3 ИГРЫ ДО ТИТАНА
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航空産業は、世界の人為的な二酸化炭素排出量の2パーセントを生産しています。この割合は比較的小さいように見えるかもしれません - 遠近法の観点から、発電と家庭用暖房は40パーセント以上を占めます - しかし、航空は世界で最も急成長している温室効果ガス源の1つです。今後20年間で空の旅の需要は2倍になると予測されています。
航空会社は、二酸化炭素排出量を削減するよう圧力を受けており、世界の石油価格変動に対して非常に脆弱です。これらの課題は、バイオマス由来のジェット燃料への強い関心を刺激しています。バイオジェット燃料は、油料作物、砂糖作物、澱粉質植物およびリグノセルロース系バイオマスを含む様々な植物材料から、様々な化学的および生物学的経路を通じて製造することができる。しかし、石油をジェット燃料に変換する技術は、開発のより進んだ段階にあり、他の供給源よりも高いエネルギー効率をもたらします。
私たちは、バイオジェット燃料に変えることができる油を生産するために、世界で最も生産性の高い植物であるサトウキビを製造しています。最近の研究では、この人工サトウキビを使用すると、1エーカーの土地あたり2,500リットルを超えるバイオジェット燃料が得られることがわかりました。簡単に言えば、これはボーイング747がわずか54エーカーの土地で生産されたバイオジェット燃料で10時間飛行できることを意味します。2つの競合する植物源、大豆とジャトロファと比較して、リピドケーンは土地の単位あたりそれぞれ約15倍と13倍のジェット燃料を生産するでしょう。
多目的サトウキビの作成
ラクダや藻類のような、油に富んだ原料から派生したバイオジェット燃料は、概念実証飛行でうまくテストされました。世界標準規格開発組織であるASTM Internationalは、商業用および軍用のフライト用に石油ベースのジェット燃料と水素化処理した再生可能なジェット燃料の50:50のブレンドを承認しました。
しかしながら、多大な研究と商業化の努力の後でさえ、バイオジェット燃料の現在の生産量は非常に少ない。これらの製品をより大規模に製造するには、さらなる技術の改善と豊富な低コストの原料（燃料を作るために使用される作物）が必要になります。
サトウキビはよく知られているバイオ燃料源です。ブラジルは、何十年もの間アルコールベースの燃料を作るためにサトウキビジュースを発酵させてきました。サトウキビからのエタノールは、製造工程で使用される量よりも25パーセント多くのエネルギーを生み出し、化石燃料と比較して温室効果ガスの排出量を12パーセント削減します。
植物の天然油の生産量を増やし、その油をバイオディーゼルの生産に使うことができるのではないかと考えました。バイオディーゼルは、化石燃料と比較して、それを製造するのに必要とされるよりも93パーセント多くのエネルギーを生産し、排出を41パーセント削減します。エタノールとバイオディーゼルの両方をバイオジェット燃料に使用することができますが、植物由来の油をジェット燃料に変換する技術は開発の最先端段階にあり、高いエネルギー効率を生み出し、大規模な展開の準備ができています。
私達が最初により多くの石油を生産するためにサトウキビを設計することを提案したとき、私達の同僚の何人かは私達がクレイジーだと思った。サトウキビの植物はたった0.05パーセントの油しか含んでいません。多くの植物科学者は、石油の量を1パーセントに増やすと植物にとって有毒になると理論づけましたが、私たちのコンピューターモデルは石油生産を20パーセントに増やすことができると予測しました。
エネルギー省の先端研究プロジェクト機関 - エネルギー省の支援を受けて、私たちは2012年にサトウキビとモロコシの油を置き換えるために設計された植物、またはPETROSSと呼ばれる研究プロジェクトを立ち上げました。サトウキビの葉に12％の油分を達成するための脂肪酸。
現在、私たちは20％の油を達成するために取り組んでいます - 私たちのコンピューターモデルによれば理論上の限界 - そしてこの油の蓄積を植物の茎に向けます。我々の予備調査は、人工植物がより多くの油を生産するとしても、それらは砂糖を生産し続けることを示しました。これらの人工植物をリピドケーンと呼びます。
脂質ケインからの複数の製品
Lipidcaneは農家と環境に多くの利点を提供します。私たちは、20％の油を含むリピカンの栽培は、米国でバイオディーゼルを製造するために現在使用されている主原料である大豆よりも1エーカー当たり5倍、トウモロコシの2倍の収益があると計算しています。
持続可能であるためには、バイオジェット燃料は処理するのに経済的でもありそして耕地の使用を最小にする高い生産収率を有しなければならない。我々は、大豆と比較して、5パーセントの油を含むリピッドケーンが1エーカーの土地につき4倍多くのジェット燃料を生産することができたと推定します。 20パーセントのオイルを含むリピドケーンは、1エーカーあたり15倍以上のジェット燃料を生産することができます。
そして脂質ケーンは他のエネルギーの利点を提供します。バガスとして知られている、ジュース抽出の後に残された植物部分は、蒸気と電気を生産するために燃やされることができます。我々の分析によると、これはバイオリファイナリーに電力を供給するのに十分な電力より多くを生成するので、余剰電力はグリッドに売却し、化石燃料から発電された電力を代替することができます。
潜在的な米国のバイオエネルギー作物
サトウキビは、多くの食用作物には適していない限界の土地で繁栄しています。現在は主にブラジル、インド、中国で栽培されています。特に、米国南東部の未利用地でより広く飼育することができるように、我々はより耐寒性であるようにリピドケインを設計しています。
米国南東部の2300万エーカーを石油20％の脂質ケインに充てたとすると、この作物は米国のジェット燃料供給の65％を生産できると推定しています。現在、現在のドルでは、その燃料は1ガロン当たり航空会社に5.31米ドルかかるだろう、それは藻類または大豆、キャノーラまたはパーム油のような他の油料作物から生産されるバイオジェット燃料より少ない。
Lipidcaneはブラジルや他の熱帯地域でも栽培することができます。最近Nature Climate Changeで報告したように、ブラジルでサトウキビやリピドケーンの生産を大幅に拡大することで、現在の世界の二酸化炭素排出量を最大5.6％削減することができます。これは、ブラジル政府が熱帯雨林などの環境に配慮した地域として指定した地域に影響を与えることなく達成できます。
「エネルギーケーン」を追求して
私たちのリピドケーンの研究はまた、より効率的に光合成するように植物を遺伝子操作することを含み、それはより多くの成長につながります。 Scienceの2016年の記事で、私たちの一人（Stephen Long）と他の機関の同僚は、リピドケインの光合成効率を改善することでその成長が20％増加することを実証しました。予備調査と並行した野外試験では、サトウキビの光合成効率が20％改善され、涼しい条件下では70％近く改善されたことが示唆されています。
今、私たちのチームは、エーカーあたりのより多くの石油生産を達成するために「エナジーケーン」と呼ぶ、より高収量のサトウキビを設計する作業を始めています。それを商品化するまでにはまだまだ網羅する余地がありますが、バイオディーゼル燃料やバイオジェット燃料を経済的に生産するのに十分な量の石油を含む実用的なプラントを開発することが大きな第一歩です。
この記事はもともとPostectoral ResearcherのDeepak KumarによってThe Conversationに掲載されました。 Stephen P. Long、作物科学および植物生物学教授。イリノイ大学アーバナシャンペーン校、農業および生物工学工学教授、統合バイオプロセシング研究所のディレクター、Vijay Singh氏。ここで元の記事を読んでください。