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Il prezzo dei biocarburanti
L'esuberanza irrazionale per l'etanolo che ha travolto la cintura di mais americana negli ultimi anni ha lasciato il posto a una triste sbornia, specialmente tra coloro che hanno investito pesantemente negli enormi impianti di produzione che ora punteggiano il paesaggio rurale. È la versione del Midwest della bolla tecnologica e, per certi versi, è straordinariamente familiare: gli investitori troppo desiderosi, innamorati del potenziale apparentemente illimitato di una tecnologia, ignorano quelle che, almeno in retrospettiva, sono ovvie realtà economiche.
Più di un centinaio di fabbriche di biocarburanti, concentrate in gran parte negli stati di coltivazione del mais di Iowa, Minnesota, Illinois, Indiana, South Dakota e Nebraska, produrranno quest'anno 6,4 miliardi di galloni di etanolo e altre 74 strutture sono in costruzione. Solo 18 mesi fa erano vacche da mungere, sfornare etanolo ad alto prezzo da mais a basso prezzo, suscitare speranze di indipendenza energetica tra i politici e catturare l'attenzione e il denaro dei capitalisti di rischio sia della costa orientale che occidentale.
Ora i produttori di etanolo stanno lottando e molti stanno perdendo soldi. Il prezzo di uno staio di mais è salito a livelli record durante l'anno, superando i 4,00 dollari lo scorso inverno prima di tornare a circa 3,50 dollari in estate, per poi rimbalzare di nuovo questo autunno a quasi 4,00 dollari. Allo stesso tempo, i prezzi dell'etanolo sono crollati poiché il mercato del carburante alternativo, che è ancora utilizzato principalmente come additivo alla benzina, è diventato saturo. Di fronte a queste due tendenze, i margini di profitto sono svaniti.
La stasi del mercato dell'etanolo riflette il prevedibile ciclo di espansione e contrazione di qualsiasi merce: i prezzi elevati determinano un aumento della produzione e presto il mercato è in eccesso di offerta, causando il crollo dei prezzi. Ma l'uso su larga scala dell'etanolo derivato dal mais come carburante per i trasporti ha tutti i suoi problemi economici. Anche se il petrolio greggio è a prezzi quasi record e le aziende che utilizzano l'etanolo nella loro benzina ricevono un credito d'imposta federale di 51 centesimi per gallone, l'etanolo fatica a competere economicamente. E con le infrastrutture limitate in atto per distribuire e vendere il biocarburante, la domanda rimarrà incerta per il prossimo futuro.
Per maggiori informazioni leggi Revisione della tecnologia rapporto speciale sui biocarburanti.
Più allarmante, il boom della produzione di etanolo sta facendo salire il prezzo del cibo. Dei 93 milioni di acri record di mais piantati negli Stati Uniti nel 2007, circa il 20 percento è andato all'etanolo. Poiché la maggior parte del resto viene utilizzata per nutrire gli animali, i prezzi di manzo, latte, pollame e maiale sono tutti influenzati dall'aumento del costo del mais. L'Organizzazione internazionale per la cooperazione e lo sviluppo economico (OCSE) ha recentemente avvertito che la rapida crescita dell'industria dei biocarburanti potrebbe determinare cambiamenti fondamentali nei mercati agricoli di tutto il mondo e potrebbe persino causare carenze alimentari.
Tutto questo avviene in un momento in cui la necessità di alternative ai carburanti per il trasporto a base di petrolio sta diventando urgente. Al momento della stampa, il prezzo del greggio era vicino ai 90 dollari al barile. E le preoccupazioni per l'impatto delle emissioni di gas serra dei circa 142 miliardi di galloni di benzina utilizzati ogni anno negli Stati Uniti si stanno approfondendo. L'uso esteso dei biocarburanti è fondamentale per la strategia energetica a lungo termine del governo federale. Nel suo discorso sullo stato dell'Unione del 23 gennaio 2007, il presidente Bush ha fissato l'obiettivo di produrre 35 miliardi di galloni di combustibili rinnovabili e alternativi entro il 2017, citando la necessità di indipendenza dal petrolio straniero. Il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ha fissato l'obiettivo simile di sostituire il 30% del consumo di benzina con l'uso di biocarburanti entro il 2030.
Multimedia
Boom o fallimento? (PDF: Tabelle e grafici dell'economia dei biocarburanti)
Guarda le immagini dei cereali ad alto contenuto proteico e della produzione di idrocarburi.
I ricercatori dell'Università del Minnesota esplorano il futuro dei biocarburanti.
C. Ford Runge spiega i problemi dell'etanolo da mais.
Il venture capitalist Vinod Khosla descrive in dettaglio il potenziale di mercato delle energie alternative.
Raggiungere entrambi gli obiettivi, tuttavia, richiederà significativi progressi tecnologici. Negli Stati Uniti, per ora, etanolo significa la versione derivata dal mais. (Ci si aspettava che i produttori brasiliani producessero 4,97 miliardi di galloni di etanolo nel 2007, principalmente dalla canna da zucchero, ma quel raccolto semitropicale è coltivabile solo in poche parti degli Stati Uniti.) Anche i sostenitori dell'etanolo da mais affermano che i suoi livelli di produzione non possono andare molto superiore a circa 15 miliardi di galloni all'anno, che è molto al di sotto dell'obiettivo di Bush.
