L’etanolo cellulosico è un tipo di biocarburante prodotto dalla lignocellulosa, un materiale strutturale che comprende gran parte della massa delle piante. La lignocellulosa è composta principalmente da cellulosa, emicellulosa e lignina. Il mais stover, il panicum virgatum (switchgrass), le specie di miscanthus, i trucioli di legno e i sottoprodotti della manutenzione del prato e degli alberi sono alcuni dei materiali cellulosici più popolari per la produzione di etanolo. La produzione di etanolo dalla lignocellulosa ha il vantaggio di una materia prima abbondante e diversificata rispetto a fonti come gli zuccheri di mais e di canna, ma richiede una maggiore quantità di elaborazione per rendere disponibili i monomeri di zucchero ai microrganismi tipicamente utilizzati per produrre etanolo mediante fermentazione.

Switchgrass e Miscanthus sono i principali materiali da biomassa studiati oggi, grazie alla loro elevata produttività per ettaro. La cellulosa, tuttavia, è contenuta in quasi tutte le piante, alberi e arbusti naturali, a crescita libera, nei prati, nelle foreste e nei campi di tutto il mondo, senza lo sforzo agricolo o il costo necessario per farla crescere.

Uno dei vantaggi dell’etanolo cellulosico è la riduzione delle emissioni di gas serra (GHG) dell’85% rispetto alla benzina riformulata. Al contrario, l’etanolo di amido (ad esempio, dal mais), che più frequentemente utilizza il gas naturale per fornire energia per il processo, potrebbe non ridurre affatto le emissioni di GHG a seconda di come viene prodotta la materia prima a base di amido.Secondo la National Academy of Sciences nel 2011, non esiste alcuna bio-raffineria commercialmente vitale per convertire la biomassa lignocellulosica in combustibile. L’assenza di produzione di etanolo cellulosico nelle quantità richieste dal regolamento è stata la base di una Corte d’appello degli Stati Uniti per la decisione del District of Columbia annunciata il 25 gennaio 2013, annullando un obbligo imposto ai produttori di carburante per auto e camion negli Stati Uniti da l’Agenzia per la protezione ambientale che richiede l’aggiunta di biocarburanti cellulosici ai loro prodotti. Questi problemi, insieme a molte altre difficili sfide produttive, hanno portato i ricercatori delle politiche della George Washington University a dichiarare che “a breve termine, l’etanolo [cellulosico] non può soddisfare gli obiettivi di sicurezza energetica e ambientali di un’alternativa a benzina”.

Storia
Il chimico francese Henri Braconnot fu il primo a scoprire che la cellulosa poteva essere idrolizzata in zuccheri mediante trattamento con acido solforico nel 1819. Lo zucchero idrolizzato poteva quindi essere lavorato per formare etanolo attraverso la fermentazione. La prima produzione di etanolo commercializzata iniziò in Germania nel 1898, dove l’acido veniva usato per idrolizzare la cellulosa.Negli Stati Uniti, la Standard Alcohol Company aprì il primo impianto di produzione di etanolo cellulosico nella Carolina del Sud nel 1910. Successivamente, fu aperto un secondo stabilimento in Louisiana. Tuttavia, entrambe le piante furono chiuse dopo la prima guerra mondiale a causa di ragioni economiche.

Il primo tentativo di commercializzare un processo per l’etanolo da legno fu fatto in Germania nel 1898. Impegnò l’uso di acido diluito per idrolizzare la cellulosa in glucosio e fu in grado di produrre 7,6 litri di etanolo per 100 kg di rifiuti di legno (18 Stati Uniti gal (68 L) per tonnellata). I tedeschi svilupparono presto un processo industriale ottimizzato per una resa di circa 50 galloni americani (190 L) per tonnellata di biomassa. Questo processo presto si fece strada negli Stati Uniti, culminando in due impianti commerciali che operavano nel sud-est durante la prima guerra mondiale. Questi impianti utilizzavano quello che veniva chiamato “il processo americano” – un’idrolisi diluita con acido solforico diluito in una fase. Sebbene i rendimenti fossero la metà di quelli del processo originale tedesco (25 galloni statunitensi (95 L) di etanolo per tonnellata contro 50), il volume del processo americano era molto più alto. Un calo della produzione di legname costrinse le piante a chiudere poco dopo la fine della prima guerra mondiale. Nel frattempo, una piccola ma costante quantità di ricerche sull’idrolisi acida diluita continuò al Forest Products Laboratory della USFS. Durante la seconda guerra mondiale, gli Stati Uniti si rivolgono di nuovo all’etanolo cellulosico, questa volta per la conversione in butadiene per produrre gomma sintetica. La Copper and Supply Company di Vulcan fu incaricata di costruire e gestire un impianto per convertire la segatura in etanolo. L’impianto era basato su modifiche al processo Scholler tedesco originale sviluppato dal Forest Products Laboratory. Questa pianta raggiunse un rendimento in etanolo di 50 US gal (190 L) per tonnellata secca, ma non era ancora redditizia e fu chiusa dopo la guerra.

