Grassoline Podemos abastecer carros com grama?

Um E85 Etanol Hyundai é exibido em uma feira de automóveis. Veja mais fotos de veículos movidos a combustível alternativo. Mark Renders / Getty Images

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-Em 2006, os Estados Unidos consumiram uma média de quase 20,6 milhões de barris de petróleo por dia, o equivalente a mais de 865 milhões de galões de petróleo [fonte: Energy Information Administration]. O petróleo abastece seu carro em uma ida ao supermercado. Ajuda a indústria a desenvolver e fomentar avanços tecnológicos na ciência e na medicina. Também cria uma enorme riqueza: A economia global é baseada em grande parte na perfuração, refino, transporte e distribuição de petróleo.-

Mas o petróleo é um recurso finito produzido a partir dos restos fossilizados de antigas plantas e animais marinhos. Demora pelo menos 10 milhões de anos para que restos fossilizados se tornem petróleo bruto e as pessoas usam o petróleo muito mais rápido do que ele é criado. Eventualmente, a produção de petróleo atingirá o pico e começaremos a acabar. Alguns estimam que esse pico já ocorreu; outros vêem isso acontecendo em um futuro próximo. De qualquer forma, a maioria das pessoas acredita que estamos no meio de uma crise de energia iminente. Afinal, o petróleo desempenha um papel importante na atividade humana diária. O que acontece quando ficarmos sem petróleo?

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-O setor de energia gasta bilhões na busca por alternativas à gasolina. Mas a próxima fonte de energia tem que fazer mais do que apenas fornecer energia ao mundo. Com o aumento das preocupações com os gases do efeito estufa (GEE) dos combustíveis fósseis, levando ao aquecimento global, o próximo combustível também deve ser limpo. Deve ser acessível e ajudar a sustentar a economia.

A próxima geração de combustíveis precisa chegar rapidamente, para ajudar as pessoas na transição do petróleo. Afinal, o mundo não pode parar por uma ou duas décadas enquanto o próximo combustível é desenvolvido e implementado.

Tudo isso junto soa como uma lista impossível de demandas de qualquer fonte de combustível. É por isso que é tão surpreendente que, depois de apenas alguns anos de pesquisa, surja uma fonte de energia que parece cumprir todas essas obrigações..

Etanol (álcool etílico) é uma forma de combustível derivada dos carboidratos complexos das plantas. Há décadas, os pesquisadores estão cientes de seu potencial como combustível. Mas o processo de produção de etanol de forma barata e eficiente tem sido difícil - até agora, dizem alguns cientistas.

Uma grama de crescimento rápido conhecida como switchgrass pode ser encontrado nos Estados Unidos, Canadá, América Central e do Sul e em partes da África. E, se continuar a mostrar o tipo de promessa que faz agora, pode ser o que você usará para abastecer seu carro nos próximos 20 anos. Então, como a grama pode se tornar combustível? Leia a próxima página para saber mais sobre a previsão do sol para switchgrass como uma resposta à crise de energia iminente.

Conteúdo

1. Switchgrass
2. Problemas e soluções de Switchgrass
3. Críticas aos biocombustíveis

Pesquisador David Bransby inspeciona switchgrass variedade Alamo em um lote de teste da Universidade do Alabama. Cortesia Warren Gretz / Laboratório Nacional de Energia Renovável

Pesquisa em fontes de combustíveis biológicos -- biocombustíveis -- incluiu tudo, desde gordura de frango a aparas de madeira. Mas o processamento da maioria deles resulta em um baixo relação de energia líquida -- a quantidade de energia que cada unidade emite não é muito mais do que a energia colocada em sua produção. O custo também tem sido um problema: as técnicas de extração de combustíveis de recursos vegetais e animais são atualmente caras, o que se refletiria na bomba de combustível. Mas quanto mais os pesquisadores analisam os números sobre switchgrass, mais ele parece um bom candidato para uma fonte alternativa de combustível.

Switchgrass é uma espécie perene nativa para as Américas. Cresce rápida e facilmente nas planícies. É uma espécie resistente e resistente - em alguns casos, é considerada invasora. Um estudo de três anos em Dakota do Norte publicado em 2005 mostrou que, quando deixadas sozinhas, algumas variedades da grama podem produzir um rendimento médio de mais de sete toneladas de biomassa -- o material vegetal colhido - por acre, dependendo da precipitação e do tipo de solo [fonte: Departamento de Agricultura dos EUA].