Mentre il presidente Bush e altri sostenitori dei biocarburanti hanno spesso chiesto che l'etanolo sia prodotto da materie prime alternative come la pianta rampicante, una pianta originaria degli stati delle praterie statunitensi, dove cresce ampiamente, la tecnologia richiesta è, secondo la maggior parte delle stime, almeno quattro a cinque anni dalla redditività commerciale. Nel frattempo, sono ancora in laboratorio tecniche biologiche avanzate per creare nuovi organismi che producono altri biocarburanti, come gli idrocarburi. Finora, i ricercatori stanno producendo quantità che non riempirebbero nemmeno il serbatoio di un grande SUV.
I problemi economici e le limitazioni del mercato dell'etanolo da mais sono un doloroso promemoria delle immense difficoltà che devono affrontare gli sviluppatori di nuovi biocarburanti. La linea di fondo è che dovrai rendere il carburante a buon mercato, afferma Frances Arnold, professore di ingegneria chimica e biochimica al Caltech. Tutti possiamo fare un po' di qualcosa. Ma devi farne un sacco, e devi farlo a buon mercato. Il problema è così grande che la tua tecnologia deve espandersi e farlo a un prezzo competitivo. Tutti competeranno solo sul prezzo.
Peronospora del mais
Potrebbe non esserci posto migliore per ottenere una valutazione realistica dei biocarburanti del Dipartimento di Economia Applicata dell'Università del Minnesota. Il grande campus che ospita il dipartimento e il resto della scuola di agraria dell'università si trova su una bassa collina in un tranquillo quartiere di St. Paul. Acri di campi in cui vengono condotti gli esperimenti si estendono ai margini dell'università. Nelle vicinanze si trovano i terreni della Minnesota State Fair, un evento di 12 giorni che attira più di un milione e mezzo di visitatori alla fine dell'estate.
Lo stato è il quarto produttore di mais negli Stati Uniti e gran parte della sua economia, persino della sua cultura, è intimamente legata al raccolto. L'aumento dei prezzi del mais è stato un vantaggio per le comunità agricole rurali del Minnesota. E il governatore e altri politici statali hanno fortemente spinto l'uso dell'etanolo come carburante per i trasporti. Tuttavia, non troverai molto cheerleader per l'etanolo da mais nell'edificio in mattoni che ospita il dipartimento.
Nel suo ufficio ordinato con le sue ordinate pile di documenti tecnici e rapporti agricoli, Vernon Eidman, professore emerito di economia agraria, combina l'autorità di uno studioso con la severità di un banchiere del Midwest. Potremmo vederlo arrivare, dice, descrivendo l'attuale situazione di mercato dei produttori di etanolo. Non è che [i produttori] non sapessero che sarebbe arrivato. Almeno avrebbero dovuto saperlo. Nel 2006 hanno realizzato profitti come non avevano mai avuto prima, dice Eidman. E questo è un fattore importante che ha portato a questo enorme accumulo.
I numeri parlano da soli. I calcoli di Eidman mostrano quanto costa, dati i prezzi variabili del mais, un nuovo impianto di dimensioni moderate per produrre etanolo. A 4,00 dollari a staio di mais, la produzione di etanolo costa 1,70 dollari al gallone; per ottenere un rendimento del 12% sul capitale proprio, i produttori devono vendere l'etanolo a 1,83 dollari al gallone. Poi Eidman mostra i suoi dati sui prezzi che le compagnie petrolifere pagano quando acquistano etanolo da miscelare con la loro benzina: questo dicembre, i prezzi erano di circa $ 1,90 al gallone e le offerte per il 2008 oscillano tra $ 1,75 e $ 1,80 al gallone. In altre parole, i margini di profitto per i produttori di etanolo sono estremamente ridotti. A peggiorare le cose, dice Eidman, la capacità di produzione, che era di circa 5,4 miliardi di galloni all'inizio del 2007, dovrebbe raggiungere i 12,5 miliardi di galloni entro il 2010.
Mentre l'aumento della produzione di etanolo ha portato a preoccupazioni per l'eccesso di offerta, l'altro lato dell'equazione del mercato è in realtà motivo di maggiore preoccupazione: la domanda futura di carburante a base di etanolo non è affatto certa. In alcune parti del paese, in particolare negli stati della cintura di mais, i conducenti possono acquistare carburante con l'85% di etanolo. Ma per la maggior parte, le compagnie petrolifere usano l'etanolo a una concentrazione del 10 percento, per aumentare il contenuto di ossigeno della loro benzina. Non solo un mercato di questo tipo è limitato, ma la miscela al 10% di etanolo offre un chilometraggio del gas leggermente ridotto, potenzialmente smorzando l'appetito dei consumatori per il carburante.
Non è solo l'economia a breve termine dell'etanolo a preoccupare gli esperti di agricoltura. Avvertono anche che l'etanolo derivato dal mais non è il carburante verde descritto dai suoi sostenitori. Questo perché produrre etanolo richiede molta energia, sia per coltivare il mais sia, cosa ancora più importante, per far funzionare gli impianti di fermentazione che trasformano lo zucchero raccolto dai chicchi di mais nell'alcol che viene utilizzato come combustibile. La quantità esatta di energia necessaria è stata oggetto di un intenso dibattito accademico in varie riviste negli ultimi anni.
