O etanol celulósico é um tipo de biocombustível produzido a partir de lignocelulose, um material estrutural que compreende grande parte da massa das plantas. A lignocelulose é composta principalmente por celulose, hemicelulose e lignina. Stover de milho, Panicum virgatum (switchgrass), espécies de grama Miscanthus, lascas de madeira e os subprodutos da manutenção do gramado e árvores são alguns dos materiais celulósicos mais populares para a produção de etanol. A produção de etanol a partir de lignocelulose tem a vantagem de matéria-prima abundante e diversificada em comparação com fontes como o açúcar de cana e milho, mas requer uma maior quantidade de processamento para disponibilizar os monômeros de açúcar aos microrganismos normalmente usados para produzir etanol por fermentação.
O Switchgrass e o Miscanthus são os principais materiais de biomassa atualmente em estudo, devido à sua alta produtividade por acre. A celulose, no entanto, está contida em quase todas as plantas, árvores e arbustos naturais de crescimento livre, em prados, florestas e campos em todo o mundo, sem o esforço agrícola ou o custo necessário para fazê-la crescer.
Um dos benefícios do etanol celulósico é reduzir as emissões de gases de efeito estufa (GEE) em 85% em relação à gasolina reformulada. Em contraste, o etanol de amido (por exemplo, do milho), que usa gás natural com mais frequência para fornecer energia ao processo, pode não reduzir as emissões de GEE, dependendo de como a matéria-prima baseada em amido é produzida. De acordo com a Academia Nacional de Ciências, em 2011, não existe nenhuma biorrefinaria comercialmente viável para converter a biomassa lignocelulósica em combustível. A ausência de produção de etanol celulósico nas quantidades exigidas pelo regulamento foi a base de uma decisão do Tribunal de Apelações dos Estados Unidos para o Distrito de Columbia, anunciada em 25 de janeiro de 2013, anulando a exigência imposta aos produtores de combustível de automóveis e caminhões nos Estados Unidos. Agência de Proteção Ambiental que exige a adição de biocombustíveis celulósicos a seus produtos. Essas questões, juntamente com muitos outros difíceis desafios de produção, levaram os pesquisadores de políticas da Universidade George Washington a afirmar que “no curto prazo, o etanol [celulósico] não pode atender à segurança energética e às metas ambientais de uma alternativa à gasolina”.
História
O químico francês Henri Braconnot foi o primeiro a descobrir que a celulose poderia ser hidrolisada em açúcares por tratamento com ácido sulfúrico em 1819. O açúcar hidrolisado poderia então ser processado para formar etanol através da fermentação. A primeira produção de etanol comercializada começou na Alemanha em 1898, onde o ácido foi utilizado para hidrolisar a celulose.Nos Estados Unidos, a Standard Alcohol Company abriu a primeira fábrica de produção de etanol celulósico na Carolina do Sul em 1910. Mais tarde, uma segunda fábrica foi aberta na Louisiana. No entanto, ambas as plantas foram fechadas após a Primeira Guerra Mundial devido a razões econômicas.
A primeira tentativa de comercializar um processo para o etanol a partir de madeira foi feita na Alemanha em 1898. Envolveu o uso de ácido diluído para hidrolisar a celulose em glicose e foi capaz de produzir 7,6 litros de etanol por 100 kg de resíduos de madeira (18 gal (68 L) por tonelada). Os alemães logo desenvolveram um processo industrial otimizado para rendimentos de cerca de 50 galões americanos (190 L) por tonelada de biomassa. Esse processo logo chegou aos EUA, culminando em duas usinas comerciais operando no sudeste durante a Primeira Guerra Mundial. Essas usinas usaram o que foi chamado de “Processo Americano” – uma hidrólise diluída de ácido sulfúrico em um estágio. Embora os rendimentos fossem metade do do processo alemão original (25 litros de etanol por tonelada versus 50), o rendimento do processo americano era muito mais alto. Uma queda na produção madeireira forçou as fábricas a fecharem logo após o fim da Primeira Guerra Mundial. Enquanto isso, uma pequena, porém constante, pesquisa sobre a hidrólise ácida diluída continuou no Laboratório de Produtos Florestais do USFS. Durante a Segunda Guerra Mundial, os EUA voltaram-se novamente para o etanol celulósico, desta vez para a conversão em butadieno para produzir borracha sintética. A Vulcan Copper and Supply Company foi contratada para construir e operar uma planta para converter serragem em etanol. A planta foi baseada em modificações no processo original de Scholler da Alemanha, desenvolvido pelo Laboratório de Produtos Florestais. Esta planta alcançou um rendimento de etanol de 50 US galões (190 L) por tonelada seca, mas ainda não era lucrativa e foi fechada após a guerra.
