Energetická nádrž verzus platňa - spektrum vedy
Energia: nádrž proti doske
Keď sa pred dvoma rokmi na Veľkej cene Bahrajnu umiestnili piloti Formuly 1 na prvom a druhom mieste, mali vo svojich nádržiach mimoriadnu zmes: Palivo obsahovalo malé množstvo biopaliva druhej generácie vyrobené z lignocelulózy . Aj oktánový svet formuly 1 pomaly čelí realite zmeny podnebia a ubúdajúcich zásob ropy. Od roku 2008 predpisy Formuly 1 stanovujú, že najmenej 5,75 percenta paliva musí pochádzať z rastlinných zdrojov. Pridané biopalivo do nádrží Ferraris to splnilo ukážkovým spôsobom, pretože sa získavalo z nejedlých častí rastlín.
Renomovaný závodný tím predviedol, ako môžu biopalivá uspokojiť náš hlad po energii bez toho, aby bola ohrozená výroba potravín. Podľa Svetovej potravinovej organizácie (FAO) v poslednej dobe ceny potravín neobvykle vzrástli. Kritici to vinia z rastúceho používania biopalív prvej generácie. Vyrábajú sa z jedlých častí potravinárskych plodín - napríklad z cukrovej trstiny alebo kukurice - a potom sa pridávajú do bežného benzínu alebo nafty. V mnohých rozvojových krajinách panujú sociálne nepokoje z dôvodu vysokých cien potravín. Je vôbec eticky opodstatnené, že západné vlády čoraz viac presadzujú používanie biopalív? Dá sa ochrana podnebia a zásobovanie potravinami dostať pod jednu strechu?
Pre Ferrari je odpoveď jednoznačne áno. Tím vybral etanol vyrobený zo slamy, ktorá je zvyškovým produktom v poľnohospodárstve - príklad toho, ako možno prekonať súčasné problémy biopalív. Nové chemické procesy, lepšie stratégie využívania pôdy a vyššie poľnohospodárske výnosy by nám mohli ukázať cestu z dilemy „z tanku alebo na doske“. Myšlienka získavania paliva z plodín nie je nová. Motory Rudolfa Diesela fungovali na rastlinné oleje už v 19. storočí. A Brazílčania pridávajú do svojho benzínu etanol od roku 1929, ktorý pochádza z cukrovej trstiny. Biopalivá však hrajú dôležitú úlohu v globálnej energetickej a klimatickej politike iba dobrých desať rokov.
Vyčistený dažďový prales, raketovo rastúce ceny kukurice
Je to založené na narastajúcom strachu z bezpečných dodávok ropy, obavách zo zmeny podnebia a neúnavne rastúcom hladu po energii. Zrýchlenie zavádzania biopalív do celého sveta však viedlo k hmatateľným konfliktom vo využívaní pôdy. Napríklad v malajskej časti Bornea poľnohospodári a veľkí podnikatelia vyčistili obrovské oblasti džungle, aby ich nahradili plantážami palmového oleja. Kamkoľvek sa enormné množstvo pozberaných potravinárskych plodín - napríklad kukurice - prepraví do biorafinérií, aby sa z nich mohlo stať palivo. V roku 2007 americkí poľnohospodári vysadili kukuricu na rekordných 375 000 štvorcových kilometroch. Najmenej tretina z toho bola použitá na výrobu etanolu. Podľa niektorých odborníkov to bol dôvod, prečo sa ceny kukurice ku koncu roka 2010 zvýšili o viac ako 70 percent. Na začiatku roka 2011 zaznamenala Svetová potravinová organizácia vrchol v indexe cien potravín.
