauen, um Dinge zu tun, die keine der einzelnen Mikroben alleine tun könnte, sagt O’Malley. Die Idee ist, den gesamten Prozess zu konsolidieren, von der rohen Biomasse bis zu den Mehrwertprodukten. Genau das hat bisher die wirtschaftliche Produktion von Biokraftstoffen verhindert.
Das Ergebnis, sagt sie, wäre ein bahnbrechendes Szenario.
Es wird wahrscheinlich Jahre dauern, das Spiel der Biokraftstoffe zu ändern, da Ethanol der ersten Generation fortschrittlichen Biokraftstoffen weichen wird, die durch effizientere Prozesse unter Verwendung leistungsfähigerer mikrobieller Wirkstoffe und Katalysatoren hergestellt werden. Es geht wirklich darum, die Geduld und Beharrlichkeit zu haben, um eine neue Branche aufzubauen, sagt Jonathan Male, der die leitet Büro für Bioenergietechnologien des US-Energieministeriums . Wenn Sie mit der Skalierung beginnen, steigen die Komplexität und die Risiken dramatisch an.