Com o rápido desenvolvimento das tecnologias enzimáticas nas últimas duas décadas, o processo de hidrólise ácida foi gradualmente substituído pela hidrólise enzimática. O pré-tratamento químico da matéria-prima é necessário para pré-hidrólise (separada) da hemicelulose, para que possa ser convertida de forma mais eficaz em açúcares. O pré-tratamento ácido diluído é desenvolvido com base nos primeiros trabalhos sobre a hidrólise ácida da madeira no Laboratório de Produtos Florestais do USFS. Recentemente, o Laboratório de Produtos Florestais, juntamente com a Universidade de Wisconsin-Madison, desenvolveu um pré-tratamento de sulfito para superar a recalcitrância da lignocelulose para hidrólise enzimática robusta da celulose da madeira.
O presidente dos EUA, George W. Bush, em seu discurso sobre o estado da União, entregue em 31 de janeiro de 2006, propôs expandir o uso de etanol celulósico. Em seu discurso sobre o estado da União em 23 de janeiro de 2007, o presidente Bush anunciou uma proposta de mandar 35 bilhões de galões (130.000.000 m3) de etanol até 2017. É amplamente reconhecido que a produção máxima de etanol de amido de milho é de 15 bilhões de dólares. galões (57.000.000 m3) por ano, o que implica uma proposta de produção de cerca de 20 bilhões de galões (76.000.000 m3) a mais por ano de etanol celulósico até 2017. O plano proposto por Bush inclui US $ 2 bilhões de financiamento (de 2007 a 2017?) para etanol celulósico plantas, com um adicional de US $ 1,6 bilhão (de 2007 a 2017?) anunciado pelo USDA em 27 de janeiro de 2007.
Em março de 2007, o governo dos EUA concedeu US $ 385 milhões em subsídios destinados a impulsionar a produção de etanol a partir de fontes não tradicionais, como lascas de madeira, switchgrass e cascas de frutas cítricas. Metade dos seis projetos escolhidos usará métodos termoquímicos e metade usará métodos de etanol celulósico.
A empresa norte-americana Range Fuels anunciou em julho de 2007 que recebeu uma licença de construção do estado da Geórgia para construir a primeira usina de etanol celulósico de 100 milhões de litros por galão (380.000 m3) em escala comercial nos EUA. A construção começou em novembro de 2007. A fábrica da Range Fuels foi construída em Soperton, Geórgia, mas foi desativada em janeiro de 2011, sem nunca ter produzido etanol. Recebeu uma doação de US $ 76 milhões do Departamento de Energia dos EUA, mais US $ 6 milhões do Estado da Geórgia, além de um empréstimo de US $ 80 milhões garantido pelo Programa de Assistência Biorefinaria dos EUA.Os Estados Unidos (EUA) e o Brasil são os dois principais produtores de etanol combustível desde a década de 1970.
Economia
A mudança para um recurso de combustível renovável tem sido alvo há muitos anos. No entanto, a maior parte de sua produção é com o uso do etanol de milho. No ano 2000, apenas 6,2 bilhões de litros foram produzidos nos Estados Unidos, mas esse número aumentou de 800% para 50 bilhões de litros em apenas uma década (2010). As pressões do governo para mudar para os recursos de combustíveis renováveis têm sido evidentes desde que a Agência de Proteção Ambiental dos EUA implementou o 2007 Renewable Fuel Standard (RFS), que exigia que uma certa porcentagem de combustível renovável fosse incluída nos produtos de combustível. A mudança para a produção de etanol celulósico a partir do etanol de milho foi fortemente promovida pelo governo dos EUA. Mesmo com essas políticas em vigor e as tentativas do governo de criar um mercado para o etanol de celulose, não houve produção comercial desse combustível em 2010 e 2011. A Lei de Segurança e Independência Energética originalmente estabeleceu metas de 100 milhões, 250 milhões e 500 milhões galões para os anos de 2010, 2011 e 2012, respectivamente. No entanto, a partir de 2012, foi projetado que a produção de etanol celulósico seria de aproximadamente 10,5 milhões de galões – longe de sua meta. Somente em 2007, o governo dos EUA forneceu US $ 1 bilhão para projetos de etanol de celulose, enquanto a China investiu US $ 500 milhões em pesquisa de etanol celulósico.