Secondo i calcoli effettuati dai ricercatori del Minnesota, il 54 per cento dell'energia totale rappresentata da un gallone di etanolo è compensata dall'energia necessaria per elaborare il combustibile; un altro 24 per cento è compensato dall'energia necessaria per coltivare il mais. Mentre dal biocarburante viene spremuto circa il 25% in più di energia rispetto a quella utilizzata per produrlo, altri combustibili producono guadagni molto maggiori, afferma Stephen Polasky, professore di economia ecologica e ambientale al Minnesota. Fare etanolo non è un processo economico, dice. Dal mio punto di vista, il problema più grande [con l'etanolo da mais] è solo l'economia e i costi. L'input/output di energia non è molto buono.
Gli elevati requisiti energetici della produzione di etanolo significano che l'utilizzo di etanolo come combustibile non è molto meglio per l'ambiente rispetto all'utilizzo della benzina. Si potrebbe pensare che bruciando il biocarburante si rilasci solo l'anidride carbonica che il mais cattura mentre cresce. Ma quell'immagine semplificata, che è stata spesso evocata per supportare l'uso del carburante a base di etanolo, non resiste a un esame più attento.
In effetti, afferma Polasky, i combustibili fossili necessari per coltivare e raccogliere mais e produrre etanolo sono responsabili di significative emissioni di carbonio. Non solo, ma la coltivazione del mais produce anche altri due potenti gas serra: il protossido di azoto e il metano. Polasky calcola che l'etanolo derivato dal mais è responsabile delle emissioni di gas serra di circa il 15-20% al di sotto di quelle associate alla benzina: la linea di fondo è che stai ottenendo un leggero risparmio in termini di emissioni di gas serra, ma non molto.
Se l'etanolo da mais ha avuto scarso impatto sui mercati energetici e sulle emissioni di gas serra, tuttavia, la sua produzione potrebbe avere ripercussioni su tutti i mercati agricoli. Non solo i prezzi del mais sono aumentati, ma anche i prezzi della soia, perché gli agricoltori hanno piantato meno semi di soia per fare spazio al mais.
Nel numero di maggio/giugno 2007 di Affari Esteri , C. Ford Runge, professore di economia applicata e diritto al Minnesota, ha scritto un articolo intitolato How Biofuels Could Starve the Poor, che ha sostenuto che l'enorme volume di mais richiesto dall'industria dell'etanolo sta inviando onde d'urto attraverso il sistema alimentare. Sei mesi dopo, seduto in un grande ufficio da cui dirige il Center for International Food and Agricultural Policy dell'università, Runge sembra perplesso per le critiche che il suo articolo ha ricevuto dai politici locali e da quelli del business dell'etanolo. Ma è fermo nella sua argomentazione: è chiaramente il caso che i prezzi del latte, i prezzi del pane, stiano tutti aumentando a tre volte il tasso medio di aumento degli ultimi 10 anni. È apprezzabile, e comincia ad essere apprezzato.
Il recente rapporto dell'OCSE, pubblicato all'inizio di settembre, è solo l'ultima conferma dei suoi avvertimenti, afferma Runge. E poiché una percentuale maggiore del loro reddito va al cibo, dice, questo colpirà davvero i poveri. Dal momento che gli Stati Uniti esportano circa il 20 per cento del loro mais, i poveri nel resto del mondo sono particolarmente a rischio. Runge cita il raddoppio del prezzo delle tortillas in Messico un anno fa.
Tutti questi fattori sono contrari alla promessa dell'etanolo da mais come soluzione al problema energetico. La mia opinione, dice Polasky, è che [l'etanolo] avrà solo un ruolo marginale in termini di approvvigionamento energetico. Calcola che anche se tutto il mais piantato negli Stati Uniti fosse utilizzato per l'etanolo, il biocarburante sostituerebbe comunque solo il 12% del consumo di benzina. Se lo faccio per la politica energetica, non vedo il ritorno, dice. Se lo facciamo come politica di sostegno alle aziende agricole, potrebbe esserci più merito. Ma dovremo passare alla prossima generazione di tecnologia per avere un impatto significativo sui mercati dell'energia.
Superbatteri
Dalla crisi petrolifera degli anni '70, quando il prezzo di un barile di petrolio raggiunse il picco, gli ingegneri chimici e biologici hanno cercato modi per trasformare le vaste riserve nazionali di materiale cellulosico come legno, residui agricoli ed erbe perenni in etanolo e altri biocarburanti . L'anno scorso, citando un altro degli obiettivi del presidente Bush, la riduzione del consumo di benzina negli Stati Uniti del 20% in 10 anni, il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) ha annunciato fino a 385 milioni di dollari di finanziamenti per sei progetti di bioraffineria che utilizzeranno varie tecnologie per produrre etanolo dalla biomassa. che vanno dai trucioli di legno a switchgrass.
Secondo un rapporto del 2005 del DOE e del Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti, il paese ha abbastanza foreste e terreni agricoli disponibili per produrre 1,3 miliardi di tonnellate di biomassa che potrebbe essere utilizzata per i biocarburanti. Oltre a fornire una vasta offerta di materie prime a basso costo, la biomassa cellulosica potrebbe aumentare notevolmente i benefici energetici e ambientali dei biocarburanti. Ci vuole molta meno energia per coltivare materiali cellulosici che per coltivare mais e parti della biomassa possono essere utilizzate per alimentare il processo di produzione. (L'etanolo a base di canna da zucchero prodotto in Brasile offre anche miglioramenti rispetto all'etanolo a base di mais, grazie alle grandi rese del raccolto e all'alto contenuto di zucchero.)
