In de zoektocht naar betaalbare biobrandstoffen, populierbomen zijn een van de beste weddenschappen van de Pacific Northwest - de bomen zijn er in overvloed, snelgroeiend, aanpasbaar aan veel terreinen en hun hout kan worden omgezet in stoffen die worden gebruikt in biobrandstoffen en hoogwaardige chemicaliën waar we in ons dagelijks leven op vertrouwen.

Maar zelfs als onderzoekers het potentieel van populieren testen om te veranderen in alles, van ethanol tot chemicaliën in cosmetica en wasmiddelen, een verwerkingsfabriek voor populieren op commerciële schaal moet nog worden gerealiseerd. Dit komt vooral omdat de productiekosten nog steeds niet concurrerend zijn met de huidige olieprijs.

Een team van de Universiteit van Washington probeert van populier een levensvatbare concurrent te maken door de productie van jongere populieren te testen die vaker kunnen worden geoogst - na slechts twee of drie jaar - in plaats van de gebruikelijke cyclus van 10 tot 20 jaar. deze bomen, in wezen juvenielen vergeleken met volgroeide volwassenen, worden dichter bij elkaar geplant en zo gesneden dat er na elke oogst meer takken uit de stronk ontspruiten, met behulp van dezelfde wortelsystemen tot 20 jaar. Deze methode heet "hakhout, " en de bomen staan ​​bekend als populierenhakhout.

Het team is de eerste die probeert de hele jonge boom om te zetten, inclusief bladeren, schors en stengels - in bio-olie, een biologisch afgeleid olieproduct, en ethanol met behulp van twee afzonderlijke processen. hun resultaten, deze zomer gepubliceerd in twee papers:een in ACS Sustainable Chemistry &Engineering en de andere in Biotechnologie voor biobrandstoffen — wijzen op een veelbelovende toekomst voor het gebruik van populierenhakhout als biobrandstof.

"Ons onderzoek heeft aangetoond dat populierenhakhout een goede optie kan zijn om tegemoet te komen aan de goedkope, criteria voor grote hoeveelheden biobrandstoffen, " zei hoofdauteur Chang Dou op beide artikelen, een doctoraatsstudent in het Bioresource Science and Engineering-programma van de UW. "Onze bevindingen zijn belangrijk voor de toekomstige biobrandstofindustrie, en het uiteindelijke doel is om biobrandstof van populierenhakhout een stap dichter bij de pomp te brengen."

Populierenhoutsnippers van oudere bomen zijn de focus van het meeste onderzoek geweest, vooral omdat houten delen de hoogste concentratie aan suiker bevatten, wat belangrijk is voor het maken van ethanol en chemicaliën. Eerdere studies tonen aan dat populierenhoutsnippers een levensvatbare bron van biobrandstof zijn, maar de kosten zijn nog steeds niet duidelijk, vooral omdat bomen maar eens in de 10 jaar worden gekapt. Aanvullend, andere boomdelen gaan verloren wanneer alleen de stam wordt gebruikt, waardoor het proces inefficiënter en verspillender wordt.

Echter, als populier dicht bij elkaar zou worden geplant als een landbouwgewas, en hele bomen werden geoogst in een veel snellere cyclus, het zou vanuit kostenoogpunt zinvol kunnen zijn en een korte return on investment bieden - en aantrekkelijker zijn voor boeren.

Alternatieve brandstoffen moeten economisch zinvol zijn, benadrukken de onderzoekers, voor biobrandstoffen om een ​​deuk te maken in de door aardolie aangedreven markt.

"We hebben de milieuprikkels om brandstoffen en chemicaliën te produceren uit hernieuwbare bronnen, maar op dit moment, ze zijn niet genoeg om te concurreren met de lage olieprijzen. Dat is het probleem, " zei Renata Bura, een UW universitair hoofddocent in de School of Environmental and Forest Sciences en de senior auteur.

Bura's onderzoek maakt deel uit van het Advanced Hardwood Biofuels Northwest-project dat wordt gefinancierd door het National Institute of Food and Agriculture van het Amerikaanse ministerie van landbouw. Het project, geregisseerd door UW-professor Rick Gustafson, is een consortium van universiteiten en industrieën onder leiding van de UW met als doel de basis te leggen voor een biobrandstoffen- en biogebaseerde industrie in de Pacific Northwest op basis van populierengrondstoffen. Voor deze studie is bomen in Jefferson, Oregon - een van de vier onderzoekslocaties - werd in het voorjaar van 2012 in rijen dicht bij elkaar geplant en minder dan twee jaar later geoogst voordat de bladeren waren gevallen.

Het UW-team testte eerst of hele jonge populieren in suiker konden worden omgezet door een proces waarbij hoge temperatuur, druk en enzymen om de houtmaterialen af ​​te breken tot suiker. Vanaf daar, het is mogelijk om ethanol te maken, azijnzuur, melkzuur en andere waardevolle chemicaliën door de suiker te vergisten.

Na het verwerken van de bomen, de onderzoekers ontdekten dat bladeren slecht presteren en de algehele suikerproductie verlaagden, niet alleen omdat bladeren van nature suikerarm zijn, maar ze bevatten ook andere chemicaliën die het suikervrijgaveproces belemmeren. Wanneer opgeschaald naar een commerciële operatie, bladeren moeten worden verwijderd en kunnen voor andere doeleinden worden gebruikt, zoals voer voor dieren.

Ze testten ook hele populieren van hetzelfde perceel in een ander conversieproces dat veel hogere hitte gebruikt - meer dan 500 graden Celsius - om de boommaterialen rechtstreeks om te zetten in bio-olie in een proces dat 'pyrolyse' wordt genoemd. Er wordt onderzoek gedaan om deze donkerbruine olie om te zetten in een transportbrandstof die lijkt op benzine of diesel.

In het experiment, de onderzoekers ontdekten dat het toevoegen van bladeren geen groot verschil maakte voor de kwaliteit van de resulterende bio-olie. Bij het opschalen, producenten zouden uiteindelijk tijd en geld kunnen besparen door de bladeren niet van de takken te scheiden om olie van vergelijkbare kwaliteit te verkrijgen.

Toekomstige productie-installaties voor populieren zouden beide methoden kunnen gebruiken, weegfactoren zoals de huidige materiaalkosten of de dollarwaarde van de producten die worden gemaakt om te bepalen welke methode financieel zinvoller is, Dou uitgelegd.

De jonge populieren die in het onderzoek zijn gebruikt, hebben vergelijkbare eigenschappen als scheuten die bij een echte hakbewerking uit een stronk zouden ontspruiten. Met behulp van die snijmethode, het is mogelijk om tot 20 jaar om de twee jaar bomen te oogsten zonder de extra inspanning en kosten van het uittrekken van wortels, het voorbereiden van de grond en het planten van nieuwe bomen die nodig zijn in de gebruikelijke plantregimes.

uiteindelijk, de onderzoekers zeggen dat hakhoutpopulier waarschijnlijk de beste balans is tussen kosten en betrouwbaarheid voor telers in de Pacific Northwest om biobrandstof te produceren.

"Momenteel, we kijken hoe we populier kunnen telen voor gemonetariseerde ecosysteemdiensten, " zei Bura. "In de toekomst, we stellen ons een biogebaseerde industrie voor die meerdere milieuvoordelen zal opleveren, zal plattelandsgemeenschappen versterken en zal dienen als een brug naar een volledig ontwikkelde biobrandstofindustrie."