Devido à falta de dados comerciais existentes na fábrica, é difícil determinar o método exato de produção que será mais comumente empregado. Os sistemas de modelos tentam comparar os custos das diferentes tecnologias, mas esses modelos não podem ser aplicados aos custos das plantas comerciais. Atualmente, existem muitas instalações piloto e de demonstração abertas que exibem produção celulósica em menor escala. Essas principais instalações estão resumidas na tabela abaixo.
Os custos iniciais para plantas de etanol lignocelulósico em escala piloto são altos. Em 28 de fevereiro de 2007, o Departamento de Energia dos EUA anunciou US $ 385 milhões em subsídios para seis usinas de etanol celulósico. Este financiamento de subvenção representa 40% dos custos de investimento. Os restantes 60% provêm dos promotores dessas instalações. Assim, um total de US $ 1 bilhão será investido para uma capacidade de aproximadamente 140 milhões de galões norte-americanos (530.000 m3). Isso se traduz em uma capacidade de produção de US $ 7 / galão anual em custos de investimento de capital para plantas-piloto; Espera-se que os futuros custos de capital sejam menores. As usinas de milho para etanol custam cerca de US $ 1-3 por galão / ano, embora o custo do milho em si seja consideravelmente maior do que para o uso de mudas ou resíduos de biomassa.
A partir de 2007, o etanol é produzido principalmente a partir de açúcares ou amidos, obtidos a partir de frutas e grãos. Em contraste, o etanol celulósico é obtido da celulose, o principal componente da madeira, palha e grande parte da estrutura das plantas. Como a celulose não pode ser digerida pelos seres humanos, a produção de celulose não compete com a produção de alimentos, além da conversão da terra da produção de alimentos para a produção de celulose (que recentemente começou a se tornar um problema devido ao aumento dos preços do trigo). O preço por tonelada da matéria-prima é, portanto, muito mais barato do que o de grãos ou frutas. Além disso, como a celulose é o principal componente das plantas, toda a planta pode ser colhida. Isso resulta em rendimentos muito melhores – até 10 toneladas curtas por acre (22 t / ha), em vez de 4-5 toneladas / acre (9-11 t / ha) para as melhores safras de grãos.
A matéria prima é abundante. Estima-se que 323 milhões de toneladas de matérias-primas contendo celulose que poderiam ser usadas para criar etanol sejam descartadas a cada ano apenas nos EUA. Isso inclui 36,8 milhões de toneladas secas de resíduos urbanos, 90,5 milhões de toneladas de resíduos de moagem primária, 45 milhões de toneladas de resíduos florestais e 150,7 milhões de toneladas secas de palha de milho e palha de trigo. Transformá-los em etanol usando enzimas hemi (celulase) eficientes e de baixo custo, ou outros processos, pode fornecer até 30% do consumo atual de combustível nos Estados Unidos. Além disso, mesmo as terras marginais para a agricultura poderiam ser plantadas com culturas produtoras de celulose, tais como switchgrass, resultando em produção suficiente para substituir todas as importações atuais de petróleo nos Estados Unidos.
Papel, papelão e embalagens compreendem uma parte substancial dos resíduos sólidos enviados aos aterros nos Estados Unidos a cada dia, 41,26% de todos os resíduos sólidos urbanos orgânicos (RSU) de acordo com os perfis das cidades do California Integrated Waste Management Board.Esses perfis de cidades são responsáveis pela acumulação de 612,3 toneladas curtas (555,5 toneladas por dia) por aterro sanitário, onde uma densidade populacional média de 2.413 por milha quadrada persiste. Todos estes, exceto a placa de gesso, contêm celulose, que é transformável em etanol celulósico. Isso pode ter benefícios ambientais adicionais, porque a decomposição desses produtos produz metano, um potente gás de efeito estufa.