Ma nonostante anni di ricerca e recenti investimenti nell'aumento dei processi di produzione, nessuna struttura commerciale produce ancora etanolo cellulosico. La spiegazione economica è semplice: costa troppo costruire una struttura del genere. La cellulosa, un polisaccaride a catena lunga che costituisce gran parte della massa delle piante legnose e dei residui colturali come i gambi di mais, è difficile, e quindi costosa, da abbattere.
Esistono diverse tecnologie per la produzione di etanolo cellulosico. La cellulosa può essere riscaldata ad alta pressione in presenza di ossigeno per formare gas di sintesi, una miscela di monossido di carbonio e idrogeno che viene facilmente trasformata in etanolo e altri combustibili. In alternativa, gli enzimi industriali possono scomporre la cellulosa in zuccheri. Gli zuccheri alimentano quindi i reattori di fermentazione in cui i microrganismi producono etanolo. Ma tutti questi processi sono ancora troppo costosi per essere utilizzati commercialmente.
Persino i sostenitori dell'etanolo cellulosico stimano che i costi di capitale della costruzione di un impianto di produzione siano più del doppio di quelli di un impianto a base di mais, e altre stime vanno da tre volte a cinque. Oggi è possibile produrre etanolo cellulosico, ma a un prezzo tutt'altro che perfetto, afferma Christopher Somerville, biologo vegetale dell'Università della California, Berkeley, che studia come si forma e viene utilizzata la cellulosa nelle pareti cellulari delle piante.
La cellulosa ha proprietà fisiche e chimiche che ne rendono difficile l'accesso e la decomposizione, spiega Arnold di Caltech, che ha lavorato a lungo sull'approccio biologico alla produzione di etanolo cellulosico dagli anni '70. Per prima cosa, le fibre di cellulosa sono tenute insieme da una sostanza chiamata lignina, che è un po' come l'asfalto, dice Arnold. Una volta rimossa la lignina, la cellulosa può essere scomposta dagli enzimi, ma sono costosi e gli enzimi esistenti non sono l'ideale per il compito.
Molti ricercatori ritengono che il modo più promettente per rendere i biocarburanti cellulosici economicamente competitivi riguardi la creazione, o la scoperta, di superbatteri, microrganismi in grado di scomporre la cellulosa in zuccheri e quindi fermentare tali zuccheri in etanolo. L'idea è quella di prendere quello che oggi è un processo a più fasi che richiede l'aggiunta di costosi enzimi e trasformarlo in un semplice processo a una fase, indicato nell'industria come bioprocesso consolidato. Secondo Lee Lynd, professore di ingegneria al Dartmouth College e cofondatore di Mascoma, una società con sede a Cambridge, MA, che sta commercializzando una versione della tecnologia, l'approccio consolidato potrebbe alla fine produrre etanolo a 70 centesimi al gallone. Sarebbe una svolta rivoluzionaria, dice. Non c'è dubbio che sarebbe attraente.
Ma trovare i superbatteri si è rivelato difficile. Da decenni, gli scienziati sono a conoscenza di batteri che possono degradare la cellulosa e produrre anche etanolo. Eppure nessuno può svolgere il lavoro in modo abbastanza rapido ed efficiente da essere utile per la produzione su larga scala.
La natura, spiega Arnold, offre poco aiuto. Ci sono alcuni organismi che scompongono la cellulosa, dice, ma il problema è che non producono combustibili, quindi questo non ti fa molto bene. Un'alternativa, dice, è quella di modificare geneticamente E. coli e lievito in modo che secernono enzimi che degradano la cellulosa. Ma mentre molti diversi tipi di enzimi potrebbero fare il lavoro, alla maggior parte di essi non piace essere inseriti dentro E. coli e lievito.
Arnold, tuttavia, è ottimista sul fatto che verrà scoperto l'organismo giusto. Non sai mai cosa accadrà domani, dice, se è fatto usando la biologia sintetica o se qualcuno ne gratta uno dal fondo della scarpa.
Non se l'è tolta dalla scarpa, ma Susan Leschine, una microbiologa dell'Università del Massachusetts, ad Amherst, crede che potrebbe essersi imbattuta in un insetto che farà il suo lavoro. L'ha trovata in un campione di terreno raccolto più di dieci anni fa dai boschi che circondano il bacino idrico di Quabbin, a circa 15 miglia dal suo laboratorio. Il campione Quabbin era solo uno dei tanti da tutto il mondo che Leschine stava studiando, quindi passarono diversi anni prima che finisse di analizzarlo. Ma quando lo fece, si rese conto che uno dei suoi batteri, Clostridium phytofermentans , aveva proprietà straordinarie. Decompone quasi tutti i componenti della pianta e forma l'etanolo come prodotto principale, dice. Produce quantità prodigiose di etanolo.