Con il rapido sviluppo delle tecnologie enzimatiche negli ultimi due decenni, il processo di idrolisi acida è stato gradualmente sostituito dall’idrolisi enzimatica. Il pretrattamento chimico della materia prima è necessario per preidrolizzare (separato) l’emicellulosa, quindi può essere più efficacemente convertita in zuccheri. Il pretrattamento diluito degli acidi è stato sviluppato sulla base dei primi lavori sull’idrolisi acida del legno presso il laboratorio dei prodotti forestali della USFS. Recentemente, il Forest Products Laboratory, insieme all’Università del Wisconsin-Madison, ha sviluppato un pretrattamento al solfito per superare la recalcitranza della lignocellulosa per la robusta idrolisi enzimatica della cellulosa del legno.

Il presidente degli Stati Uniti George W. Bush, nel suo discorso sullo stato dell’Unione consegnato il 31 gennaio 2006, propose di espandere l’uso dell’etanolo cellulosico. Nel suo discorso sullo stato dell’Unione il 23 gennaio 2007, il presidente Bush ha annunciato un mandato proposto per 35 miliardi di galloni americani (130.000.000 m3) di etanolo entro il 2017. È ampiamente riconosciuto che la produzione massima di etanolo dall’amido di mais è di 15 miliardi di US galloni (57.000.000 m3) all’anno, che implicano un mandato proposto per la produzione di circa 20 miliardi di galloni statunitensi (76.000.000 m3) in più all’anno di etanolo cellulosico entro il 2017. Il piano proposto da Bush include $ 2 miliardi di finanziamento (dal 2007 al 2017?) per l’etanolo cellulosico impianti, con ulteriori $ 1,6 miliardi (dal 2007 al 2017?) annunciati dall’USDA il 27 gennaio 2007.

Nel marzo 2007, il governo degli Stati Uniti ha assegnato $ 385 milioni in sussidi mirati alla produzione di etanolo da inizio lancio da fonti non tradizionali come trucioli di legno, panico verga e bucce di agrumi. La metà dei sei progetti scelti utilizzerà metodi termochimici e metà utilizzerà metodi di etanolo cellulosico.

La società americana Range Fuels ha annunciato nel luglio 2007 di aver ottenuto un permesso di costruzione dallo stato della Georgia per costruire il primo impianto di etanolo cellulosico da 100 milioni di galloni americani (380.000 m3) negli Stati Uniti. La costruzione è iniziata nel novembre 2007. L’impianto Range Fuels è stato costruito a Soperton, GA, ma è stato chiuso nel gennaio 2011, senza mai aver prodotto alcun tipo di etanolo. Aveva ricevuto una sovvenzione di $ 76 milioni dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, oltre a $ 6 milioni dallo Stato della Georgia, oltre a un prestito di $ 80 milioni garantito dal Programma di assistenza al bioraffineria degli Stati Uniti. Gli Stati Uniti (USA) e il Brasile sono stati i due principali produttori di etanolo da carburante dagli anni ’70.

Economia
Il passaggio a una fonte di carburante rinnovabile è stato un obiettivo per molti anni. Tuttavia, la maggior parte della sua produzione è con l’uso di etanolo da mais. Nel 2000, negli Stati Uniti sono stati prodotti solo 6,2 miliardi di litri, ma questo numero è cresciuto dell’800% fino a 50 miliardi di litri in appena un decennio (2010). Le pressioni del governo per passare alle risorse di combustibili rinnovabili sono state evidenti da quando l’Agenzia per la protezione ambientale degli Stati Uniti ha implementato il Renewable Fuel Standard (RFS) del 2007, che richiedeva che una certa percentuale di combustibile rinnovabile fosse inclusa nei carburanti. Il passaggio alla produzione di etanolo cellulosico dall’etanolo di mais è stato fortemente promosso dal governo degli Stati Uniti. Anche con queste politiche in atto e i tentativi del governo di creare un mercato per l’etanolo cellulosico, nel 2010 e nel 2011 non è stata prodotta alcuna produzione commerciale di questo combustibile. L’Energy Independence and Security Act ha inizialmente fissato obiettivi di 100 milioni, 250 milioni e 500 milioni di galloni per gli anni 2010, 2011 e 2012 rispettivamente. Tuttavia, a partire dal 2012 è stato progettato che la produzione di etanolo cellulosico sarebbe di circa 10,5 milioni di galloni – lontano dal suo obiettivo. Solo nel 2007, il governo statunitense ha fornito 1 miliardo di dollari USA per progetti di etanolo cellulosico, mentre la Cina ha investito 500 milioni di dollari USA nella ricerca sull’etanolo cellulosico.