A redução do descarte de resíduos sólidos por meio da conversão de etanol celulósico reduziria os custos de descarte de resíduos sólidos pelos governos locais e estaduais. Estima-se que cada pessoa nos EUA jogue fora 2,0 kg de lixo por dia, dos quais 37% contêm papel usado, que é em grande parte celulose. Isso computa 244 mil toneladas por dia de papel descartado que contém celulose. A matéria-prima para produzir etanol celulósico não é apenas livre, tem um custo negativo – ou seja, os produtores de etanol podem ser pagos para retirá-lo.
Em junho de 2006, uma audiência do Senado dos EUA foi informada de que o custo atual da produção de etanol celulósico é de US $ 2,25 por galão americano (US $ 0,59 / litro), principalmente devido à baixa eficiência de conversão atual. A esse preço, custaria cerca de US $ 120 para substituir um barril de petróleo (160 litros), levando em conta o menor teor de energia do etanol. No entanto, o Departamento de Energia está otimista e solicitou uma duplicação do financiamento da pesquisa. A mesma audiência do Senado foi informada que a meta da pesquisa era reduzir o custo de produção para US $ 1,07 por galão (US $ 0,28 / litro) até 2012. “A produção de etanol celulósico representa não apenas um passo em direção à verdadeira diversidade energética do país, Mas é uma alternativa muito eficaz em termos de custo aos combustíveis fósseis. É um armamento avançado na guerra contra o petróleo “, disse Vinod Khosla, sócio-gerente da Khosla Ventures, que disse recentemente à Reuters Global Biofuels Summit que ele poderia ver os preços do combustível celulósico caindo para US $ 1. por galão dentro de dez anos.
Em setembro de 2010, um relatório da Bloomberg analisou a infraestrutura européia de biomassa e o futuro desenvolvimento das refinarias. Os preços estimados para um litro de etanol em agosto de 2010 são de 0,51 euro para 1g e 0,71 para 2g. [O esclarecimento é necessário] O relatório sugeriu que a Europa copiasse os atuais subsídios dos EUA de até US $ 50 por tonelada seca.
Recentemente, em 25 de outubro de 2012, a BP, uma das líderes em produtos de combustível, anunciou o cancelamento de sua proposta de US $ 350 milhões em escala comercial. Estima-se que a planta estaria produzindo 36 milhões de galões por ano em sua localização no condado de Highlands, na Flórida. A BP ainda forneceu US $ 500 milhões para pesquisa de biocombustíveis no Energy Biosciences Institute. A General Motors (GM) também investiu em empresas de celulose, mais especificamente na Mascoma e na Coskata. Existem muitas outras empresas em construção ou em direção a ela. A Abengoa está construindo uma planta de 25 milhões de litros por ano em plataforma tecnológica baseada no fungo Myceliophthora thermophila para converter lignocelulose em açúcares fermentáveis. O poeta também está produzindo 200 milhões de dólares, 25 milhões de litros por ano em Emmetsburg, Iowa. Mascoma agora em parceria com a Valero declarou sua intenção de construir 20 milhões de litros por ano em Kinross, Michigan. A China Alcohol Resource Corporation desenvolveu uma fábrica de etanol celulósico de 6,4 milhões de litros sob operação contínua.
Além disso, desde 2013, a empresa brasileira GranBio está trabalhando para se tornar um produtor de biocombustíveis e bioquímicos. A empresa familiar está comissionando uma usina de etanol celulósico (etanol de 2G) de 82 milhões de litros por ano (22 MM) no estado de Alagoas, que será a primeira instalação industrial do grupo. A unidade de etanol de segunda geração da GranBio está integrada a uma usina de etanol de primeira geração operada pelo Grupo Carlos Lyra, usa tecnologia de processo da Beta Renewables, enzimas da Novozymes e levedura da DSM. A partir de janeiro de 2013, a fábrica está em fase final de comissionamento. De acordo com a GranBio Annual Financial Records, o investimento total foi de 208 milhões de dólares norte-americanos.