Pri bližšom skúmaní však vyjde najavo, že biopalivá sú iba časťou problému. Podľa správy Svetovej banky z roku 2008 „Poznámka o zvyšovaní cien potravín“, hoci boli primárne zodpovední za rast cien potravín v posledných rokoch, prispeli aj špekulácie na trhoch s akciami a extrémne udalosti súvisiace s podnebím. Rovnako nemožno ignorovať rastúce náklady na ropu. Majú priamy vplyv na ceny potravín, hovorí Ottoline Leyser. Genetik rastlín na univerzite v Cambridge (UK) bol spoluautorom stanoviska k biopalivám, ktoré nedávno zverejnila britská nezisková organizácia Nuffield Council on Bioethics zaoberajúca sa bioetickými problémami. Podľa Leysera si zber, preprava a spracovanie úrody vyžaduje veľa energie, hlavne vo forme fosílnych palív.
Ceny potravín však nie sú jedinou kritikou. Aj keď väčšina biopalív nie je špeciálne navrhnutá na zníženie emisií skleníkových plynov, očakáva sa, že budú. Nigel Mortimer z anglickej energetickej konzultácie North Energy v analýze ukázal, že biopalivá sú na tom z hľadiska emisií skleníkových plynov často len okrajovo lepšie ako fosílne palivá. A podľa Angely Karpovej, vedeckej riaditeľky Rothampsted Agricultural Research Center v Harpendene vo Veľkej Británii, biopalivá prvej generácie často vyžadujú veľké množstvo vody a dusíka, aby mohli pestovať dostatok rastlinnej hmoty. To tiež negatívne vplýva na ich uhlíkovú stopu. Kenneth Stone, poľnohospodársky inžinier v Agricultural Research Service vo Florencii (Južná Karolína, USA), prichádza k záveru, že spotreba vody v poľnohospodárstve by sa zvýšila šesťnásobne, ak by sa v budúcnosti v súlade s cieľmi amerického ministerstva energetiky z kukurice vyrobilo viac bioetanolu.
Napriek tomu zostáva boj o výmeru jedným z najťažších problémov. V ideálnom prípade by sa pri výrobe biopalív mali využívať iba nekvalitné polia s nízkym obsahom uhlíka, hovorí Ian Crute, vedúci pracovník Rady pre rozvoj poľnohospodárstva a záhradníctva v Kenilworthe v Anglicku. V skutočnosti čoraz viac poľnohospodárov pestuje energetické plodiny na kvalitných pôdach, ktoré sú skutočne určené na výrobu potravín, pretože s nimi môžu vytvárať vysoké príjmy. To zdôrazňuje Olivier Dubois, koordinátor bioenergetickej skupiny FAO v Ríme. Aby sa tento konflikt zmiernil, je potrebné znovu získať ďalšiu pôdu.
Konkurencia v teréne
V chove zvierat existuje podobná súťaž s bezohľadným hrdlom. Bruce Dale, chemický inžinier na Michiganskej štátnej univerzite vo East Lansing, zistil, že viac ako 80 percent americkej poľnohospodárskej výroby sa používa ako krmivo. „Neskutočné plytvanie,“ komentuje Leyser. Zvyšovanie spotreby mäsa na celom svete je tak ďalším dôležitým dôvodom, prečo ceny potravín raketovo rastú. Zároveň s pribúdajúcou svetovou populáciou je čoraz ťažšie vyvinúť dostatok nových kultivačných plôch. Očakáva sa, že za 40 rokov bude mať svet deväť miliárd ľudí, o 2,3 miliardy viac ako dnes, ktorých bude treba kŕmiť, ako uvádza správa FAO „Ako nakŕmiť svet v roku 2050“. A čo je ešte horšie: Pretože spotreba mäsa a kalórií na obyvateľa neustále rastie, potreba potravín sa neúmerne zvyšuje. „V roku 2050 budeme potrebovať o 70 percent viac potravín,“ odhaduje Dubois.