Leschine ha fondato una società ad Amherst, SunEthanol, che tenterà di aumentare la produzione di etanolo utilizzando il batterio. C'è una lunga strada da percorrere, riconosce, ma aggiunge che quello che abbiamo è molto diverso, e questo ci dà un vantaggio. Abbiamo già un microbo e l'abbiamo dimostrato su materie prime reali. Leschine dice che probabilmente altri microbi utili stanno aspettando di essere scoperti: un singolo campione di suolo, dopotutto, contiene centinaia di migliaia di varietà. In questo zoo di microbi, dice, possiamo pensare che ce ne siano altri con proprietà simili là fuori.
Praterie in fiore
Tuttavia, se l'etanolo prodotto dalla biomassa cellulosica è buono o cattivo per l'ambiente, dipende da che tipo di biomassa è e da come viene coltivata.
Nel suo ufficio a St. Paul, David Tilman, professore di ecologia all'Università del Minnesota, tira fuori una grande foto aerea di un campo sezionato in una griglia ordinata. Anche dal punto di osservazione della telecamera molto al di sopra del suolo, la terra sembra povera. In un appezzamento ci sono sottili filari d'erba, il terreno sabbioso è visibile sotto. Tilman dice che la terra era così sterile che l'uso agricolo era stato abbandonato. Poi lui e i suoi colleghi hanno raschiato via ogni residuo di terriccio. Nessun agricoltore ha una terra così brutta, dice.
In una serie di test, Tilman ha coltivato una miscela di erbe della prateria autoctone (incluso lo switchgrass) in alcuni appezzamenti del campo e singole specie in altri. I risultati mostrano che un diverso mix di erbe, anche coltivate in terreni estremamente sterili, potrebbe essere una preziosa fonte di biocarburanti, dice. Potresti ricavare più etanolo da un acro [di erbe miste] che da un acro di mais. Meglio ancora, in un articolo pubblicato su Science, Tilman ha mostrato che le erbe della prateria potrebbero essere utilizzate per produrre etanolo che è carbonio negativo: le erbe potrebbero consumare e immagazzinare più anidride carbonica di quella rilasciata dalla produzione e dalla combustione del carburante che ne deriva.
I risultati sono sorprendenti perché suggeriscono un modo vantaggioso per l'ambiente per produrre enormi quantità di biocarburanti senza competere con le colture alimentari. Entro il 2050, secondo Tilman, il mondo avrà bisogno di un miliardo di ettari in più di terra per il cibo. Questa è la massa di terra di tutti gli Stati Uniti solo per sfamare il mondo, dice. Se hai fatto molti biocarburanti su terra [arabile] - è molto facile immaginare un miliardo di ettari per i biocarburanti - non rimarrai più natura e nessuna riserva di terra dopo 50 anni. Invece, sostiene Tilman, ha senso coltivare biomassa per combustibili su terreni relativamente sterili non più utilizzati per l'agricoltura.
Ma giù per la collina dall'ufficio di Tilman, i suoi colleghi del dipartimento di economia applicata si preoccupano delle questioni pratiche legate all'utilizzo di grandi quantità di biomassa per produrre carburante. Per prima cosa, sottolineano, devono ancora essere sviluppate la tecnologia e le infrastrutture che potrebbero gestire e trasportare in modo efficiente l'ingombrante biomassa. E poiché il materiale vegetale sarà costoso da spostare, gli impianti di produzione di biocarburanti dovranno essere costruiti vicino alle fonti di materie prime, probabilmente entro 50 miglia.
La quantità di biomassa necessaria per alimentare anche un solo impianto di etanolo di medie dimensioni è scoraggiante. Eidman calcola che un impianto che produce 50 milioni di galloni all'anno richiederebbe l'arrivo di un camion carico di biomassa ogni sei minuti 24 ore su 24. Inoltre, dice, la materia prima non è gratuita: costerà da $ 60 a $ 70 a tonnellata, o circa 75 centesimi per gallone di etanolo. È qui che molte persone vengono ingannate, aggiunge.
Poiché non è stato costruito alcun impianto commerciale per la cellulosa, afferma Eidman, è difficile analizzare i costi specifici delle varie tecnologie. Nel complesso, suggerisce, l'economia sembra interessante, ma l'etanolo cellulosico dovrà competere con i biocarburanti derivati dal mais e scendere a qualcosa come $ 1,50 al gallone. Eidman crede che sarà almeno il 2015 prima che i biocarburanti a base di cellulosa diventino un fattore importante nel mercato.
esiliato
Mentre ingegneri chimici, microbiologi, agronomi e altri lottano per trovare modi per rendere l'etanolo cellulosico competitivo dal punto di vista commerciale, alcuni biologi sintetici e ingegneri metabolici si stanno concentrando su una strategia completamente diversa. A più di millecinquecento miglia di distanza dalla cintura di mais del Midwest, diverse start-up con sede in California, finanziate da imprese fondate da pionieri nel campo della biologia sintetica, stanno creando nuovi microrganismi progettati per produrre biocarburanti diversi dall'etanolo.
L'etanolo, dopo tutto, non è certo un combustibile ideale. Una molecola a due atomi di carbonio, ha solo i due terzi del contenuto energetico della benzina, che è una miscela di idrocarburi a catena lunga. In altre parole, ci vorrebbe circa un gallone e mezzo di etanolo per produrre lo stesso chilometraggio di un gallone di benzina. E poiché l'etanolo si mescola con l'acqua, è necessaria una costosa fase di distillazione alla fine del processo di fermentazione. Inoltre, poiché l'etanolo è più facilmente contaminabile con l'acqua rispetto agli idrocarburi, non può essere spedito nelle condutture petrolifere utilizzate per distribuire benzina a basso costo negli Stati Uniti. L'etanolo deve essere spedito in vagoni ferroviari specializzati (i camion, con i loro carichi utili relativamente piccoli, sono generalmente troppo costosi), aggiungendosi al costo del carburante.