A causa della mancanza di dati di impianto commercializzati esistenti, è difficile determinare il metodo esatto di produzione che verrà utilizzato più comunemente. I sistemi modello cercano di confrontare i costi di diverse tecnologie, ma questi modelli non possono essere applicati ai costi degli impianti commerciali. Attualmente, ci sono molte strutture pilota e dimostrative aperte che esibiscono la produzione cellulosica su scala ridotta. Queste strutture principali sono riepilogate nella tabella seguente.

I costi di avviamento per gli impianti di etanolo lignocellulosico su scala pilota sono elevati. Il 28 febbraio 2007, il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti ha annunciato $ 385 milioni in finanziamenti a sei impianti di etanolo cellulosico. Questo finanziamento garantisce il 40% dei costi di investimento. Il restante 60% proviene dai promotori di tali strutture. Quindi, un totale di $ 1 miliardo sarà investito per una capacità di circa 140 milioni di dollari USA (530.000 m3). Ciò si traduce in una capacità produttiva di $ 7 / gallone annuo in costi di investimento di capitale per impianti pilota; i costi di capitale futuri dovrebbero essere inferiori. Gli impianti di mais-etanolo costano circa $ 1-3 / capacità gallone annua, anche se il costo del mais stesso è considerevolmente maggiore rispetto a quello del panico verga o della biomassa di scarto.

A partire dal 2007, l’etanolo è prodotto principalmente da zuccheri o amidi, ottenuti da frutta e cereali. Al contrario, l’etanolo cellulosico è ottenuto dalla cellulosa, il componente principale del legno, della paglia e di gran parte della struttura delle piante. Dal momento che la cellulosa non può essere digerita dall’uomo, la produzione di cellulosa non compete con la produzione di cibo, a parte la conversione della terra dalla produzione alimentare alla produzione di cellulosa (che ha iniziato a diventare un problema, a causa dell’aumento dei prezzi del grano). il prezzo per tonnellata della materia prima è quindi molto più economico di quello dei cereali o dei frutti. Inoltre, poiché la cellulosa è il componente principale delle piante, l’intera pianta può essere raccolta. Ciò si traduce in rese molto migliori – fino a 10 tonnellate corte per ettaro (22 t / ha), invece di 4-5 tonnellate / acro (9-11 t / ha) per le migliori colture di grano.

La materia prima è abbondante. Si stima che 323 milioni di tonnellate di materie prime contenenti cellulosa che potrebbero essere utilizzate per creare etanolo vengano buttate via ogni anno negli Stati Uniti da soli. Ciò include 36,8 milioni di tonnellate di rifiuti urbani di legno, 90,5 milioni di tonnellate di residui primari, 45 milioni di tonnellate di residui forestali e 150,7 milioni di tonnellate di stave e paglia di grano. Trasformandoli in etanolo usando enzimi o enzimi (o cellulasi) efficienti ed economici potrebbe fornire fino al 30% del consumo attuale di carburante negli Stati Uniti. Inoltre, anche la terra marginale per l’agricoltura potrebbe essere piantata con colture produttrici di cellulosa, come il panico vergognoso, con conseguente produzione sufficiente a sostituire tutte le attuali importazioni di petrolio negli Stati Uniti.

La carta, il cartone e l’imballaggio comprendono una parte sostanziale dei rifiuti solidi inviati nelle discariche negli Stati Uniti ogni giorno, il 41,26% di tutti i rifiuti solidi urbani organici (RSU) secondo i profili delle città della California Integrated Waste Management Board. Questi profili di città rappresentano un accumulo di 612,3 tonnellate corte (555,5 t) al giorno per discarica dove persiste una densità di popolazione media di 2.413 per miglio quadrato. Tutti questi, ad eccezione del cartongesso, contengono cellulosa, che è trasformabile in etanolo cellulosico. Ciò potrebbe avere ulteriori benefici ambientali poiché la decomposizione di questi prodotti produce metano, un potente gas serra.