Matérias primas
Em geral, existem dois tipos de matérias-primas: biomassa florestal (lenhosa) e biomassa agrícola.Nos EUA, cerca de 1,4 bilhão de toneladas secas de biomassa podem ser produzidas anualmente de forma sustentável. Cerca de 370 milhões de toneladas ou 30% são biomassa florestal. A biomassa florestal tem maior conteúdo de celulose e lignina e menor conteúdo de hemicelulose e cinzas do que a biomassa agrícola. Devido às dificuldades e ao baixo rendimento de etanol no hidrolisado de pré-tratamento da fermentação, especialmente naqueles com açúcares hemicelululares de 5 carbonos muito elevados, como a xilose, a biomassa florestal tem vantagens significativas sobre a biomassa agrícola. A biomassa florestal também tem alta densidade, o que reduz significativamente o custo de transporte. Pode ser colhido ano em torno do qual elimina o armazenamento a longo prazo. O teor próximo de zero de cinzas na biomassa florestal reduz significativamente a carga morta no transporte e processamento. Para atender às necessidades de biodiversidade, a biomassa florestal será um importante mix de suprimento de matéria-prima de biomassa na futura economia de base biológica. No entanto, a biomassa florestal é muito mais recalcitrante do que a biomassa agrícola. Recentemente, o Laboratório de Produtos Florestais do USDA, juntamente com a Universidade de Wisconsin-Madison, desenvolveu tecnologias eficientes que podem superar a forte recalcitrância da biomassa florestal (lenhosa), incluindo aquelas de espécies de madeira macia que possuem baixo teor de xilana. A cultura intensiva de rotação curta ou a agricultura de árvores podem oferecer uma oportunidade quase ilimitada para a produção de biomassa florestal.
Lascas de madeira de barras e topos de árvores e pó de serra de serrarias, e resíduos de pasta de papel são matérias-primas comuns de biomassa florestal para a produção de etanol celulósico.
A seguir, alguns exemplos de biomassa agrícola:
O switchgrass (Panicum virgatum) é um capim nativo da pradaria do tallgrass. Conhecida por sua robustez e rápido crescimento, essa planta perene cresce durante os meses quentes a alturas de 2 a 6 pés. O switchgrass pode ser cultivado na maior parte dos Estados Unidos, incluindo áreas pantanosas, planícies, riachos e ao longo das margens & amp; rodovias interestaduais. É auto-semeador (sem tractor para semear, apenas para cortar), resistente a muitas doenças e pragas, & amp; pode produzir altos rendimentos com baixas aplicações de fertilizantes e outros produtos químicos. Também é tolerante a solos pobres, inundações, & amp; seca; melhora a qualidade do solo e previne a erosão devido ao seu tipo de sistema radicular.
O switchgrass é uma cultura de cobertura aprovada para terras protegidas pelo Programa de Reserva de Conservação (CRP). O CRP é um programa do governo que paga aos produtores uma taxa por não cultivar plantações em terras onde as plantações cresceram recentemente. Este programa reduz a erosão do solo, aumenta a qualidade da água e aumenta o habitat da vida selvagem. A terra do CRP serve como habitat para o jogo de terras altas, como faisões e patos, e vários insetos. O switchgrass para produção de biocombustível foi considerado para uso em terras do Programa de Reserva de Conservação (CRP), o que poderia aumentar a sustentabilidade ecológica e reduzir o custo do programa do CRP. No entanto, as regras do CRP teriam que ser modificadas para permitir o uso econômico da terra do CRP.
Miscanthus × giganteus é outra matéria-prima viável para a produção de etanol celulósico. Esta espécie de gramíneas é nativa da Ásia e é o híbrido triploide estéril de Miscanthus sinensis e Miscanthus sacchariflorus. Pode crescer até 12 pés (3,7 m) de altura com pouca entrada de água ou fertilizante. O Miscanthus é semelhante ao switchgrass no que diz respeito à tolerância ao frio e à seca e à eficiência do uso da água. Miscanthus é cultivado comercialmente na União Européia como fonte de energia combustível.
As espigas de milho e a palha de milho são a biomassa agrícola mais popular.
Tem sido sugerido que Kudzu pode se tornar uma valiosa fonte de biomassa.