Quindi, invece dell'etanolo, le startup californiane stanno progettando di produrre nuovi idrocarburi. Come l'etanolo, i nuovi composti sono fermentati dagli zuccheri, ma sono progettati per assomigliare più da vicino a benzina, diesel e persino carburante per aerei. Abbiamo dato un'occhiata all'etanolo, afferma Neil Renninger, vicepresidente senior dello sviluppo e cofondatore di Amyris Biotechnologies a Emeryville, in California, e ci siamo resi conto dei limiti e del desiderio di creare qualcosa che assomigliasse di più ai combustibili convenzionali. In sostanza, volevamo produrre idrocarburi. Gli idrocarburi sono ciò che sono attualmente nei combustibili e gli idrocarburi sono i migliori combustibili perché abbiamo progettato i nostri motori per funzionare con loro. Se i ricercatori possono ingegnerizzare geneticamente i microbi che producono tali composti, cambierà completamente l'economia dei biocarburanti.
Il problema è che la natura non offre esempi noti di microrganismi in grado di fermentare gli zuccheri nei tipi di idrocarburi utili per il carburante. Quindi i biologi sintetici devono ricominciare da zero. Identificano reazioni metaboliche promettenti in altri organismi e inseriscono i geni corrispondenti in E. coli o lievito, ricombinando le vie metaboliche fino a ottenere i prodotti desiderati.
Alla LS9 di San Carlos, in California, i ricercatori stanno trasformando l'E. coli in un produttore di idrocarburi riprogettando il suo metabolismo degli acidi grassi ( vedere Better Biofuels, Forward, luglio/agosto 2007 ). Stephen del Cardayré, vice presidente della ricerca e sviluppo di LS9, afferma che l'azienda ha deciso di concentrarsi sugli acidi grassi perché gli organismi li producono naturalmente in abbondanza, come un modo per immagazzinare energia. Volevamo sfruttare un percorso che [naturalmente] fa un sacco di cose, dice del Cardayré. Prendi solo la tua metà. Del Cardayré e i suoi collaboratori utilizzano molti dei percorsi esistenti nel metabolismo degli acidi grassi di E. coli, ma li deviano verso la fine del ciclo metabolico. Poiché gli acidi grassi sono costituiti da una catena idrocarburica con un gruppo carbossilico, è relativamente semplice produrre combustibili idrocarburici. Pensala come un'autostrada, dice del Cardayré. Verso la fine dell'autostrada, aggiungiamo una deviazione, un percorso che abbiamo progettato e bloccato lì, così gli acidi grassi hanno un posto migliore dove andare. Li estraiamo e li modifichiamo chimicamente, utilizzando questo nuovo percorso sintetico che li porta ai prodotti che desideriamo.
Anche Amyris sta adottando l'approccio della biologia sintetica, ma invece di modificare il metabolismo degli acidi grassi, sta lavorando su percorsi che producono isoprenoidi, una vasta classe di composti naturali. Finora, tuttavia, sia LS9 che Amyris stanno producendo i loro biocarburanti pochi litri alla volta. E mentre le aziende hanno programmi ambiziosi per la commercializzazione delle loro tecnologie - entrambe affermano che i loro processi saranno pronti entro il 2010 - migliorare la resa e la velocità delle loro reazioni rimane una sfida fondamentale. È lì che si svolge la maggior parte del lavoro biologico, afferma Renninger. Abbiamo ancora un po' di strada da fare, e quella piccola strada è molto importante.
Se alla fine commercializzati, i biocarburanti idrocarburi prodotti da LS9 e Amyris potrebbero superare molti degli svantaggi economici dell'etanolo. A differenza dell'etanolo, gli idrocarburi si separano dall'acqua durante il processo di produzione, quindi non è necessaria alcuna fase di distillazione ad alta intensità energetica. E gli idrocarburi biocarburanti potrebbero essere spediti negli oleodotti esistenti. È tutta una questione di costi, afferma Robert Walsh, presidente di LS9. Ma un fattore critico sarà il prezzo delle materie prime, dice. Vogliamo zuccheri a buon mercato.
In effetti, le startup di biologia sintetica affrontano lo stesso problema dei produttori affermati di etanolo: il mais non è una fonte economica di biocarburanti. La prossima generazione [di materie prime] sarà cellulosica, afferma John Melo, CEO di Amyris. Ma non siamo sicuri di quale tecnologia cellulosica emergerà come vincitrice. Qualunque sia la tecnologia prevalente, afferma Melo, Amyris si aspetta di essere in grado di integrarla nel suo processo di fermentazione, offrendo all'azienda i vantaggi sia delle materie prime cellulosiche economiche che dei pratici combustibili idrocarburici.