La riduzione dello smaltimento dei rifiuti solidi attraverso la conversione di etanolo cellulosico ridurrebbe i costi di smaltimento dei rifiuti solidi da parte dei governi locali e statali. Si stima che ogni persona negli Stati Uniti metta via ogni giorno 2,0 kg di rifiuti, di cui il 37% contiene carta da macero, che è in gran parte cellulosa. Questo calcola 244 mila tonnellate al giorno di carta da macero scartata che contiene cellulosa. La materia prima per produrre etanolo cellulosico non è solo gratuita, ha un costo negativo, cioè i produttori di etanolo possono essere pagati per portarlo via.

Nel giugno 2006, è stato riferito all’udienza del Senato statunitense che l’attuale costo di produzione di etanolo cellulosico è di 2,25 USD per gallone americano (0,59 USD / litro), principalmente a causa dell’attuale scarsa efficienza di conversione. A quel prezzo, costerebbe circa $ 120 per sostituire un barile di petrolio (42 galloni americani (160 L)), tenendo conto del contenuto energetico inferiore di etanolo. Tuttavia, il Dipartimento dell’Energia è ottimista e ha richiesto un raddoppiamento dei finanziamenti per la ricerca. La stessa udienza al Senato è stata detta che l’obiettivo della ricerca era ridurre il costo di produzione a US $ 1,07 per gallone USA (US $ 0,28 / litro) entro il 2012. “La produzione di etanolo cellulosico rappresenta non solo un passo verso la vera diversità energetica per il paese, ma un’alternativa molto economica ai combustibili fossili: è un’arma avanzata nella guerra al petrolio “, ha detto Vinod Khosla, managing partner di Khosla Ventures, che ha recentemente dichiarato a Reuters Global Biofuels Summit di vedere i prezzi del carburante cellulosico scendere a $ 1 per gallone entro dieci anni.

Nel settembre 2010, un rapporto di Bloomberg ha analizzato l’infrastruttura europea per la biomassa e il futuro sviluppo delle raffinerie. I prezzi stimati per un litro di etanolo nell’agosto 2010 sono di 0,51 EUR per 1 ge 0,71 per 2 g. [Chiarimento necessario] Il rapporto suggerisce che l’Europa dovrebbe copiare gli attuali sussidi statunitensi fino a $ 50 per tonnellata secca.

Recentemente, il 25 ottobre 2012, BP, uno dei leader dei prodotti a base di carburanti, ha annunciato la cancellazione della loro proposta di un impianto commerciale da 350 milioni di dollari. È stato stimato che la fabbrica produrrebbe 36 milioni di galloni all’anno nella sua posizione nella contea di Highlands, in Florida. La BP ha comunque fornito 500 milioni di dollari USA per la ricerca sui biocarburanti presso l’Energy Biosciences Institute. General Motors (GM) ha anche investito in aziende cellulosiche più specificamente Mascoma e Coskata. Ci sono molte altre aziende nella costruzione o dirigersi verso di essa. Abengoa sta costruendo un impianto da 25 milioni di galloni all’anno in una piattaforma tecnologica basata sul fungo Myceliophthora thermophila per convertire la lignocellulosa in zuccheri fermentabili. Poet è anche nel bel mezzo di produrre 200 milioni di dollari, 25 milioni di litri all’anno a Emmetsburg, Iowa. Mascoma, ora partner di Valero, ha dichiarato l’intenzione di costruire 20 milioni di galloni all’anno a Kinross, nel Michigan. China Alcohol Resource Corporation ha sviluppato un impianto di etanolo cellulosico da 6,4 milioni di litri in funzionamento continuo.

Inoltre, dal 2013, la società brasiliana GranBio sta lavorando per diventare un produttore di biocarburanti e biochimici. La società a conduzione familiare sta commissionando un impianto di etanolo cellulosico da 82 milioni di litri all’anno (22 MMgy) (2G di etanolo) nello stato di Alagoas, in Brasile, che sarà la prima struttura industriale del gruppo. La struttura di etanolo di seconda generazione di GranBio è integrata in un impianto di etanolo di prima generazione gestito dal Grupo Carlos Lyra, utilizza la tecnologia di processo di Beta Renewables, gli enzimi di Novozymes e il lievito di DSM. Rotto il terreno a gennaio 2013, l’impianto è in fase di messa in servizio finale.Secondo il Financial Banking Annuale GranBio, l’investimento complessivo è stato di 208 milioni di dollari USA.

