Energiatartály a lemezzel szemben - a tudomány spektruma
Energia: tartály a lemez ellen
Amikor a Ferrari Forma-1-es versenyzői két évvel ezelőtt az első és a második helyet szerezték meg a Bahreini Nagydíjon, rendkívüli keverék volt a tartályaikban: Az üzemanyag kis mennyiségű második generációs lignocellulózból készült bioüzemanyagot tartalmazott . Még a Forma-1 oktánszámú világa is lassan szembesül az éghajlatváltozás és a csökkenő olajkészletek valóságával. 2008 óta a Forma-1 szabályozása előírja, hogy az üzemanyag legalább 5,75 százalékának növényi eredetűnek kell lennie. A Ferraris tartályaiban lévő hozzáadott bioüzemanyag ezt példamutatóan teljesítette, mivel a növény ehetetlen részeiből nyerték.
A neves versenyző csapat bemutatta, hogy a bioüzemanyagok miként elégíthetik ki az energia iránti éhségünket az élelmiszertermelés veszélyeztetése nélkül. Az Élelmezési Világszervezet (FAO) szerint az élelmiszerárak az utóbbi időben szokatlanul emelkedtek. A kritikusok ezt az első generációs bioüzemanyagok növekvő használatával vádolják. Ezeket étkezési növények ehető részeiből - például cukornádból vagy kukoricából - készítik, majd a szokásos benzinhez vagy dízelhez adják. Sok fejlődő országban társadalmi zavargások vannak a magas élelmiszerárak miatt. Etikai szempontból egyáltalán igazolható-e, hogy a nyugati kormányok egyre inkább elősegítik a bioüzemanyagok használatát? A klímavédelem és az élelmiszerellátás egy fedél alá vihető-e?
A Ferrari esetében egyértelműen igen a válasz. A csapat a szalmából készített etanolt választotta, amely a mezőgazdaság maradékterméke - példa arra, hogy miként lehet a bioüzemanyagok jelenlegi problémáit legyőzni. Az új kémiai folyamatok, a jobb földhasználati stratégiák és a magasabb mezőgazdasági hozamok megmutathatják a kiutat a "tartály vagy lemez" dilemmából. A növényekből történő üzemanyag megszerzésének gondolata nem új keletű. Rudolf Diesel motorjai már a 19. században növényi olajokkal működtek. A brazilok pedig 1929 óta etanolt adnak benzinjükhöz, amely cukornádból származik. De a bioüzemanyagok csak jó tíz éve játszanak fontos szerepet a globális energia- és klímapolitikában.
Megtisztította az esőerdőt, az egekbe szökő kukorica ára
Ennek alapja a biztonságos kőolajellátástól való félelem, az éghajlatváltozással kapcsolatos félelmek és a könyörtelenül növekvő energiaéhség. A bioüzemanyagok világszerte bevezetett rohanása azonban kézzelfogható földhasználati konfliktusokhoz vezetett. Borneo maláj részén például a gazdák és a nagyvállalkozók hatalmas dzsungelterületeket tisztítottak meg, hogy pálmaolaj ültetvényekkel helyettesítsék őket. Másutt óriási mennyiségű betakarított élelmiszer-növényt - például kukoricát - szállítanak a biofinomítókba, hogy üzemanyaggá alakítsák őket. 2007-ben az amerikai gazdák rekord 375 000 négyzetkilométeren vetettek kukoricát. Ennek nem kevesebb, mint egyharmada fordult etanolgyártásra. Egyes szakértők szerint ez volt az oka annak, hogy a kukorica ára 2010 vége felé több mint 70 százalékkal emelkedett. Az Élelmezési Világszervezet 2011 elején csúcsot regisztrált az élelmiszerár-indexben.
