Lumber's lure: grâce à la physique, des biocarburants viables peuvent pousser dans les bois

ROTORUA, Nouvelle-Zélande-Mes propos aux rédacteurs en chef d'Ars sont, contrairement à mes articles, brefs et précis. "Je vais bientôt en Nouvelle-Zélande. Ils ont une grande industrie forestière et un institut de recherche local essaie de transformer les déchets de bois en biocarburants. Je pense que cela ferait une excellente histoire."

Dans mon esprit, son acceptation était également brève: "Doux comme. Profitez de votre voyage dans le monde de la biochimie."

De nos jours, les biocarburants peuvent donner l’impression d’épis de maïs ou de Priuses aux lecteurs américains, mais l’industrie nationale a tout autant mis l’accent sur la politique que sur l’innovation scientifique. Bien que des chercheurs et des organisations scientifiques se soient penchés sur la recherche d’énergies vertes, qu’il s’agisse de déchets humains ou d’algues modestes, les gouvernements des États et le gouvernement fédéral continuent de se demander à quel point cette région devrait être une priorité.

jepenséeLa Nouvelle-Zélande offrirait un contraste inspiré par la chimie. Le pays gagne beaucoup d’argent sur les exportations de bois, mais ce profit ne provient généralement pas de la forêt primaire. La Nouvelle-Zélande déplace plutôt de nombreuses espèces exotiques à croissance rapide. Il y a beaucoup de déchets de bois dans ce traitement et, pour le moment, il en reste une bonne partie pourrissant, ce qui contribue aux émissions globales de dioxyde de carbone de l'industrie forestière du pays.

Scion, l'institut que je devais visiter, mène depuis longtemps un programme de recherche visant à convertir les déchets de bois en biocarburants. Bien que cela ne réduise pas totalement les émissions, au moins, vous obtenez quelque chose d'utile du processus. Et avec le bois versus les cultures spécifiquement développées pour les biocarburants, vous ne pouvez pas choisir vos matériaux et adapter un processus pour le rendre efficace. Au lieu de cela, Scion fait face à un défi unique: trouver un processus qui fonctionne pour le bois néo-zélandais, puis mettre en place une chaîne de transformation efficace. Comparé aux graminées et au maïs des États, cela semblait être une bataille de biocarburants se déroulant principalement dans le laboratoire.

J'ai finalement découvert que tout ce que je cherchais était mal dirigé: les biocarburants en Nouvelle-Zélande ne sont pas vraiment liés à la biochimie. Ou, au moins ils ne sont pas juste à propos de la biochimie. Au cours de mon après-midi au parc d'innovation de Scion, je me suis retrouvé à écouter beaucoup d'économie et… de physique? Parfois, vous ne pouvez pas échapper à votre travail quotidien, je suppose. Mais il se trouve que la physique peut nous aider à améliorer, à long terme, la biochimie des biocarburants.

Attendez, pourquoi nous soucions-nous encore du maïs?

Je devance moi-même, bien sûr. Pourquoi les gens se soucient-ils des biocarburants, où que ce soit?

Le plus gros problème avec les combustibles fossiles n’est pas que la combustion de combustibles libère du CO2. Non, le problème est que la boucle n'est pas fermée. Au contraire, le cycle du combustible est fermé, mais le temps entre CO2 être publié par votre Ford F150 et que CO2 se présenter comme un gisement de pétrole est des millions d'années. Dans les années qui ont suivi, la quantité d'équilibre de CO2 libre est beaucoup trop élevée pour notre propre bien.

Un cycle de combustible idéal transformerait le CO2 dans le carburant dans quelques années ou, au moins, le carburant et d'autres choses. La dépendance aux arbres morts depuis longtemps pour les hydrocarbures ne s'arrête pas à l'essence, après tout. Les lubrifiants et les plastiques sont deux autres utilisations qui viennent à l’esprit, et il en existe d’autres - davantage de boucles devant être fermées dans un proche avenir.

Alors quelles sont les alternatives? Dériver directement des huiles et des carburants à partir de plantes est une tradition ancienne chez l'homme. Une version de haute technologie peut-elle contribuer à satisfaire nos futurs besoins en énergie?

Les États-Unis consacrent déjà beaucoup de maïs à la fabrication de carburant. Bien sûr, le maïs est aussi un aliment, ce qui soulève un deuxième problème: les terres utilisées comme combustible ne peuvent être utilisées pour produire de la nourriture. Comme la population mondiale aime leur alimentation quotidienne, cela crée des tensions. Et cette tension a déjà donné lieu à certaines mesures de réglementation, l'UE limitant la croissance des biocarburants sur des terres qui seraient autrement utilisées pour la production alimentaire.

Vous pouvez, bien sûr, séparer les parties comestibles de la plante et les utiliser pour la fabrication de carburant - de cette manière, vous ne perdrez pas autant de terres arables pour la production de carburant. Malheureusement, cela n'aide pas beaucoup, car la plante qui nous fournit le maïs est en réalité une matière première pour biocarburants de qualité médiocre. Il y a d'autres cultures, comme les graminées, qui offrent un rendement en carburant beaucoup plus important par surface terrestre. Mais il y a aussi des coûts environnementaux distincts associés à ceux-ci. Les herbes peuvent par exemple nécessiter beaucoup plus d'eau que ce qui peut être fourni de manière durable.

Tout cela signifie que la chasse aux bonnes cultures de biocarburants et aux techniques de transformation est loin d'être terminée. Et tout cela m'a amené à Scion.