Situáciu zhoršuje použitie rastlín na výrobu energie. V nasledujúcich 25 rokoch sa očakáva nárast spotreby energie na rozvíjajúcich sa trhoch o 84 percent. Takmer tretina z toho bude pravdepodobne pochádzať z biopalív. Ak poľnohospodárstvo na celom svete čoskoro nezaznamená výraznú podporu rozvoja, bude tento vývoj viesť k dramatickému nedostatku ornej pôdy - pre potraviny aj pre biopalivá. Je pravda, že orná pôda by sa teoreticky mohla v nasledujúcich štyroch desaťročiach zdvojnásobiť. FAO však v tomto období očakáva iba rast okolo päť percent, pretože mnoho orných oblastí bude pravdepodobne zaostávať za rastom miest. Aby sa zvýšila produktivita poľnohospodárstva, výnosy plodín sa preto musia výrazne zvýšiť, tvrdí Dubois.
Vývoj zatiaľ bohužiaľ hovorí iným jazykom. Globálne výnosy plodín vzrástli za posledných 50 rokov, ale spomalením: tempo rastu kleslo z 3,2 percenta v roku 1960 na 1,5 percenta v roku 2000. Ian Crute však stále dúfa. Napriek tomu všetkému podľa neho stále existuje rast a veľa priestoru na zlepšenie. Medzi krajinami stále existovali obrovské rozdiely vo výnosoch a stále bol ešte veľa priestoru na zlepšenie. Napríklad veľké oblasti v Afrike ležia ladom, hlavne preto, že sú nedostatočne napojené na infraštruktúru. Farmári tam nemajú žiadny spôsob, ako dostať svoje produkty na trh, takže pestujú iba to, čo potrebujú ich rodiny, vysvetľuje Crute. Pestovanie energetických plodín v týchto regiónoch by mohlo mať pozitívny vplyv tak na infraštruktúru, ako aj na výrobu potravín.
Genetické inžinierstvo ako východisko?
Genetické inžinierstvo by tiež mohlo stimulovať poľnohospodárstvo. Už teraz pomáha zvyšovať odolnosť rastlín voči škodcom. „Čoskoro budeme tiež vyrábať odrody kukurice, ktoré vyžadujú menej vody a lepšie odolávajú suchým obdobiam,“ predpovedá Crute. Vedci pracujú aj na rastlinách odolných voči soli. Napríklad sa majú vysádzať v regiónoch, kde stúpajúca hladina mora vedie k zasoleniu podzemných vôd. Kukurica a niektoré ďalšie rastliny majú tiež oveľa efektívnejšie mechanizmy fotosyntézy ako pšenica alebo ryža, ako zdôrazňuje Crute. Tieto by sa mohli prenášať z jedného druhu rastlín na druhý pomocou genetického inžinierstva.
Nielen vylepšenia v poľnohospodárstve a genetickom inžinierstve, ale aj nové výrobné procesy pre biopalivá by mali narušiť konkurenciu medzi nádržami a doskami. Keby bolo možné využiť celú rastlinu a nielen jej jedlé časti, dalo by sa použiť oveľa viac druhov biomasy. V klíčkoch, listoch a koreňoch je uložených podstatne viac energie ako v plodoch - túto energiu je však ťažšie získať, hovorí Chris Somerville, riaditeľ Inštitútu pre energetickú biológiu na Kalifornskej univerzite v Berkeley. Preto je využitie celých rastlín nákladnejšie ako súčasná výroba etanolu z kukurice.
Napríklad kanadská biotechnologická spoločnosť Iogen použila pre tím Ferrari enzým z huby Trichoderma reesei na výrobu biopaliva zo slamy. Pomocou nej huba trávi lignín - hlavnú zložku častí drevín - a dostáva sa tak k živinám v stromoch. Existujú aj ďalšie enzýmy tráviace lignín, ale žiadny z momentálne dostupných enzýmov nepracuje veľmi efektívne a stojí 10 až 20 centov za liter vyrobeného paliva. V ostrom kontraste s enzýmami na veľkovýrobu etanolu z kukurice: Stoja asi pol percenta za liter.