-A grama também é resistente à seca e requer pouco ou nenhum fertilizante. Isso significa que requer menos combustível fóssil gasto na produção. Os tratores usados ​​para espalhar fertilizantes e abastecer as bombas que irrigam os campos requerem combustível fóssil. Menos irrigação e menos fertilizante, portanto, significa menor consumo de energia, o que por sua vez significa menos custo e menos emissões de gases de efeito estufa. Além do mais, os defensores do switchgrass dizem que o combustível produzido a partir da planta tornaria os Estados Unidos mais seguros e independentes, uma vez que poderia ser cultivado na América em vez de importado de outras nações.

O combustível produzido a partir de switchgrass matéria-prima -- a matéria-prima usada para produzir um combustível destilado - é etanol celulósico. Este combustível alcoólico é criado por um processo químico de decomposição do celulose -- a estrutura que compõe as paredes celulares da planta. Depois que a celulose é decomposta em seus componentes básicos, o fermento é adicionado e é fermentado em álcool. Depois de refinado, o etanol produzido pode ser usado como combustível.

Quanto mais celulose disponível para extração de uma planta, mais valiosa ela se torna como fonte de etanol. E switchgrass tem muita celulose. Cerca de 70% da planta é composta por esses carboidratos complexos [fonte: BioCycle]. Melhor ainda, lignina -- um subproduto criado quando a água é eliminada da celulose - tem se mostrado promissor para uso como combustível para abastecer usinas de produção de etanol. Se a lignina puder ser aproveitada, isso pode tornar o processamento do etanol autossustentável.

Começando com a produção do fertilizante usado para cultivar a grama e terminando com o transporte para distribuição de etanol, o pesquisador do Argonne National Laboratory, Michael Wang, calculou a relação de energia para switchgrass. Ele descobriu que cada unidade de energia colocada na produção de etanol celulósico a partir de switchgrass criava 10 vezes a produção de energia. Isso é muito maior do que o etanol derivado do milho. Em contraste, a gasolina tem uma proporção de energia de 1 a 0,81, o que significa que requer mais energia para produzir do que produz. Wang também descobriu que o etanol de switchgrass pode exigir 70 por cento menos combustível fóssil para ser produzido do que a gasolina e Etanol E85 -- uma mistura de 85% de etanol e 15% de gasolina - emite 86% menos GEEs do que a gasolina. [fonte: Wang].

Parece que switchgrass como combustível alternativo tem tudo a seu favor. Então, qual é o problema? O processo de refino parece simples, e de fato é, relativamente falando. Mas fazer etanol a partir de switchgrass enfrenta alguns desafios. Leia a próxima página sobre a dificuldade em destilar etanol de switchgrass.

O etanol E85 está aparecendo em mais postos de gasolina, como este em Washington. D.C. O combustível pode ser vendido por apenas US $ 1 por galão se os pesquisadores puderem agilizar o processo de produção. Chip Somodevilla / Getty Images

Embora esteja ficando mais claro com a publicação de cada novo estudo de switchgrass que a planta pode desempenhar um papel importante no futuro alívio de energia, a palavra "futuro" é a chave. Atualmente, o processo de extração da celulose da planta está se mostrando difícil e caro.

A celulose derivada de material vegetal é produzida por qualquer um de uma variedade de enzimas, dependendo do tipo de material vegetal usado. Esses catalisadores se alimentam de carboidratos complexos, como açúcares, e expelem celulose e dióxido de carbono como resíduos no processo. Essas enzimas são caras, no entanto, cerca de 20 centavos para cada galão de etanol purificado [fonte: Federal Trade Commission]. Além do mais, o processo de fermentação da celulose com levedura requer uma enzima diferente, aumentando ainda mais os custos. Em 2006, o geneticista de plantas Albert Kausch disse que com os métodos atuais de cultivo e produção, o custo por galão de etanol celulósico seria de US $ 2,70. Ainda é mais barato do que gasolina, mas Kausch acredita que pode ser reduzido para cerca de US $ 1 por galão [fonte: Newswise]. Uma das maneiras de conseguir essa redução drástica de custos é desenvolver enzimas mais baratas e encontrar uma única enzima que possa quebrar a celulose e fermentar o etanol.

