Исследователи определили, как сделать биотопливо конкурентоспособным по цене с нефтяным топливом
Биотопливо — важная часть стратегии по замене бензина, дизельного и авиационного топлива, получаемого из нефти. Однако до сих пор биотопливо не достигло ценового паритета с обычным топливом.
Одна из стратегий повышения конкурентоспособности — заставить растения выполнять часть работы. Учёные могут генетически модифицировать растения для производства ценных химических соединений (биопродуктов) в процессе роста. Затем эти биопродукты можно извлечь из растения, а оставшийся материал превратить в топливо. Производство биопродуктов в самом растении помогает снизить стоимость конечного биотоплива.
Однако оставался неясным ключевой вопрос: сколько именно биопродукта должно производить растение, чтобы процесс стал экономически целесообразным?
Исследователи из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab) и Объединённого института биоэнергетики (JBEI) Министерства энергетики США впервые определили это количество. Исследование под совместным руководством Коррин Скаун и Патрика Шиха было опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Методология и результаты
Учёные собрали данные о группе хорошо изученных биопродуктов, которые растения уже могут эффективно производить — от ароматизаторов и отдушек до биоразлагаемого пластика. Создание ценного биопродукта помогло бы компенсировать затраты на производство биотоплива.
Затем они смоделировали процесс извлечения этих биопродуктов из растительного материала в контексте биоперерабатывающего завода по производству этанола. На таком заводе ценные биопродукты извлекались бы, а оставшаяся биомасса превращалась в этанол.
Это позволило ответить на два ключевых вопроса:
- Какое количество биопродукта растение должно производить, чтобы его извлечение было экономически оправданным.
- Какое количество необходимо для достижения целевой цены продажи этанола в $2.50 за галлон.
Результаты оказались обнадёживающими: требуемое количество вполне достижимо. Например, расчёты показали, что для соединения вроде лимонена (используется в ароматизаторах и отдушках) чистая экономическая выгода для биоперерабатывающих заводов достигается уже при его накоплении в количестве 0.6% от сухого веса биомассы.
«Исследователи в нашем отделе сырья были удивлены тем, насколько скромными оказались целевые уровни», — сказала Коррин Скаун. — «Уровни, которые нам нужно накопить в растениях, чтобы компенсировать стоимость извлечения биопродукта и снизить цену на биотопливо, вполне достижимы».
Выводы и перспективы
Исследование подтверждает, что стратегия снижения стоимости биотоплива за счёт производства биопродуктов в растениях осуществима. Однако учёные не должны концентрироваться на одном продукте, так как рынок для каждого высокоценного соединения ограничен.
Анализ показывает, что всего пять биоперерабатывающих заводов коммерческого масштаба могли бы удовлетворить весь прогнозируемый спрос на лимонен к 2025 году. Поэтому, по словам Скаун, необходимо создавать культуры, производящие широкий спектр продуктов, чтобы диверсифицировать отрасль и не перенасытить рынок.
«Это исследование — первый шаг к демонстрации будущего потенциала генетически модифицированных энергетических культур», — сказал Патрик Ших. — «Наши выводы помогут мотивировать будущие усилия по достижению экономической жизнеспособности биотоплива».
Главное значение работы — она впервые даёт количественную основу для реализации этой стратегии экономии, предоставляя отправную точку для учёных, которые стремятся создать растения, производящие биопродукты и тем самым снижающие стоимость биотоплива.