materie prime
In generale esistono due tipi di materie prime: foresta (legnosa) biomassa e biomassa agricola. Negli Stati Uniti, circa 1,4 miliardi di tonnellate di biomassa secca possono essere prodotte in modo sostenibile ogni anno. Circa 370 milioni di tonnellate o il 30% sono biomasse forestali. La biomassa forestale ha un contenuto più elevato di cellulosa e lignina e un contenuto di emicellulosa e ceneri inferiore rispetto alla biomassa agricola. A causa delle difficoltà e della bassa produzione di etanolo nell’idrolizzato di pretrattamento in fermentazione, in particolare quelli con zuccheri emicellulosici a 5 carbonio molto elevati come lo xilosio, la biomassa forestale presenta notevoli vantaggi rispetto alla biomassa agricola. La biomassa forestale ha anche un’alta densità che riduce significativamente i costi di trasporto. Può essere raccolto tutto l’anno, eliminando la conservazione a lungo termine. Il contenuto di cenere vicino allo zero della biomassa forestale riduce significativamente il carico morto nel trasporto e nella lavorazione. Per soddisfare i bisogni di biodiversità, la biomassa forestale costituirà un importante mix di materie prime per le biomasse nella futura economia biobased.Tuttavia, la biomassa forestale è molto più recalcitrante della biomassa agricola. Recentemente, il Laboratorio di prodotti forestali dell’USDA, insieme all’Università del Wisconsin-Madison, ha sviluppato tecnologie efficienti in grado di superare la forte recalcitività delle biomasse forestali (legnose), comprese quelle di specie di legno tenero con basso contenuto di xilano. La coltura intensiva a breve rotazione o l’allevamento di alberi possono offrire un’opportunità quasi illimitata per la produzione di biomassa forestale.

Trucioli di legno da tagli e cime degli alberi e segatura delle segherie e rifiuti di pasta di carta sono comuni biomasse forestali per la produzione di etanolo cellulosico.

Di seguito sono riportati alcuni esempi di biomassa agricola:

Switchgrass (Panicum virgatum) è un’erba di prateria selvatica nativa. Conosciuto per la sua robustezza e la rapida crescita, questa perenne cresce durante i mesi caldi fino ad altezze di 2-6 piedi. Il Germano vergine può essere coltivato nella maggior parte degli Stati Uniti, comprese le paludi, le pianure, i corsi d’acqua e lungo le rive e il mare. autostrade interstatali. È auto-seminante (nessun trattore per la semina, solo per la falciatura), resistente a molte malattie e parassiti, & amp;può produrre alti rendimenti con basse applicazioni di fertilizzanti e altri prodotti chimici. È anche tollerante per terreni poveri, inondazioni e & amp; siccità; migliora la qualità del suolo e previene l’erosione dovuta al suo tipo di apparato radicale.

Switchgrass è una coltura di copertura approvata per terreni protetti nell’ambito del Federal Reserve Conservation Program (CRP). La CRP è un programma governativo che paga ai produttori una tassa per non coltivare le colture su terreni su cui sono cresciute recentemente le colture. Questo programma riduce l’erosione del suolo, migliora la qualità dell’acqua e aumenta l’habitat della fauna selvatica. La terra del CRP funge da habitat per il gioco dell’altopiano, come fagiani e anatre e numerosi insetti. Switchgrass per la produzione di biocarburanti è stato preso in considerazione per l’uso sui terreni del programma Conservation Reserve (CRP), che potrebbe aumentare la sostenibilità ecologica e ridurre il costo del programma CRP. Tuttavia, le regole CRP dovrebbero essere modificate per consentire questo uso economico della terra CRP.

Miscanthus × giganteus è un’altra materia prima vitale per la produzione di etanolo cellulosico.Questa specie di erba è originaria dell’Asia ed è l’ibrido sterile triploide di Miscanthus sinensis e Miscanthus sacchariflorus. Può crescere fino a 12 piedi (3,7 m) di altezza con poca acqua o fertilizzante. Il miscanto è simile al panico vergognoso per quanto riguarda la tolleranza al freddo e alla siccità e l’efficienza dell’uso dell’acqua. Il miscanto è commercialmente coltivato nell’Unione europea come fonte di energia combustibile.

Pannocchia di mais e stover di mais sono la biomassa agricola più popolare.

È stato suggerito che Kudzu possa diventare una preziosa fonte di biomassa.