Um dos outros problemas que o etanol enfrenta é levá-lo das refinarias aos postos de combustível. O etanol é altamente corrosivo e não pode ser enviado por dutos como o petróleo e o petróleo podem. Isso significa que deve ser transportado por caminhões, o que aumenta os custos de produção e diminui a relação de energia, uma vez que os grandes caminhões-tanque precisam de mais combustíveis fósseis para transportar o etanol para distribuição.

Michael Wang, do Laboratório Nacional de Argonne, diz que o desafio de distribuir etanol poderia, em parte, ser superado usando sistemas ferroviários para transportá-lo o mais longe possível. “Quando você refina no meio-oeste e transporta para o oeste, o transporte é um problema”, diz ele. "Você teria que usar ferrovia. Mas, ao transportá-lo por curtas distâncias, não faz muita diferença [para a relação de energia líquida]."

O outro problema que o etanol de switchgrass enfrenta atualmente é a quantidade de terra disponível para seu cultivo. Uma análise da Universidade do Tennessee concluiu que os Estados Unidos poderiam produzir um total de 153 milhões de toneladas secas de switchgrass e resíduo de colheita -- o material que sobra após a colheita e produção agrícola, como caules e sementes - anualmente como matéria-prima de etanol. Seus números mostram que isso resultaria em uma redução de 5,3% no consumo anual de gasolina nos Estados Unidos - muito menos do que o esperado, e muito menos do que os 35 bilhões de galões de combustível renovável que o presidente George W. Bush pediu até 2017 em seu relatório de 2006 Endereço do estado da união.

Assim como a pesquisa com enzimas, a tecnologia também pode superar esse obstáculo. Jason Grumet, da Comissão Nacional de Política Energética (NCEP), sugere o desenvolvimento de cepas de switchgrass que podem aumentar a produção de ton por acre, aumentando a eficiência na produção de etanol em um terço e dobrando a eficiência de combustível de todos os veículos na América [fonte: Senado dos EUA].

Definitivamente, o dinheiro existe para superar esses obstáculos. Tanto as empresas de energia quanto os conglomerados de pesquisa agrícola estão despejando dinheiro em instalações de etanol celulósico. BP Amoco PLC deu à University of California - Berkley e à University of Illinois - Champaign um total de $ 500 milhões para financiar um centro de pesquisa. A Chevron Corporation deu à University of California - Davis $ 25 milhões e ao Georgia Institute of Technology $ 12 milhões. E o Oak Ridge National Laboratory recebeu US $ 125 milhões do Departamento de Energia dos Estados Unidos para a pesquisa do etanol celulósico [fonte: DeMonte]. Mesmo assim, muitas empresas esperam que o governo dos Estados Unidos ajude a fomentar a pesquisa e o desenvolvimento, oferecendo garantias de investimento e incentivos fiscais para financiadores que apostam na tecnologia da celulose.

- Com a quantidade de dinheiro investindo na pesquisa do etanol celulósico e a possibilidade de que mais esteja a caminho - sem mencionar o entusiasmo e o apoio público - é difícil não imaginar que dentro de apenas algumas décadas, o etanol à base de switchgrass estará preenchendo nossos carros. Mas switchgrass também tem seus céticos. Alguns acham que a grama não corresponde às expectativas e outros temem as consequências se isso acontecer. Leia sobre os céticos dos biocombustíveis na próxima página.

Céticos em relação aos biocombustíveis estão preocupados que o financiamento de programas de ajuda alimentar, como Feed the Children (acima), irá secar se o excesso de comida for usado como combustível. Layne Murdoch / NBAE via Getty Images

A competição é acirrada entre milho e switchgrass, que servirá como matéria-prima para a futura produção de etanol. Como algumas áreas que cultivam milho não podem cultivar switchgrass, e vice-versa, muitas regiões têm interesse no resultado do debate sobre combustíveis alternativos. Com base em pesquisas sobre custos de produção, taxas de energia e emissões de GEE, parece que o etanol de milho simplesmente não pode competir com o etanol feito de switchgrass.