Közelebb vizsgálva azonban nyilvánvalóvá válik, hogy a bioüzemanyagok csak a probléma részét képezik. A Világbank 2008-as "Megjegyzés a növekvő élelmiszerárakról" jelentése szerint, miközben elsősorban az élelmiszerek elmúlt években tapasztalt emelkedéséért voltak felelősek, a tőzsdei spekulációk és az éghajlattal kapcsolatos szélsőséges események is hozzájárultak. A kőolaj növekvő költségeit sem szabad figyelmen kívül hagyni. Közvetlen hatással vannak az élelmiszerárakra - mondja Ottoline Leyser. A Cambridge-i Egyetem (Egyesült Királyság) növénygenetikusa társszerzőként írta ki a bioüzemanyagokkal kapcsolatos véleményét, amelyet a Nuffield Council Bioethics nevű közelmúltban tett közzé - egy brit non-profit szervezet, amely bioetikai kérdésekkel foglalkozik. Leyser szerint sok energiára van szükség, főként fosszilis tüzelőanyagok formájában, a betakarításhoz, a szállításhoz és a betakarítás feldolgozásához.
De az élelmiszerárak nem az egyetlen kritika. Bár a legtöbb bioüzemanyagot nem kifejezetten az üvegházhatást okozó gázok kibocsátásának csökkentésére tervezték, várhatóan az lesz. Nigel Mortimer, a North Energy brit energetikai tanácsadó cég elemzéséből kiderült, hogy a bioüzemanyagok az üvegházhatást okozó gázok kibocsátása szempontjából gyakran csak marginálisan vannak jobb helyzetben, mint a fosszilis tüzelőanyagok. És Angela Karp, az Egyesült Királyság Harpendenben, a Rothampsted Mezőgazdasági Kutatóközpont tudományos igazgatója szerint az első generációs bioüzemanyagok gyakran nagy mennyiségű vízre és nitrogénre van szükségük ahhoz, hogy elegendő növénytömeg növekedjen. Ez negatív hatással van a szénlábnyomukra is. Kenneth Stone, a firenzei (Dél-Karolina, Amerikai Egyesült Államok) Agrárkutatási Szolgálat agrármérnöke arra a következtetésre jut, hogy a mezőgazdaság vízfogyasztása hatszorosára nő, ha az amerikai Energiaügyi Minisztérium céljainak megfelelően a jövőben kukoricából több bioetanolt állítanak elő.
Ennek ellenére a területért folytatott harc továbbra is az egyik legnehezebb probléma. Ideális esetben a bioüzemanyagok előállításához csak alacsony minőségű, alacsony szén-dioxid-kibocsátású mezőket szabad felhasználni - mondja Ian Crute, az angliai Kenilworth-i Mezőgazdasági és Kertészeti Fejlesztési Testület vezető tudósa. Valójában egyre több gazda termel energianövényeket kiváló minőségű talajon, amelyeket valójában élelmiszer-előállításra szánnak, mert ezzel nagy bevételt tudnak generálni. Ezt hangsúlyozza Olivier Dubois, a FAO római bioenergetikai csoportjának koordinátora. Ennek a konfliktusnak a felszámolása érdekében további földterületeket kell visszaigényelni.
Verseny a területen
Az állattenyésztésben is hasonló a válogatott verseny. Bruce Dale, a kelet-lansingi Michigani Állami Egyetem vegyészmérnöke megállapította, hogy az amerikai mezőgazdasági termelés több mint 80 százalékát takarmányként használják fel. "Hihetetlen pazarlás" - kommentálja Leyser. A növekvő húsfogyasztás világszerte tehát egy másik fontos oka annak, hogy az élelmiszerárak az egekbe szöknek. Ugyanakkor a világ népességének növekedésével egyre nehezebb elég új termőterületet kialakítani. 40 év múlva a világon várhatóan kilencmilliárd ember él, ami 2,3 milliárddal több, mint ma, akiket etetni kell, amint azt a FAO "Hogyan tápláljuk a világot 2050-ben" című jelentése megjegyzi. Még ennél is rosszabb: Mivel a húsfogyasztás és az egy főre eső kalóriafogyasztás folyamatosan növekszik, az élelmiszerigény aránytalanul növekszik. "2050-ben 70 százalékkal több ételre lesz szükségünk" - becsüli Dubois.