Bienvenue chez Scion

En tant qu’institut de recherche dédié au bois, Scion dispose d’un vaste et magnifique campus, situé à la lisière d’une forêt de loisirs et d’un champ géothermique actif. Le bâtiment principal est une belle affaire de boiseries, d'art en bois et de sculptures sur bois maoris. La réceptionniste a salué mon arrivée de façon typique des kiwis et a rapidement compris que j'étais en avance. (Pas une heure plus tôt, j'étais journées tôt le matin, les joies du décalage horaire et une attitude décontractée vis-à-vis de mon agenda.) J'ai profité de la surprise de mon hôte pour dormir grâce à une vidéo sur la sécurité et utiliser un peu de Wi-Fi pour suivre le courrier électronique.

Dans un bureau ancien encombré de papier, mon hôte, le Dr Paul Bennet, m'a présenté les tenants et les aboutissants d'une approche très pratique des biocarburants. Bennett a été le premier à me désabuser de l'idée que je recevrais une histoire de recherche biochimique. Cette initiative concerne en réalité l'économie. Les biocarburants et la foresterie ne sont pas, j’ai découvert, un match parfait dans le ciel.

Maintenant, à la surface, ils pourraient être. Les plantations forestières pour le bois et le papier utilisent généralement des arbres à croissance rapide, souvent sur des terres inadaptées à d’autres formes d’agriculture: pays de montagne, par exemple. À première vue, cela élimine le problème de la concurrence avec les cultures vivrières et vous constitue une source de carburant viable à partir des déchets forestiers.

Creusez un peu plus et ça a toujours l'air OK. Dans une exploitation forestière moderne, il y a beaucoup de déchets de bois. Bien que les scieries modernes et les usines de pâtes et papiers soient conçues pour transformer chaque morceau de bois utilisable en produit, beaucoup de déchets sont inévitables. Les scieries brûlent de la sciure de bois pour produire de l'énergie, mais brûler efficacement de la sciure de bois humide et boueuse n'est pas aussi simple que d'allumer une allumette. Il pourrait être plus efficace de le transformer en carburant liquide d’abord.

Mais Bennett a également souligné le gros problème: les arbres récoltés pour le bois d'oeuvre poussent longtemps avant d'être récoltés. Le combustible, idéalement, provient d'un cycle de croissance et de récolte rapide. Et c'est avant même d'envisager la question du transport.

Le pétrole sort des puits et peut être transporté dans des pipelines. Il est facile d'obtenir une grande quantité de brut d'un seul endroit et de le livrer à un seul endroit. Vous pouvez donc construire une énorme raffinerie qui distille, fissure, polymérise et autrement cuit le pétrole brut en une vaste gamme de produits chimiques organiques pouvant être transformés. expédiés pour utilisation ou traitement ultérieur. La balance est intégrée.

Les matières premières pour biocarburants ne se transportent pas facilement et sont difficiles à redimensionner.

"L'un des gros coûts liés aux biocarburants est toujours le coût des matières premières", a déclaré Bennett. "Vous ne voulez pas transporter cette matière première sur de longues distances, car vous prenez essentiellement beaucoup d'eau. Donc, si vous pouvez effectuer le traitement près de l'endroit où vous cultivez le matériau pour le densifier en termes d'énergie, cela pourrait être meilleur."

La matière végétale est répartie sur une vaste zone et doit être récoltée. Après la récolte, il doit être amené à un endroit central pour le traitement. Quelle échelle est la plus économique pour cela? Une grande raffinerie vous permet de réaliser des économies d’échelle en termes de traitement, mais augmente les pertes dues au transport; les petites usines peuvent se rencontrer quelque part au milieu.

Ce point d'équilibre où l'échelle a du sens dépend vraiment de la nature de la culture et des terres que vous allez récolter. Et les deux peuvent changer en fonction de l’utilisation historique des terres.

Par exemple, sur le marché américain des biocarburants, le maïs est roi et l'économie de sa transformation en biocarburant est bien établie. Mais cela ne va probablement pas rester comme ça. Il concurrence la production alimentaire de deux manières: il pousse sur les mêmes terres que les cultures vivrières et chaque grain de maïs qui entre dans un réacteur à biocarburant est un noyau retiré de la bouche. Pour les prochaines générations de cultures de biocarburants, on ne sait pas encore de quoi l'avenir sera fait: petit et distribué, grand et centralisé, ou quelque part entre les deux.

Cette réalité économique est le moteur de la recherche actuelle. Il est clair que les déchets de bois provenant de la foresterie ne vont pas aller très loin, mais les plantations d’arbustes à croissance plus rapide pourraient bien constituer un avantage, car elles peuvent être cultivées à haute densité avec des durées de cycle inférieures à 10 ans. Et comme ils seraient récoltés en utilisant quelque chose qui ressemble davantage à du matériel forestier traditionnel, ils sont toujours appropriés pour la culture sur des paysages raisonnablement escarpés, évitant ainsi la concurrence avec les cultures vivrières.

Ce qui semble être clair, toutefois, c'est que les biocarburants, s'ils sont utilisés correctement, peuvent répondre aux besoins énergétiques locaux. Aux États-Unis, l’utilisation de déchets de biomasse agricoles et forestiers pourrait répondre à plus de 30% des besoins en carburant de transport des États-Unis. Maintenant, je sais que les batteries sont les préférées actuelles, mais les carburants liquides ont toujours une densité d'énergie plus élevée et sont toujours mieux adaptés pour alimenter des camions, des navires et des avions long-courriers.

Mais même en supposant que les bases économiques de la récolte et du transport marchent, ce voyage à Scion m'a rappelé qu'il restait des problèmes de chimie.