Basato sul mais e basato sull’erba
Nel 2008, c’era solo una piccola quantità di switchgrass dedicato alla produzione di etanolo. Perché cresca su una produzione su larga scala, deve competere con gli usi esistenti dei terreni agricoli, principalmente per la produzione di prodotti agricoli. Dei 2,26 miliardi di acri (9,1 milioni di km2) di terreni non sottoposti a sottosuolo, il 33% è costituito da foreste, il 26% da pascoli e pascoli e il 20% da terreni coltivati. Uno studio condotto dai Dipartimenti energetici e agricoli degli Stati Uniti nel 2005 ha determinato se vi fossero sufficienti risorse di terra disponibili per sostenere la produzione di oltre 1 miliardo di tonnellate di biomassa annua in sostituzione del 30% o più dell’attuale uso nazionale di combustibili liquidi per il trasporto. Lo studio ha rilevato che potrebbero essere disponibili 1,3 miliardi di tonnellate di biomassa secca per l’uso di etanolo, apportando piccoli cambiamenti nelle pratiche agricole e forestali e soddisfacendo le richieste di prodotti forestali, alimentari e fibre. Un recente studio condotto dall’università del Tennessee ha riportato che ben 100 milioni di ettari (400.000 km2, o 154.000 sq mi) di terreni coltivati ​​e pascoli dovranno essere allocati alla produzione di switchgrass al fine di compensare l’uso di petrolio del 25%.

Riassunto di Searchinger et al. confronto tra emissioni di gas serra di etanolo e benzina GHG con e senza cambio di uso del suolo (Grammi di CO 2 rilasciati per megajoule di energia nel combustibile)
Tipo di carburante (NOI)	Carbonio intensità	Riduzione GHG	Carbonio intensità + ILUC	Riduzione GHG
Gasolio	92	–	92	–
Etanolo di mais	74	-20%	177	+ 93%
Etanolo cellulosico	28	-70%	138	+ 50%
Note: calcolato utilizzando ipotesi predefinite per lo scenario 2015 per l’etanolo in E85.  La benzina è una combinazione di benzina convenzionale e riformulata.

Attualmente, il mais è più facile e meno costoso da trasformare in etanolo rispetto all’etanolo cellulosico. Il Dipartimento dell’Energia stima che costa circa $ 2,20 al gallone per produrre etanolo cellulosico, che è il doppio rispetto all’etanolo dal mais. Gli enzimi che distruggono i tessuti delle pareti delle cellule vegetali costano da 30 a 50 centesimi per litro di etanolo rispetto ai 3 centesimi per gallone di mais. Il Dipartimento di Energia spera di ridurre i costi di produzione a $ 1,07 per gallone entro il 2012 per essere efficace. Tuttavia, la biomassa cellulosica è più economica da produrre rispetto al mais, perché richiede meno input, come energia, fertilizzanti, erbicidi ed è accompagnata da una minore erosione del suolo e una migliore fertilità del suolo. Inoltre, i solidi non fermentabili e non convertiti rimasti dopo aver prodotto l’etanolo possono essere bruciati per fornire il combustibile necessario per far funzionare l’impianto di conversione e produrre elettricità. L’energia utilizzata per la produzione di piante di etanolo a base di mais deriva dal carbone e dal gas naturale.L’Istituto per l’autosufficienza locale stima che il costo dell’etanolo cellulosico dalla prima generazione di piante commerciali sarà compreso tra $ 1,90 e $ 2,25 per gallone, esclusi gli incentivi. Questo si confronta con il costo attuale di $ 1,20- $ 1,50 per gallone per l’etanolo da mais e il prezzo corrente al dettaglio di oltre $ 4,00 per gallone per benzina regolare (che è sovvenzionato e tassato).

Uno dei motivi principali per aumentare l’uso dei biocarburanti è ridurre le emissioni di gas serra. In confronto alla benzina, l’etanolo brucia più pulito, mettendo così meno anidride carbonica e inquinamento generale nell’aria. Inoltre, dalla combustione si producono solo bassi livelli di smog.Secondo il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, l’etanolo da cellulosa riduce le emissioni di gas serra dell’86 percento rispetto alla benzina e all’etanolo a base di mais, che riduce le emissioni del 52 percento. Le emissioni di anidride carbonica sono inferiori dell’85% rispetto a quelle della benzina. L’etanolo cellulosico contribuisce poco all’effetto serra e ha un bilancio energetico netto cinque volte migliore rispetto all’etanolo a base di mais. Quando viene usato come combustibile, l’etanolo cellulosico rilascia meno zolfo, monossido di carbonio, particolato e gas serra. L’etanolo cellulosico dovrebbe guadagnare crediti di riduzione del carbonio dei produttori, superiori a quelli dati ai produttori che coltivano mais per l’etanolo, che è di circa 3 a 20 centesimi per gallone.