Baseado em milho vs. baseado em grama
Em 2008, havia apenas uma pequena quantidade de switchgrass dedicada à produção de etanol.Para que seja cultivada em larga escala, deve competir com os usos existentes das terras agrícolas, principalmente para a produção de produtos agrícolas. Dos 2,26 bilhões de acres (9,1 milhões de km2) dos Estados Unidos de terras não-submersas, 33% são florestas, 26% de pastagens e pastagens e 20% de terras cultiváveis. Um estudo feito pelos Departamentos de Energia e Agricultura dos EUA em 2005 determinou se havia recursos terrestres disponíveis suficientes para sustentar a produção de mais de 1 bilhão de toneladas de biomassa seca anualmente para substituir 30% ou mais do uso atual de combustíveis de transporte líquido. O estudo descobriu que poderia haver 1,3 bilhão de toneladas secas de biomassa disponíveis para uso de etanol, fazendo pequenas mudanças nas práticas agrícolas e florestais e atendendo às demandas por produtos florestais, alimentos e fibras. Um estudo recente feito pela Universidade do Tennessee relatou que até 100 milhões de acres (400.000 km2) de terras agrícolas e pastagens precisarão ser alocados para a produção de mudas de grama, a fim de compensar o uso de petróleo em 25%.
| Resumo de Searchinger et al. comparação das emissões de GEE do etanol e gasolina do milho com e sem mudança de uso da terra (Gramas de CO 2 libertados por megajoule de energia no combustível) |
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|---|---|---|---|---|
| Tipo de combustível (NOS) |
Carbono intensidade |
Redução GEE |
Carbono intensidade + ILUC |
Redução GEE |
| Gasolina | 92 | – | 92 | – |
| Etanol de milho | 74 | -20% | 177 | + 93% |
| Etanol celulósico | 28 | -70% | 138 | + 50% |
| Notas: Calculado utilizando premissas padrão para o cenário de 2015 para etanol em E85. A gasolina é uma combinação de gasolina convencional e reformulada. |
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Atualmente, o milho é mais fácil e mais barato de processar em etanol em comparação ao etanol celulósico. O Departamento de Energia estima que custa cerca de US $ 2,20 por galão para produzir etanol celulósico, que é o dobro do etanol do milho. Enzimas que destroem o tecido da parede celular custam de 30 a 50 centavos de dólar por galão de etanol, em comparação com 3 centavos de dólar por litro de milho. O Departamento de Energia espera reduzir o custo de produção para US $ 1,07 por galão até 2012 para ser eficaz. No entanto, a biomassa celulósica é mais barata de produzir do que o milho, porque requer menos insumos, como energia, fertilizantes, herbicidas, e é acompanhada por menos erosão do solo e melhor fertilidade do solo. Além disso, os sólidos não fermentáveis e não convertidos deixados após a fabricação do etanol podem ser queimados para fornecer o combustível necessário para operar a usina de conversão e produzir eletricidade. A energia usada para operar usinas de etanol à base de milho é derivada do carvão e do gás natural.O Institute for Local Self-Reliance estima que o custo do etanol celulósico da primeira geração de plantas comerciais será de US $ 1,90 a US $ 2,25 por galão, excluindo incentivos. Isso se compara ao custo atual de US $ 1,20 a US $ 1,50 por galão de etanol de milho e ao preço atual de varejo de mais de US $ 4,00 por galão para gasolina comum (que é subsidiada e taxada).
Uma das principais razões para aumentar o uso de biocombustíveis é reduzir as emissões de gases de efeito estufa. Em comparação com a gasolina, o etanol queima mais limpo, colocando menos dióxido de carbono e poluição global no ar. Além disso, apenas baixos níveis de poluição são produzidos a partir da combustão. De acordo com o Departamento de Energia dos EUA, o etanol de celulose reduz as emissões de gases do efeito estufa em 86% quando comparado à gasolina e ao etanol de milho, o que reduz as emissões em 52%. As emissões de gás carbônico são 85% menores do que as da gasolina. O etanol celulósico contribui pouco para o efeito estufa e tem um balanço energético líquido cinco vezes maior do que o etanol à base de milho. Quando usado como combustível, o etanol celulósico libera menos enxofre, monóxido de carbono, partículas e gases de efeito estufa. O etanol celulósico deve ganhar créditos de redução de carbono aos produtores, superiores aos dados aos produtores que cultivam milho para etanol, que é de cerca de 3 a 20 centavos por galão.