Celá rastlina je žiadaná
Takže nie je prekvapujúce, že biotechnologická spoločnosť Iogen má zjavne problémy s dostatkom tohto zvyšku vykopať: jej demonštračný závod vyprodukuje v priemere iba 256 000 litrov etanolu ročne, hoci je navrhnutý pre 1,9 milióna litrov. Spoločnosť vysvetľuje tento rozdiel konštatovaním, že ide o testovacie zariadenie, ktoré nie je v nepretržitej prevádzke. Ak by však ropná spoločnosť Shell, jeden z hlavných investorov v Iogene, prevádzkovala výrobu bioetanolu v komerčnom meradle, dopyt by bol 20 až 30 ton slamy denne, čo by mohlo viesť k prekážkam.
Genetik rastlín Ottoline Leyser predpovedá, že na získanie takého množstva biomasy nebude stačiť viackrát recyklovať plodiny. Bude potrebné skôr pestovať rýchlo rastúce rastliny, ktoré sú určené iba na výrobu biopalív. Tie by však nemali konkurovať potravinovým plodinám o výmeru. Napríklad rýchlo rastúce topole alebo vŕby by mohli rásť na znečistenej pôde a súčasne ich čistiť. Stromy premieňajú oxid uhličitý na biomasu rýchlejšie ako väčšina ostatných rastlín.
Skvelá budúcnosť
Trvalé trávy ako miscanthus alebo pŕhľava obyčajná Panicum virgatum sú možno ešte lepšími kandidátmi. Nepotrebujú veľa vody a ukladajú si živiny do koreňov. „Pri zbere zbierate iba nadzemné časti rastliny, ktoré obsahujú veľmi málo výživných látok,“ hovorí Leyser, „v dôsledku čoho sa pôda ťažko vyčerpáva a v dôsledku toho nie je potrebné takmer žiadne hnojivo.“ Trvalé trávy rastú aj na pôdach, ktoré sú pre orné plodiny nepoužiteľné. Somerville považuje posledný bod za zásadný: niektoré pustiny by sa mohli stať plantážami energetických plodín, napríklad pestovaním plodín odolných voči suchu, ako je agáve.
Koordinátor FAO Olivier Dubois sa na druhej strane domnieva, že biopalivá druhej generácie majú aj nevýhody. Aj oni potrebovali výmeru a dokonca aj tie najšetrnejšie plodiny by konkurovali potravinovým plodinám o zdroje. Okrem toho je technológia pre bioetanol prvej generácie vo vývoji už pol storočia. „Bude trvať ďalších päť až desať rokov, kým sa bude vo veľkom vyrábať biopalivá druhej generácie,“ hovorí. Veľa sa už deje. Energetická spoločnosť BP buduje továreň na 400 miliónov dolárov v Highlands County (USA), ktorá bude spracúvať celulózu z vysokoenergetickej cukrovej trstiny, prepelice alebo miscanthusu na etanol. Závod je navrhnutý tak, aby ročne produkoval 136 miliónov litrov paliva, čo by z neho podľa kritérií amerického ministerstva energetiky urobilo komerčnú biorafinériu. Aj keď to znie obrovsky, je to málo v porovnaní s miliónmi litrov benzínu za deň, ktoré vypúšťajú bežné rafinérie.
Ale aj keď to bude chvíľu trvať, kým sa presadí: nové biopalivá prídu. Uvidíme, či nakoniec naše nádrže - a tie, ktoré majú automobily formuly 1 - nakoniec naplnia kvapaliny druhej generácie, alebo či bude existovať tretia a štvrtá generácia. Tak či onak, v budúcnosti budú hrať dôležitú úlohu pri uspokojovaní globálneho hladu po energii. A s modernými technológiami, obozretným využívaním pôdy a starostlivým využívaním zdrojov by mal stále existovať dostatok ornej pôdy pre potravinárske plodiny.