Mas embora o etanol feito das duas safras seja semelhante em muitos aspectos, o processo pelo qual switchgrass é transformado em combustível o torna a escolha superior para muitos pesquisadores, políticos e ativistas. A produção de etanol de milho, por exemplo, usa apenas os grãos (as coisas que você come) para produzir etanol. O resto é descartado - embora, ironicamente, o resíduo da colheita possa ser usado na produção de etanol celulósico.

Outra vantagem do switchgrass sobre o milho é a quantidade e o tipo de terreno que ele requer. Em Iowa - um estado com solo melhor do que a média - o rendimento médio da cultura foi de cerca de 4,8 toneladas por acre em 2005. O estudo de Dakota do Norte de 2005, mencionado antes, mostrou um rendimento de cerca de sete toneladas de switchgrass por acre. E switchgrass não requer o melhor solo para crescer bem. Ele pode ser cultivado em terras não utilizadas atualmente para plantações.

Um relatório produzido pelo Laboratório Nacional de Oak Ridge concluiu que abastecer metade dos veículos nas estradas nos Estados Unidos hoje com etanol exigiria 180 milhões de acres de terra para o cultivo de switchgrass. Isso representa 40 por cento da terra já em uso para a agricultura na América [fonte: U.S. Senate].

Mas Jason Grumet, do NCEP, acredita que, com "progresso estável, mas nada notável" em pesquisa e desenvolvimento, poderíamos reduzir a quantidade de terra necessária para produzir tanto etanol para 30 milhões de acres em 20 a 30 anos. Grumet menciona que essa é a quantidade de área cultivada no Programa de Reserva de Conservação (CRP), um programa federal que paga aos agricultores para reservar terras como pousio para reduzir o impacto ambiental da agricultura [fonte: U.S. Senate].

Grumet não é a única pessoa a sugerir que switchgrass poderia ser cultivado em terras marginais. Afinal, ele melhora o solo onde é plantado, e as terras do CRP podem se beneficiar ao mesmo tempo em que a matéria-prima está sendo cultivada para a produção de etanol. Mas nem todo mundo acredita que a produção de switchgrass industrial é o melhor uso para a terra CRP. Os céticos argumentam que a maioria das terras inscritas no Programa de Reserva de Conservação é reservada porque o solo não produzirá safras de alta qualidade. Se switchgrass se tornar a próxima fonte de combustível e grandes empresas injetarem grandes quantias de dinheiro em sua produção, esses críticos argumentarão que essas mesmas empresas desejarão o maior rendimento possível. Isso seria melhor realizado usando o melhor terreno disponível. O que significa que algumas terras aráveis ​​iriam da produção de alimentos para a produção de energia.

Hoje, usamos uma pequena porção de safras de alimentos como combustível. Se passarmos a depender dos biocombustíveis como nossa fonte de energia, energia e alimentos podem entrar em competição direta por recursos, especificamente terra.

Isso diz respeito a alguns, incluindo o Dr. Eric Holt-Gimenez, do Institute for Food and Development Policy. Quando os preços dos combustíveis aumentam, também aumentam os preços dos alimentos, devido ao aumento do custo de produção e transporte. Holt-Gimenez argumenta que, se alimentos e energia competirem pela terra, os preços dos alimentos podem ter um efeito recíproco sobre os preços da energia. Além disso, ele diz que os programas de excedentes de alimentos para países famintos podem secar, já que os excedentes de alimentos podem ser usados ​​como biomassa para etanol [fonte: Holt-Gimenez].

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Existem outras preocupações sobre o etanol celulósico também. Alguns acreditam que as afirmações sobre seu potencial são muito otimistas, com base em estudos que demonstram que o etanol celulósico não tem a proporção de energia sugerida por outros estudos. Mas esses estudos são em menor número - e recebem muito menos atenção - do que aqueles que demonstram o potencial do switchgrass. E se o financiamento e a opinião pública são indicadores de progresso, parece que o etanol switchgrass está pronto.

Para mais informações sobre biocombustíveis, energia e tópicos relacionados, leia a próxima página.

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Mais ótimos links

• Departamento de Energia dos Estados Unidos
• The Oil Drum Energy Forum
• Oak Ridge National Laboratory

Fontes

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