A növények energiatermelésre történő felhasználása súlyosbítja a helyzetet. A következő 25 évben az energiafogyasztás a feltörekvő piacokon várhatóan 84 százalékkal nő. Ennek csaknem harmada valószínűleg bioüzemanyagokból származik. Ha a mezőgazdaság szerte a világon nem tapasztalja jelentős fejlődés lendületét, ezek a fejlemények drámai szántóhiányhoz vezetnek - mind az élelmiszer, mind a bioüzemanyagok számára. Igaz, hogy a következő négy évtizedben elméletileg megduplázódhat a szántó. A FAO azonban ebben az időszakban csak öt százalék körüli növekedésre számít, mert valószínűleg számos szántóterület esik a városi növekedés áldozatává. A mezőgazdasági termelékenység növelése érdekében ezért jelentősen meg kell nőnie a terméshozamoknak - mondja Dubois.
Sajnos az eddigi fejlemények más nyelvet beszélnek. A globális terméshozam az elmúlt 50 évben nőtt, de lassú ütemben: a növekedés üteme az 1960-as 3,2 százalékról 2000-re 1,5 százalékra esett vissza. Ennek ellenére Ian Crute reményteli. Mindezek ellenére még mindig van növekedés, mondja, és rengeteg a fejlődés lehetősége. Az egyes országok között továbbra is óriási különbségek voltak a hozamokban, és még mindig sok tere volt a fejlődésnek. Például Afrika nagy területei parlagon vannak, elsősorban azért, mert nem eléggé kapcsolódnak az infrastruktúrához. Az ottani gazdáknak nincs módjuk piacra hozni termékeiket, ezért csak azt ültetik, amire a családjuknak szüksége van - magyarázza Crute. Az energianövények termesztése ezekben a régiókban pozitív hatással lehet mind az infrastruktúrára, mind az élelmiszertermelésre.
A géntechnika mint kiút?
A géntechnológia ösztönözheti a mezőgazdaságot is. Ez már segít abban, hogy a növények jobban ellenálljanak a kártevőknek. "Hamarosan olyan kukoricafajtákat is gyártunk, amelyek kevesebb vizet igényelnek és jobban bírják a száraz időszakokat" - jósolja Crute. A kutatók sótűrő növényeken is dolgoznak. Például olyan régiókba kell telepíteni, ahol a tengerszint emelkedése a talajvíz szikesedéséhez vezet. A kukorica és néhány más növény fotoszintézis-mechanizmusa is sokkal hatékonyabb, mint a búza vagy a rizs, amint azt Crute hangsúlyozza. Ezeket génsebészet segítségével egyik növényfajról a másikra lehetne vinni.
Nemcsak a mezőgazdaság és a géntechnológia fejlesztéseinek, hanem a bioüzemanyagok új gyártási folyamatainak is le kell szüntetniük a tartály és a lemez közötti versenyt. Ha lehetséges lenne a teljes növény hasznosítása és nem csak ehető részei, akkor még sokféle biomassza használható. Jelentősen több energiát tárolnak a hajtásokban, a levelekben és a gyökerekben, mint a gyümölcsökben - de ezt az energiát nehezebb megszerezni - mondja Chris Somerville, a Berkeley-i Kaliforniai Egyetem Energetikai Biológiai Tudományok Intézetének igazgatója. Ezért a teljes növények hasznosítása drágább, mint a kukoricából származó etanol jelenlegi előállítása.
Például az Iogen kanadai biotechnológiai vállalat a Trichoderma reesei gombafajból származó enzimet használt fel szalmából bioüzemanyag előállításához a Ferrari csapatának. Segítségével a gomba megemészti a lignint - a növény fás részeinek fő összetevőjét -, és így a fák tápanyagához jut. Vannak más lignint emésztő enzimek, de a jelenleg rendelkezésre álló egyik sem működik nagyon hatékonyan, és az előállított üzemanyag literenként 10 és 20 cent közé kerül. Teljes ellentétben a kukoricából történő nagy mennyiségű etanol előállításához szükséges enzimekkel: literenként körülbelül fél centbe kerülnek.