Ci vogliono 0,76 J di energia dai combustibili fossili per produrre 1 J di etanolo dal mais. Questo totale include l’uso di combustibili fossili usati per fertilizzanti, carburante per trattori, funzionamento di impianti di etanolo, ecc. La ricerca ha dimostrato che il combustibile fossile può produrre oltre cinque volte il volume di etanolo dall’erba della prateria, secondo Terry Riley, Presidente della Politica presso la Theodore Roosevelt Conservation Partnership. Il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti conclude che l’etanolo a base di mais fornisce il 26 percento di energia in più rispetto a quello necessario per la produzione, mentre l’etanolo cellulosico fornisce l’80 percento di energia in più. L’etanolo cellulosico produce l’80 percento di energia in più di quanto richiesto per crescere e convertirlo. Il processo di trasformare il mais in etanolo richiede circa 1700 volte (in termini di volume) la quantità di acqua prodotta dall’etanolo. [Discutibile – commenta] Inoltre, lascia 12 volte il suo volume di rifiuti. L’etanolo di grano utilizza solo la parte commestibile della pianta.

La cellulosa non è utilizzata per il cibo e può essere coltivata in tutte le parti del mondo. L’intera pianta può essere utilizzata per la produzione di etanolo cellulosico. Switchgrass produce il doppio di etanolo per acro rispetto al mais. Pertanto, è necessaria meno terra per la produzione e quindi minore frammentazione dell’habitat. I materiali da biomassa richiedono meno input, come fertilizzanti, erbicidi e altre sostanze chimiche che possono comportare rischi per la fauna selvatica.Le loro estese radici migliorano la qualità del suolo, riducono l’erosione e aumentano la cattura dei nutrienti. Le colture energetiche erbacee riducono l’erosione del suolo di oltre il 90%, rispetto alla produzione convenzionale di colture di materie prime. Ciò può tradursi in una migliore qualità dell’acqua per le comunità rurali. Inoltre, le colture energetiche erbacee aggiungono materiale organico ai terreni impoveriti e possono aumentare il carbonio del suolo, che può avere un effetto diretto sui cambiamenti climatici, poiché il carbonio del suolo può assorbire l’anidride carbonica nell’aria. Rispetto alla produzione agricola, la biomassa riduce il deflusso superficiale e il trasporto dell’azoto. Switchgrass fornisce un ambiente per diverse abitazioni di animali selvatici, principalmente insetti e uccelli terrestri. Il terreno di Conservation Reserve Program (CRP) è composto da erbe perenni, che vengono utilizzate per l’etanolo cellulosico e possono essere disponibili per l’uso.

Per anni gli agricoltori americani hanno praticato il taglio a filari, con colture come sorgo e mais. Per questo motivo si sa molto sull’effetto di queste pratiche sulla fauna selvatica. L’effetto più significativo dell’aumento dell’etanolo di mais sarebbe la terra addizionale che dovrebbe essere convertita in uso agricolo e l’aumento dell’erosione e dell’uso di fertilizzanti che accompagnano la produzione agricola.Aumentare la produzione di etanolo attraverso l’uso del mais potrebbe produrre effetti negativi sulla fauna selvatica, la cui grandezza dipenderà dalla scala di produzione e se la terra utilizzata per questa maggiore produzione è stata precedentemente inattiva, in uno stato naturale, o piantata con altre file colture. Un’altra considerazione è se piantare una monocultura veronica o utilizzare una varietà di erbe e altra vegetazione. Mentre una miscela di tipi di vegetazione probabilmente fornirebbe un habitat migliore per la fauna selvatica, la tecnologia non è ancora sviluppata per consentire la trasformazione di una miscela di diverse specie di erba o tipi di vegetazione in bioetanolo. Naturalmente, la produzione di etanolo cellulosico è ancora agli inizi e la possibilità di utilizzare diversi stand di vegetazione invece di monocolture merita un’ulteriore esplorazione man mano che la ricerca prosegue.

