Magagawa ba ang Jet Fuel mula sa Sugarcane Maging Key sa Cleaner Flight?

Ang industriya ng aviation ay gumagawa ng 2 porsiyento ng global emissions ng carbon dioxide sa tao. Maaaring mukhang medyo maliit ang bahagi na ito - para sa perspektibo, henerasyon ng kuryente at home heating account ng higit sa 40 porsyento - ngunit ang aviation ay isa sa pinakamabilis na lumalagong greenhouse gas sources ng mundo. Ang demand para sa air travel ay inaasahang doble sa susunod na 20 taon.

Ang mga airline ay nasa ilalim ng presyon upang mabawasan ang kanilang mga emissions ng carbon, at mataas na mahina sa global na pagbabago ng presyo ng langis. Ang mga hamon na ito ay nagbunsod ng malakas na interes sa mga fuel-derived jet fuels. Ang bio-jet fuel ay maaaring maisagawa mula sa iba't ibang mga materyales ng halaman, kabilang ang mga pananim ng langis, mga pananim ng asukal, mga plantang marumi at lignocellulosic biomass, sa pamamagitan ng iba't ibang kemikal at biological na ruta. Gayunman, ang mga teknolohiya upang i-convert ang langis sa jet fuel ay sa isang mas advanced na yugto ng pag-unlad at nagbunga ng mas mataas na enerhiya na kahusayan kaysa sa iba pang mga mapagkukunan.

Kami ay engineering tubo, ang pinaka-produktibong halaman sa mundo, upang makabuo ng langis na maaaring maging bio-jet fuel. Sa isang kamakailan-lamang na pag-aaral, nalaman namin na ang paggamit ng ininhinyero na ito ng tubo ay maaaring magbunga ng higit sa 2,500 liters ng bio-jet na fuel per acre of land. Sa simpleng mga termino, nangangahulugan ito na ang isang Boeing 747 ay maaaring lumipad nang 10 oras sa bio-jet fuel na ginawa sa 54 ektarya ng lupa.Kung ikukumpara sa dalawang mapagkumpetensyang pinagkukunan ng halaman, soybeans at jatropha, ang lipidcane ay makakapagdulot ng mga 15 at 13 na beses ng maraming jet fuel bawat yunit ng lupa, ayon sa pagkakabanggit.

Paglikha ng dual-purpose sugarcane

Ang bio-jet fuels na nagmula sa mga feedstock na mayaman sa langis, tulad ng camelina at algae, ay matagumpay na nasubukan sa patunay ng mga flight ng konsepto. Ang ASTM International, isang pandaigdigang organisasyon sa pag-unlad ng pamantayan, ay naaprubahan ang isang 50:50 na pinaghalong petrolyo na nakabatay sa jet fuel at hydroprocessed renewable jet fuel para sa mga komersyal at militar na mga flight.

Gayunpaman, kahit na matapos ang makabuluhang pagsisikap at komersyalisasyon, ang kasalukuyang mga volume ng produksyon ng bio-jet fuel ay napakaliit. Ang paggawa ng mga produktong ito sa isang mas malaking sukat ay mangangailangan ng karagdagang mga pagpapaunlad ng teknolohiya at masaganang mababang halaga ng feedstock (mga pananim na ginagamit upang gawing gasolina).

Ang tubo ay isang kilalang pinagmumulan ng biofuel: Ang Brazil ay naglalabas ng tubo ng tubo upang makagawa ng fuel-based na gasolina sa loob ng mga dekada. Ang ethanol mula sa tubo ay nagbubunga ng 25 porsiyentong mas maraming enerhiya kaysa sa halaga na ginagamit sa panahon ng proseso ng produksyon, at binabawasan ang mga greenhouse gas emissions sa 12 porsiyento kumpara sa fossil fuels.

Nagtataka kami kung maaari naming dagdagan ang likas na produksyon ng langis ng halaman at gamitin ang langis upang makabuo ng biodiesel, na nagbibigay ng mas malaking mga benepisyo sa kapaligiran. Ang Biodiesel ay magbubunga ng 93 porsiyentong mas maraming enerhiya kaysa sa kinakailangan upang gawin ito at binabawasan ang emissions ng 41 porsiyento kumpara sa fossil fuels. Ang parehong ethanol at biodiesel ay maaaring gamitin sa bio-jet fuel, ngunit ang mga teknolohiya upang i-convert ang langis na nakuha ng halaman sa jet fuel ay nasa isang advanced na yugto ng pag-unlad, nagbunga ng mataas na enerhiya na kahusayan at handa na para sa malakihang deployment.

Noong una naming iminungkahi ang tubo sa engineering upang makagawa ng mas maraming langis, ang ilan sa aming mga kasamahan ay naisip na kami ay mabaliw. Ang mga puno ng tubo ay naglalaman lamang ng 0.05 porsiyento ng langis, na kung saan ay malayo masyadong maliit upang i-convert sa biodiesel. Maraming mga siyentipiko ng halaman na nag-iisip na ang pagtaas ng dami ng langis sa 1 porsiyento ay magiging nakakalason sa planta, ngunit hinulaang ng aming mga modelo sa computer na maaari naming dagdagan ang produksyon ng langis sa 20 porsiyento.

Sa pamamagitan ng suporta mula sa Kagawaran ng Enerhiya's Advanced Research Proyekto Agency-Enerhiya, inilunsad namin ang isang proyekto sa pananaliksik na tinatawag na Plants Engineered upang Palitan Oil sa Sugarcane at Sorghum, o PETROSS, sa 2012. Simula noon, sa pamamagitan ng genetic engineering namin nadagdagan ang produksyon ng langis at mataba acids upang makamit ang 12 porsiyento ng langis sa dahon ng tubo.