São necessários 0,76 J de energia de combustíveis fósseis para produzir 1 J de etanol a partir do milho. Este total inclui o uso de combustíveis fósseis usados para fertilizantes, combustível para tratores, operação de usinas de etanol, etc. Pesquisas mostraram que o combustível fóssil pode produzir mais de cinco vezes o volume de etanol das pradarias, de acordo com Terry Riley, Presidente de Política da Parceria de Conservação Theodore Roosevelt. O Departamento de Energia dos Estados Unidos conclui que o etanol à base de milho fornece 26% mais energia do que o necessário para a produção, enquanto o etanol celulósico fornece 80% mais energia. O etanol celulósico produz 80% mais energia do que o necessário para crescer e convertê-lo. O processo de transformar o milho em etanol requer cerca de 1700 vezes (em volume) a quantidade de água produzida pelo etanol. [Além disso, ele deixa 12 vezes seu volume em resíduos. O etanol de grãos usa apenas a porção comestível da planta.
A celulose não é usada para alimentos e pode ser cultivada em todas as partes do mundo. A planta inteira pode ser usada na produção de etanol celulósico. O switchgrass produz o dobro de etanol por acre do que o milho. Portanto, menos terra é necessária para a produção e, portanto, menos fragmentação do habitat. Materiais de biomassa requerem menos insumos, como fertilizantes, herbicidas e outros produtos químicos que podem representar riscos para a vida selvagem. Suas raízes extensas melhoram a qualidade do solo, reduzem a erosão e aumentam a captura de nutrientes. As culturas energéticas herbáceas reduzem a erosão do solo em mais de 90%, quando comparadas com a produção convencional de produtos agrícolas. Isso pode se traduzir em melhor qualidade da água para as comunidades rurais. Além disso, as culturas de energia herbácea adicionam material orgânico a solos esgotados e podem aumentar o carbono do solo, o que pode ter um efeito direto sobre a mudança climática, já que o carbono do solo pode absorver dióxido de carbono no ar. Em comparação com a produção de commodities, a biomassa reduz o escoamento superficial e o transporte de nitrogênio. O switchgrass fornece um ambiente para diversas habitações da fauna silvestre, principalmente insetos e aves terrestres. A terra do Programa de Reserva de Conservação (CRP) é composta de gramíneas perenes, que são usadas para etanol celulósico, e podem estar disponíveis para uso.
Durante anos, os agricultores americanos praticaram cultivos em fileira, com culturas como o sorgo e o milho. Por causa disso, sabe-se muito sobre o efeito dessas práticas na vida selvagem. O efeito mais significativo do aumento do etanol de milho seria a terra adicional que teria de ser convertida para uso agrícola e o aumento do uso de fertilizantes e erosão que acompanha a produção agrícola.Aumentar nossa produção de etanol através do uso de milho poderia produzir efeitos negativos sobre a vida selvagem, cuja magnitude dependeria da escala de produção e se a terra usada para esse aumento de produção era antes ociosa, em um estado natural ou plantada com outra linha. cultivo. Outra consideração é se plantar uma monocultura switchgrass ou usar uma variedade de gramíneas e outra vegetação. Embora uma mistura de tipos de vegetação provavelmente forneça melhor habitat para a vida selvagem, a tecnologia ainda não foi desenvolvida para permitir o processamento de uma mistura de diferentes espécies de grama ou tipos de vegetação em bioetanol. É claro que a produção de etanol celulósico ainda está engatinhando, e a possibilidade de se utilizar uma vegetação diversa, ao invés de monoculturas, merece mais exploração à medida que a pesquisa continua.