US Environmental Protection Agency Bozza dei risultati di riduzione delle emissioni di gas serra nel ciclo di vita per diversi approcci di orizzonte temporale e tasso di sconto (include effetti di cambiamento indiretto della destinazione dei terreni)
Via del carburante	100 anni + Sconto del 2% Vota	30 anni + Sconto del 0% Vota
Etanolo da mais (macinatore a gas naturale) (1)	-16%	+ 5%
Etanolo di mais (Best case NG DM) (2)	-39%	-18%
Etanolo di mais (mulino a carbone)	+ 13%	+ 34%
Etanolo di mais (mulino a secco di biomassa)	-39%	-18%
Etanolo di mais (mulino a secco a biomassa con calore e potenza combinati)	-47%	-26%
Etanolo brasiliano di canna da zucchero	-44%	-26%
Etanolo cellulosico da panico verga	-128%	-124%
Etanolo cellulosico da stover di mais	-115%	-116%
Note: (1) Le piante Dry Mill (DM) macinano l’intero kernel e generalmente producono  solo un co-prodotto principale: distillatori di cereali con solubile (DGS).  (2) Le migliori case produttrici producono il coprodotto di cereali distillati umidi.

Uno studio del premio Nobel Paul Crutzen ha rilevato che l’etanolo prodotto dal mais ha un effetto “riscaldamento climatico” rispetto al petrolio quando la valutazione completa del ciclo di vita considera correttamente le emissioni di protossido di azoto (N20) che si verificano durante la produzione di etanolo. Crutzen ha scoperto che le colture con meno domanda di azoto, come le erbe e le specie di bosco ceduo, hanno impatti climatici più favorevoli.

Commercializzazione di etanolo cellulosico
La commercializzazione di etanolo cellulosico è il processo di costruzione di un’industria di metodi per trasformare la materia organica contenente cellulosa in combustibile. Aziende come Iogen, POET e Abengoa stanno costruendo raffinerie che possono trasformare la biomassa e trasformarla in etanolo, mentre aziende come DuPont, Diversa, Novozymes e Dyadic producono enzimi che potrebbero consentire un futuro di etanolo cellulosico. Il passaggio dai mangimi delle colture alimentari ai residui di scarto e alle erbe autoctone offre opportunità significative per una vasta gamma di attori, dagli agricoltori alle imprese di biotecnologia e dagli sviluppatori di progetti agli investitori.

L’industria dell’etanolo cellulosico ha sviluppato alcuni nuovi impianti su scala commerciale nel 2008. Negli Stati Uniti sono stati operativi impianti per un totale di 12 milioni di litri (3,17 milioni di galloni) all’anno e ulteriori 80 milioni di litri (21,1 milioni di gal) all’anno di capacità – in 26 nuovi impianti – era in costruzione. In Canada era operativa una capacità di 6 milioni di litri all’anno. In Europa, diversi impianti erano operativi in ​​Germania, Spagna e Svezia e la capacità di 10 milioni di litri all’anno era in costruzione.

Mossi & amp; basato in Italia Il Gruppo Ghisolfi ha aperto il terreno il suo impianto di etanolo cellulosico da 13 MMg nell’Italia nordoccidentale il 12 aprile 2011. Il progetto sarà il più grande progetto di etanolo cellulosico nel mondo, 10 volte più grande di qualsiasi altro impianto di dimostrazione attualmente in funzione.

Impianti commerciali di etanolo cellulosico negli Stati Uniti
(Operativo o in costruzione)

Azienda	Posizione	materia prima
Abengoa Bioenergia	Hugoton, KS	Paglia di grano
BlueFire etanolo	Irvine, CA	Fonti multiple
Colusa Biomass Energy Corporation	Sacramento, CA.	Rifiuti di paglia di riso
Coskata	Warrenville, IL	Biomassa, rifiuti agricoli e municipali
DuPont	Vonore, TN	Pannocchie di mais, panico verga
DuPont	Nevada, IA	Stover di mais
Fulcrum BioEnergy	Reno, NV	Rifiuti solidi urbani
Energia della costa del Golfo	Mossy Head, FL	Rifiuti di legno
KL Energy Corp.	Upton, WY	Legna
Mascoma	Lansing, MI	Legna
POET-DSM Biocarburanti avanzati	Emmetsburg, IA	Pannocchie di granturco, gusci e stover
Gamma carburanti	Contea di Treutlen, GA	Rifiuti di legno
SunOpta	Little Falls, MN	Trucioli di legno
SweetWater Energy	Rochester, NY	Più fonti
Envirofuels statunitensi	Contea di Highlands, FL	Sorgo dolce
Xethanol	Auburndale, FL	Scorze di agrumi