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Produrre etanolo dai trucioli di legno
I metodi sperimentali per convertire i trucioli di legno e l'erba in etanolo saranno presto testati su scala produttiva. Mascoma Corporation , con sede a Cambridge, MA, sta costruendo strutture dimostrative che avranno la capacità di produrre da mezzo a due milioni di galloni di etanolo all'anno da biomassa di scarto. La startup ha recentemente ricevuto 30 milioni di dollari in capitale di rischio, che sta alimentando i suoi piani di espansione.
La ricerca di Lee Lynd, professore di ingegneria al Dartmouth College e cofondatore di Mascoma Corporation, sta aiutando a ridurre i costi di produzione di etanolo da fonti cellulosiche come stocchi di mais e trucioli di legno.
Sebbene Mascoma non abbia raggiunto il suo obiettivo finale di utilizzare un singolo organismo geneticamente modificato per convertire i trucioli di legno e altre materie prime cellulosiche in etanolo, l'azienda ha sviluppato batteri geneticamente modificati che possono accelerare parte del processo di produzione di etanolo. Il processo ottimizzato mostra una promessa sufficiente per investire nel potenziamento della tecnologia, afferma Colin South, presidente di Mascoma.
Il grano di mais, l'attuale fonte di etanolo negli Stati Uniti, richiede grandi quantità di terra ed energia per essere prodotto. Questo, insieme alla domanda di mais come cibo, limita la quantità totale di etanolo che può essere prodotta dal mais a circa 15 miliardi di galloni all'anno, circa tre volte quella prodotta attualmente. Se il carburante deve soppiantare una frazione considerevole dei 140 miliardi di galloni di benzina consumati ogni anno negli Stati Uniti, i produttori di etanolo dovranno ricorrere a biomasse come trucioli di legno e erbaccia. Queste risorse sono più economiche e potenzialmente molto più abbondanti e possono essere convertite in etanolo in modo molto più efficiente del mais perché richiedono meno energia per crescere (vedi Riprogettare la vita per produrre etanolo).
In effetti, l'etanolo da tali fonti potrebbe sostituire una frazione molto ampia della benzina attualmente utilizzata per i veicoli, afferma Gregory Stephanopoulos, professore di ingegneria chimica al MIT. Dice che alcuni esperti stimano che con guadagni in efficienza e alti rendimenti di etanolo, tutta la benzina per il trasporto potrebbe essere sostituita; le stime più prudenti dicono che circa il 20 per cento potrebbe essere sostituito. Sperando di capitalizzare su questo potenziale, una manciata di aziende, tra cui celunolo , a Dedham, MA; Iogen , a Ottawa, in Canada, che dispone di un impianto esistente su scala dimostrativa e prevede di passare alla produzione commerciale; e il Laboratorio Nazionale Energie Rinnovabili (NREL), a Golden, CO, stanno lavorando per sviluppare una migliore tecnologia per produrre etanolo cellulosico.
Nonostante il suo potenziale, l'etanolo cellulosico è costoso da produrre oggi. Richiede attrezzature più costose e più fasi di lavorazione rispetto alla produzione di etanolo dal grano di mais. Mentre sia il mais che l'etanolo cellulosico vengono creati dalla fermentazione dello zucchero, convertire l'amido nei chicchi di mais in zucchero è molto più facile che convertire la cellulosa complessa in stocchi di mais o biomassa come i trucioli di legno. Per semplificare il processo e ridurre i costi, molti ricercatori alla fine sperano di progettare un singolo organismo in grado sia di scomporre la cellulosa sia di convertire gli zuccheri risultanti in etanolo. Ma la ricerca sta già migliorando parti del processo. Ad esempio, i ricercatori hanno creato un cocktail di enzimi per convertire la cellulosa in zucchero che è cento volte più economico dei metodi precedenti, afferma George Douglas, portavoce del NREL.
Mascoma si sta concentrando sul miglioramento delle prime fasi del processo, il pretrattamento delle materie prime e la conversione della cellulosa in zuccheri, che secondo South sono fondamentali per ridurre i costi. Nella fase di pretrattamento convenzionale, materiali come trucioli di legno vengono immersi in una soluzione diluita di acido solforico e quindi riscaldati. Questo rompe le strutture complesse della lignina che formano uno scudo attorno alla cellulosa, afferma Charles Wyman, co-fondatore di Mascoma e professore di ingegneria chimica e ambientale presso l'Università della California, a Riverside. La ricerca di Wyman ha analizzato i meccanismi coinvolti in questo processo, aiutando l'azienda a ottimizzare questo passaggio. Mascoma ha anche sviluppato una tecnologia per migliorare il passo successivo: abbattere la cellulosa ora accessibile in zuccheri utilizzando enzimi prodotti da organismi. Nell'ultima parte del processo, questi zuccheri vengono fatti fermentare per produrre etanolo.
Wyman stima che la tecnologia dell'azienda potrebbe produrre etanolo per circa lo stesso costo della produzione di etanolo dal mais, e alla fine per meno soldi. Questo sarebbe un miglioramento significativo rispetto ad altre tecnologie. Un'analisi dei costi in un impianto pilota NREL, ad esempio, suggerisce che produrre etanolo cellulosico costerebbe più di due dollari al gallone, circa il doppio del costo della produzione di etanolo da mais. Ma anche i ricercatori del NREL sono fiduciosi che questo costo sarà dimezzato e soddisferà i costi dell'etanolo da mais entro sei anni, afferma Douglas.
Tuttavia, la produzione di etanolo sufficiente per sostituire una frazione significativa del consumo di benzina richiede ancora molti anni. Richiederà un ulteriore miglioramento sia della tecnologia che dei processi industriali, comprese le sfide legate alla gestione di grandi quantità di biomassa voluminosa. Sicuramente non siamo ancora arrivati, afferma Stephanopoulos del MIT. I processi odierni sono chiaramente antieconomici.
Ma Douglas afferma che i ricercatori sono ottimisti sul fatto che il finanziamento continuo e l'applicazione di nuovi strumenti renderanno possibile la diffusione dell'etanolo cellulosico: i percorsi sono abbastanza chiari.