| Agência de Proteção Ambiental dos EUA Rascunho dos resultados da redução das emissões de GEE no ciclo de vida para diferentes abordagens de horizonte de tempo e taxa de desconto (inclui efeitos indiretos de mudança no uso da terra) |
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|---|---|---|
| Caminho de Combustível | 100 anos + Desconto de 2% taxa |
30 anos + Desconto de 0% taxa |
| Milho etanol (moinho seco de gás natural) (1) | -16% | + 5% |
| Etanol de milho (Best case NG DM) (2) | -39% | -18% |
| Etanol de milho (moinho seco de carvão) | + 13% | + 34% |
| Etanol de milho (moinho seco de biomassa) | -39% | -18% |
| Etanol de milho (moinho seco de biomassa com calor e energia combinados) |
-47% | -26% |
| Etanol brasileiro de cana | -44% | -26% |
| Etanol celulósico de switchgrass | -128% | -124% |
| Etanol celulósico de palha de milho | -115% | -116% |
| Notas: (1) As usinas a seco moem a amêndoa inteira e geralmente produzem apenas um coproduto primário: destilaria grãos com solúveis (DGS). (2) As melhores fábricas de caixas produzem co-produto de grãos de destilação úmida. |
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Um estudo do ganhador do Prêmio Nobel, Paul Crutzen, descobriu que o etanol produzido a partir do milho apresentou um efeito de “aquecimento climático líquido” quando comparado ao petróleo quando a avaliação completa do ciclo de vida considera adequadamente as emissões de óxido nitroso (N20). Crutzen descobriu que as culturas com menor demanda de nitrogênio, como gramíneas e espécies arbóreas lenhosas, têm impactos climáticos mais favoráveis.
Comercialização de etanol celulósico
A comercialização de etanol celulósico é o processo de construir uma indústria a partir de métodos de transformar matéria orgânica contendo celulose em combustível. Empresas como Iogen, POET e Abengoa estão construindo refinarias que podem processar biomassa e transformá-la em etanol, enquanto empresas como DuPont, Diversa, Novozymes e Dyadic estão produzindo enzimas que poderiam permitir um futuro de etanol celulósico. A mudança de matérias-primas de culturas alimentares para resíduos de resíduos e gramíneas nativas oferece oportunidades significativas para uma variedade de atores, desde agricultores a empresas de biotecnologia e de desenvolvedores de projetos a investidores.
A indústria de etanol celulósico desenvolveu algumas novas plantas de escala comercial em 2008. Nos Estados Unidos, plantas totalizando 12 milhões de litros (3,17 milhões de galões) por ano estavam operacionais e mais 80 milhões de litros (21,1 milhões de gal.) Por ano de capacidade – em 26 novas plantas – estava em construção. No Canadá, a capacidade de 6 milhões de litros por ano estava operacional. Na Europa, várias fábricas estavam operacionais na Alemanha, Espanha e Suécia, e a capacidade de 10 milhões de litros por ano estava em construção.
Mossi, com sede na Itália O Grupo Ghisolfi iniciou suas instalações de etanol celulósico de 13 milhões de toneladas no noroeste da Itália em 12 de abril de 2011. O projeto será o maior projeto de etanol celulósico do mundo, 10 vezes maior do que qualquer uma das instalações atualmente em escala de demonstração.
Usinas comerciais de etanol celulósico nos EUA
(Operacional ou em construção)
| Empresa | Localização | Matéria prima |
|---|---|---|
| Abengoa Bioenergia | Hugoton, KS | Palha de trigo |
| BlueFire Ethanol | Irvine, CA | Várias fontes |
| Colusa Biomassa Energy Corporation | Sacramento, CA | Resíduos de palha de arroz |
| Coskata | Warrenville, IL | Resíduos de biomassa, agrícolas e municipais |
| DuPont | Vonore, TN | Espigas de milho, switchgrass |
| DuPont | Nevada, IA | Palha de milho |
| Fulcrum BioEnergy | Reno, NV | Resíduos sólidos municipais |
| Energia da Costa do Golfo | Mossy Head, FL | Resíduos de madeira |
| KL Energy Corp. | Upton, WY | Madeira |
| Mascoma | Lansing, MI | Madeira |
| POET-DSM Advanced Biofuels | Emmetsburg, IA | Espigas de milho, cascas e palha |
| Gama de Combustíveis | Condado de Treutlen, GA | Resíduos de madeira |
| SunOpta | Little Falls, MN | Lascas de madeira |
| SweetWater Energy | Rochester, NY | Várias fontes |
| Envirofuels dos EUA | Condado de Highlands, FL | Sorgo doce |
| Xetanol | Auburndale, FL | Cascas cítricas |