Per ora, però, la mancanza di un'alternativa al mais sta spingendo Amyris fuori dal paese. La società, che prevede di adeguare gli impianti di etanolo esistenti in modo che possano produrre idrocarburi, inizialmente lavorerà con impianti di biocarburanti brasiliani che utilizzano la canna da zucchero come materia prima. Dato il prezzo del mais e la quantità di energia necessaria per produrlo, afferma Melo, la canna brasiliana offre oggi il modo più praticabile e sostenibile per produrre biocarburanti.
Nessuna scelta
Anche in una cultura della Silicon Valley che venera i venture capitalist di successo, Vinod Khosla ha un posto d'onore speciale. Cofondatore di Sun Microsystems all'inizio degli anni '80, Khosla si unì in seguito alla società di capitali di rischio Kleiner Perkins Caufield and Byers, dove alla fine degli anni '90 e all'inizio degli anni 2000 si guadagnò la reputazione di ignorare l'entusiasmo delle dot-com a favore di una serie di startup esoteriche nel campo molto meno affascinante delle reti ottiche. Quando molte delle startup hanno venduto per miliardi di dollari a grandi aziende che stavano preparando la loro infrastruttura per il boom di Internet, Khosla è diventata, nelle parole di un titolo surriscaldato dell'epoca, The No. 1 VC on the Planet.
In questi giorni Khosla, che ora è tra le persone più ricche del mondo (il Forbes 400 lo elenca a 317, con un patrimonio netto di 1,5 miliardi di dollari), sta investendo la maggior parte dei suoi investimenti nelle energie alternative. Conta tra le sue società in portafoglio più di una dozzina di startup di biocarburanti: società di biologia sintetica LS9 e Amyris, società di cellulosa come Mascoma e società di etanolo da mais come Cilion, con sede a Goshen, in California. Ma definire Khosla semplicemente un investitore in biocarburanti sottostimerebbe notevolmente il suo coinvolgimento. Negli ultimi anni, è emerso come uno dei principali sostenitori mondiali della tecnologia, promuovendone le virtù e dibattendo liberamente su eventuali detrattori ( vedere Domande e risposte, marzo/aprile 2007 ).
Khosla sembra esasperato dagli oppositori dei biocarburanti. Il cambiamento climatico, dice, è di gran lunga il problema più grande che guida il suo interesse per i biocarburanti. Se vogliamo prevenire il cambiamento climatico e ridurre il consumo di benzina, non ci sono alternative all'utilizzo di biocarburanti cellulosici per i trasporti. La biomassa è l'unica materia prima in quantità sufficienti per sostituire il petrolio in modo conveniente, dice. Non esiste altro. I veicoli ibridi ed elettrici, aggiunge, sono solo giocattoli.
In particolare, sostiene Khosla, qualsiasi tecnologia di trasporto deve competere in Cina e India, i mercati automobilistici in più rapida crescita al mondo. Non è un grosso problema vendere un milione di dispositivi elettrici plug-in in un posto come la California, dice. La difficoltà è vendere un veicolo ibrido da $ 20.000 in India. Nessuna fottuta possibilità. E qualsiasi tecnologia non adottabile da Cina e India è irrilevante per il cambiamento climatico, dice. Gli ambientalisti non si concentrano sulla scalabilità. Se non puoi ingrandirlo, è solo un giocattolo. Da qui la necessità di biocarburanti. Quindi biocarburanti da biomasse.
In una serie di articoli di opinione pubblicati sul sito Web di Khosla Ventures, un'azienda fondata nel 2004 che ha investito molto in biocarburanti e altre tecnologie ambientali, Khosla prevede che la produzione di biocarburanti aumenterà rapidamente nei prossimi 20 anni. Secondo i suoi numeri, la produzione di etanolo da mais si stabilizzerà a 15 miliardi di galloni all'anno entro il 2014, ma l'etanolo cellulosico aumenterà costantemente, raggiungendo i 140 miliardi di galloni entro il 2030. A quel punto, prevede, i biocarburanti saranno economici e abbastanza abbondanti da sostituire la benzina per quasi tutti gli scopi.
Sebbene Khosla riconosca prontamente i limiti dell'etanolo derivato dal mais, afferma che è stato un importante trampolino di lancio: il mercato dell'etanolo da mais ha creato un'infrastruttura e un mercato per i biocarburanti in generale, rimuovendo molti dei rischi aziendali derivanti dall'investimento nell'etanolo cellulosico . La ragione per cui mi piace [l'etanolo da mais] è che la sua traiettoria porta all'etanolo cellulosico, dice. Senza l'etanolo da mais, nessuno investirebbe nella cellulosa.
Ma nel Midwest, c'è un atteggiamento da mostrarmi nei confronti di tali proiezioni del cielo blu, e ci sono domande persistenti su come la vasta infrastruttura agricola della nazione passerà alla biomassa. Se le proiezioni di Khosla si rivelano, allora è meraviglioso, dice Runge dell'Università del Minnesota. Nel frattempo, siamo bloccati nella realtà. Forse il punto principale della controversia, suggerisce Runge, è se l'etanolo da mais porterà effettivamente a nuove tecnologie o ostacolerà la loro strada. È mia opinione che l'etanolo da mais sia un ostacolo alla conversione alla cellulosa, dice, indicando l'inerzia causata da interessi politici e commerciali pesantemente investiti nell'etanolo da mais e nelle sue infrastrutture.