Az egész üzem iránti kereslet
Tehát nem meglepő, hogy az Iogen biotechnológiai vállalatnak nyilvánvalóan problémái vannak ennek a maradéknak az elégséges felásásával: demonstrációs üzeme évente átlagosan csak 256 000 liter etanolt termel, bár 1,9 millió literre tervezték. A vállalat a hiányosságot azzal magyarázza, hogy egy olyan vizsgálati létesítményről van szó, amely nem folyamatosan működik. De ha a Shell olajtársaság, amely az egyik fő befektető az Iogenben, kereskedelmi szinten működtetné a bioetanol-termelést, a kereslet napi 20-30 tonna szalma lenne, ami szűk keresztmetszetekhez vezethet.
Ottoline Leyser növénygenetikus azt jósolja, hogy ilyen mennyiségű biomassza megszerzéséhez nem lesz elegendő a növények többszöri újrahasznosítása. Sokkal inkább gyorsan növekvő növényeket kell majd termeszteni, amelyeket csak bioüzemanyagok előállítására szánnak. Ezeknek azonban nem szabad versenyezniük az élelmiszer-növényekkel a termőterületért. A gyorsan növő nyárfák vagy fűzek például szennyezett talajon nőhetnek és egyszerre tisztíthatják meg őket. A fák a szén-dioxidot biomasszává alakítják gyorsabban, mint a legtöbb növény.
Nagy jövő
Az évelő füvek, mint a miscanthus vagy a változófű Panicum virgatum, talán még jobb jelöltek. Nincs szükségük sok vízre, és gyökereikben tárolják a tápanyagokat. "Betakarításkor csak a növény föld feletti részeit gyűjti össze, amelyek nagyon kevés tápanyagot tartalmaznak" - mondja Leyser. "Ennek eredményeként a talaj alig merül ki, és ennek következtében szinte nincs szükség műtrágyára." Az évelő füvek a szántóföldi növények számára használhatatlan talajokon is megnőnek. Somerville úgy véli, hogy az utolsó pont döntő fontosságú: egyes puszták az energianövények ültetvényévé válhatnak, például az aszálytűrő növények, például az agave termesztésével.
Olivier Dubois, a FAO koordinátora viszont úgy véli, hogy a második generációs bioüzemanyagoknak is vannak hátrányai. Nekik is szükségük volt termőföldre, és a legtakarékosabb növények is versenyeznének az élelmiszer-növényekkel az erőforrásokért. Ezenkívül az első generációs bioetanol technológiáját már fél évszázada fejlesztik. "További öt-tíz évbe telik a második generációs bioüzemanyagok nagy mennyiségű előállítása" - mondja. Sok minden történik már. A BP energiaipari társaság 400 millió dolláros gyárat épít Highlands County-ban (USA), amely nagy energiájú cukornádból, fûzõbõl vagy miscanthusból származó cellulózt dolgoz fel etanollá. Az üzemet úgy tervezték, hogy évente 136 millió liter üzemanyagot állítson elő, ami kereskedelmi biofinomítóvá válna az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma kritériumai szerint. Míg a mennyiség óriási hangzású, a napi finomítói napi több millió liter benzinhez képest kicsi.
De még akkor is, ha egy ideig meg kell állapodnia: megjönnek az új bioüzemanyagok. Meg kell nézni, hogy végül a második generációs folyadékok töltik-e meg tankjainkat - és a Forma-1-es autókét -, vagy lesz-e harmadik és negyedik generáció. Akárhogy is, a jövőben fontos szerepet játszanak a globális energiaéhség kielégítésében. A modern technológiák, a körültekintő földhasználat és az erőforrások gondos felhasználása mellett azonban továbbra is elegendő szántónak kell lennie az élelmiszer-növények számára.