Ngayon kami ay nagtatrabaho upang makamit ang 20 porsiyento ng langis - ang limitasyon ng teoretikal, ayon sa aming mga modelo sa computer - at nagta-target sa akumulasyon ng langis sa tangkay ng halaman, kung saan mas madaling ma-access kaysa sa mga dahon. Ipinakita ng aming paunang pananaliksik na kahit na ang mga ininhinyero ay gumagawa ng mas maraming langis, patuloy silang gumagawa ng asukal. Tinatawag namin ang mga engineered na halaman na lipidcane.

Maramihang mga produkto mula sa lipidcane

Nag-aalok ang Lipidcane ng maraming pakinabang para sa mga magsasaka at sa kapaligiran. Kinakalkula namin na ang lumalaking lipidcane na naglalaman ng 20 porsiyento ng langis ay magiging limang beses na mas kapaki-pakinabang sa bawat acre kaysa sa soybeans, ang pangunahing feedstock na kasalukuyang ginagamit upang gumawa ng biodiesel sa Estados Unidos, at dalawang beses bilang kumikita sa bawat acre bilang mais.

Upang maging sustainable, ang bio-jet fuel ay dapat ding maging pangkabuhayan upang maproseso at magkaroon ng mataas na ani ng produksyon na mabawasan ang paggamit ng maaararong lupa. Tinatantya namin na kumpara sa soybeans, ang lipidcane na naglalaman ng 5 porsiyentong langis ay maaaring makagawa ng apat na beses na higit pang jet fuel per acre ng lupa. Ang Lipidcane na may 20 porsiyento na langis ay maaaring makagawa ng higit sa 15 beses na higit pang jet fuel per acre.

At ang lipidcane ay nag-aalok ng iba pang mga benepisyo ng enerhiya. Ang mga bahagi ng halaman na natira matapos ang pagkuha ng juice, na kilala bilang bagasse, ay maaaring masunog upang makagawa ng steam at kuryente. Ayon sa aming pagtatasa, ito ay makapagbuo ng higit sa sapat na kuryente upang makapagbigay ng biorefinery, kaya ang sobrang lakas ay ibebenta pabalik sa grid, na nagpapalit ng elektrisidad na ginawa mula sa fossil fuels - isang kasanayan na ginagamit sa ilang mga halaman sa Brazil upang makabuo ng ethanol mula sa tubo.

Isang potensyal na bioenergy crop sa US

Ang tubo ay umuunlad sa marginal na lupa na hindi angkop sa maraming pananim ng pagkain. Sa kasalukuyan ay lumalaki ito sa Brazil, India at China. Din namin ang engineering lipidcane upang maging mas malamig-mapagparaya upang maaari itong itataas nang higit pa, lalo na sa dakong timog-silangan ng Estados Unidos sa underutilized na lupa.

Kung nakatuon kami ng 23 milyong ektarya sa timog-silangan ng Estados Unidos sa lipidcane na may 20 porsiyento na langis, tinatantya namin na ang crop na ito ay maaaring makabuo ng 65 porsiyento ng supply ng gasolina ng U.S. na gasolina. Kasalukuyan, sa kasalukuyang mga dolyar, ang gasolina na ito ay nagkakahalaga ng mga airline na US $ 5.31 kada galon, na mas mababa sa bio-jet fuel na ginawa mula sa algae o iba pang mga pananim ng langis tulad ng soybeans, canola o palm oil.

Ang Lipidcane ay maaari ring lumaki sa Brazil at iba pang mga tropikal na lugar. Tulad ng aming iniulat kamakailan sa Nature Climate Change, ang makabuluhang pagpapalawak ng produksyon ng tubo o lipidcane sa Brazil ay maaaring mabawasan ang kasalukuyang global carbon dioxide emissions sa pamamagitan ng hanggang sa 5.6 porsyento. Maaaring maganap ito nang walang impinging sa mga lugar na itinakda ng pamahalaan ng Brazil bilang sensitibo sa kalikasan, tulad ng rainforest.

Sa pagtugis ng 'energycane'

Kasama rin sa aming pananaliksik sa lipidcane ang genetically engineering ng planta upang gawing mas epektibo ang mga potensyal na ito, na nagsalin sa mas maraming paglago. Sa isang artikulo sa 2016 sa Science, isa sa atin (Stephen Long) at mga kasamahan sa iba pang mga institusyon ay nagpakita na ang pagpapabuti ng kahusayan ng potosintesis sa lipidcane ay nadagdagan ang paglago nito sa pamamagitan ng 20 porsiyento. Sinasabi ng paunang pag-aaral at mga paghahanda sa patlang sa tabi-tabi na napabuti namin ang mga potensyal na photosynthetic ng tubo sa pamamagitan ng 20 porsiyento, at sa pamamagitan ng halos 70 porsiyento sa mga malamig na kondisyon.

Ngayon ang aming koponan ay nagsisimulang magtrabaho upang mag-engineer ng mas mataas na mapagbigay na iba't ibang tubo na tinatawag naming "energycane" upang makamit ang mas maraming produksiyon ng langis kada acre. Mayroon kaming mas maraming lupa upang masakop bago ito makomersiyo, ngunit ang pagbuo ng isang mabubuhay na halaman na may sapat na langis upang makabuo ng biodiesel at bio-jet fuel ay isang pangunahing unang hakbang.

Ang artikulong ito ay orihinal na na-publish sa The Conversation ni Deepak Kumar, Postdoctoral Researcher; Stephen P. Long, Propesor ng Mga Agham ng Tanay at Plant Biology; Vijay Singh, Propesor ng Pang-agrikultura at Biological Engineering at Direktor ng Integrated Bioprocessing Research Laboratory, University of Illinois sa Urbana-Champaign. Basahin ang orihinal na artikulo dito.