Runge non è solo nel suo scetticismo. A meno che il costo non venga ridotto in modo significativo, l'etanolo cellulosico non andrà da nessuna parte, afferma Wally Tyner, professore di economia agraria alla Purdue University. Rendere praticabile l'etanolo cellulosico richiederà un meccanismo politico per incoraggiare gli investimenti in nuove tecnologie o una svolta fenomenale, e la probabilità che ciò avvenga non è troppo alta, afferma Tyner. Gli agricoltori e i produttori di etanolo attualmente non hanno alcun incentivo ad assumersi i rischi del cambiamento delle tecnologie, aggiunge. Non esiste un ponte politico per aiutare a realizzare la transizione. Lo status quo non lo farà.
Nonostante le forti differenze di opinione, c'è ancora un terreno comune tra persone come Khosla, la cui fede sfrenata nell'innovazione è stata alimentata dai successi della Silicon Valley, e gli abitanti del Midwest il cui pragmatismo è stato forgiato dall'economia competitiva dell'agricoltura. In particolare, la maggior parte degli osservatori concorda sul fatto che la produzione annuale di etanolo derivato dal mais si stabilizzerà entro pochi anni. Dopodiché, qualsiasi crescita nella produzione di biocarburanti dovrà provenire da nuove tecnologie.
Ma se i biocarburanti cellulosici devono iniziare a sostituire la benzina entro cinque-dieci anni, le strutture dovranno iniziare presto la costruzione. Questo autunno, Range Fuels, una società con sede a Broomfield, CO, ha annunciato di aver iniziato a lavorare in Georgia su quello che sostiene essere il primo impianto di etanolo cellulosico su scala commerciale del paese. L'impianto di Range, che utilizzerà la tecnologia termochimica per produrre etanolo dai trucioli di legno, dovrebbe raggiungere una capacità di 20 milioni di galloni nel 2008 e alla fine aumentare a 100 milioni di galloni all'anno. Nel frattempo, Mascoma ha annunciato diverse unità dimostrative, tra cui uno stabilimento in Tennessee che sarà il primo impianto di etanolo cellulosico costruito per utilizzare l'erba. Ma questi impianti di produzione sono sovvenzionati dal governo federale o sono il risultato di partnership con organizzazioni statali per lo sviluppo; attrarre investimenti privati per la produzione su scala commerciale sarà un'altra questione.
In effetti, aumentare la capacità di produzione di etanolo cellulosico sarà una sfida enorme e rischiosa, afferma Colin South, presidente di Mascoma. Quando le persone parlano di etanolo cellulosico come se fosse un'industria, è una rappresentazione ingiusta, dice. Esistono numerosi impianti pilota, ma nessuno di essi è uscito dalla scala pilota. Dobbiamo ancora dimostrare che possiamo effettivamente gestirli sotto forma di un impianto chimico operativo. South afferma che Mascoma spera di iniziare la costruzione di un impianto commerciale nel 2009 e di renderlo operativo entro l'inizio del 2011. Ma aggiunge che l'azienda procederà solo quando i numeri saranno abbastanza buoni.
Forse il numero più cruciale, tuttavia, sarà il prezzo del greggio. Se rimane alta, la produzione di etanolo cellulosico potrebbe diventare economicamente competitiva molto prima. Ma poche persone, men che meno gli investitori che rischierebbero centinaia di milioni di dollari su nuovi impianti, sono disposte a fare questa scommessa. Molti ricordano la fine degli anni '70, quando il governo federale stanziò circa un miliardo di dollari per finanziare la ricerca sulla biomassa, per poi abbandonarla quando i prezzi del greggio crollarono all'inizio degli anni '80. E mentre il prezzo di un barile di greggio oscillava a metà degli anni '90 questo autunno e i prezzi del gas all'ingrosso hanno raggiunto i 2,50 dollari al gallone, gli esperti di biocarburanti affermano di non poter contare su prezzi così alti. Molti produttori di biocarburanti di nuova generazione affermano di voler essere competitivi con il petrolio greggio a circa 45 dollari al barile per garantire la redditività a lungo termine sul mercato.
In effetti, gli annunci sui nuovi impianti di etanolo cellulosico tendono a oscurare il fatto che la tecnologia non è ancora economicamente sostenibile. Gregory Stephanopoulos, professore di ingegneria chimica al MIT, si definisce molto ottimista riguardo al futuro dei biocarburanti. Ma anche lui si affretta ad aggiungere che ci vorranno altri 10 anni per ottimizzare i processi di produzione dei biocarburanti cellulosici. Tra una miriade di altri problemi, dice, c'è la necessità di microbi più robusti e versatili per produrli.
In una piccola sala riunioni fuori dal suo ufficio, Stephanopoulos tira fuori carta e matita e inizia a disegnare una serie di cerchi. Puoi immaginare, dice, una bioraffineria circondata da fonti di diversi tipi di biomassa. Collega i cerchi in un punto centrale, creando linee come i raggi di una ruota. Si potrebbe, continua, immaginare oleodotti da queste fonti. E se la biomassa fosse trattata e convogliata alla bioraffineria come liquame? Stephanopoulos sarebbe il primo a riconoscere che un'infrastruttura così ambiziosa richiederebbe anni per essere realizzata e che l'idea solleva numerose questioni tecniche e ingegneristiche. Ma per il resto dell'intervista, il disegno rimane pazientemente sul tavolo: un semplice obiettivo.