Hvordan udvikler planter biomasse?

Hvordan producerer planter biomasse? Og kan den viden udnyttes til at udvikle mere højtydende planter, som kan bruges til biobrændstof?

Det er noget af det, de forsøger at finde ud af på Joint BioEnergy Institute (JBEI) i Californien, der foreløbig har fået 134 millioner offentlige dollars til at forske i biobrændstof, og hvor den danske planteforsker, Henrik Vibe Scheller, leder et at de store forskningsprojekter.

»Drivkraften i USA er, at de ikke vil være afhængige af olie fra Mellemøsten, og at de gerne vil have bioenergi og bioraffinaderi til at blive en succes, da det skal være et væsentligt bidrag til at erstatte råolie,« fortæller Henrik Vibe Scheller til Ing.dk.

JBEI arbejder blandt andet på at bygge nogle andre fenolforbindelser ind i ligninen i planternes cellevægge, end der er naturligt, så ligninen bliver nemmere at nedbryde. Forskerne kender biosyntesevejene for fenolforbindelserne, og det er kun fem-seks gener, de skal have til at fungere i planterne. Og det er ikke et helt umuligt projekt, understreger Henrik Vibe Scheller.

Forskerholdet vil også gerne ændre på sukrene - polysakkariderne i planterne, så de bliver nemmere at nedbryde. De vil have færre pentoser og flere heksoser, men det er noget mere besværligt, da de ikke kender biosyntesevejene. Det kræver derfor basal forskning i hvordan polymererne bliver dannet.

De har dog allerede lavet planter, som har mindre indhold af eddikesyre-ester og ferulsyre-ester. Begge af disse typer planter er nemmere at nedbryde, så det ser ud som om det gør produktionen mere effektiv og billigere. Faktisk ser den nedsatte mængde af eddikesyre-ester ud til, at det kan skære cirka ti procent af prisen.

Hvordan laver planter biomasse?

Herudover forsker Henrik Vibe Scheller i, hvordan planter producerer biomasse og hvordan de allokerer kulstof. Det gør han for eksempel ved at se på, hvorfor der er så stor forskel på forskellige planter. Der er eksempelvis kæmpe forskel på sukkerrør, der kan give helt op til 150 ton tørvægt pr. hektar, og switchgrass der måske giver 15.

»Hvis man kunne afkode de molekylære mekanismer, der forklarer, hvorfor der er så stor forskel på arterne, kunne man måske udvikle nogle planter, der kunne producere mere, « siger Henrik Vibe Scheller.

Han påpeger, at der selvfølgelig også skal bruges affald fra planteproduktion til produktionen af biobrændstof, men at man skal være opmærksom på ikke at fjerne al kulstof fra jorden. Han mener dog, at det er for optimistisk, at man kan dække 35 procent af USA's brændstofbehov med rester, som det ellers er blevet beregnet, for man kan næppe indsamle al planteaffaldet.

Herudover understreger han, at det også er nødvendigt at udvikle højtydende planter, der kan vokse på nogle marginale jorder, som ellers ikke ville blive dyrket, da der med den stigende verdensbefolkning vil komme pres på landbrugsarealerne. Det kræver blandt andet, at der bliver udviklet såkaldte stresstolerante planter, som eksempelvis kan klare sig uden ret meget vand og næring.

Forstår ikke GMO-modstand

Er der GMO med i tankerne, når du taler om at udvikle planter, der er nemmere nedbrydelige og mere stresstolerante?

»Der er meget GMO med i vores tanker. Vi kan kun forestille os at ændre på ligningen, så den er nemmere at nedbryde og sådan noget, ved at lave gensplejsede planter. Når man gerne vil kontrollere udbytte, stresstolerance osv., tror jeg, at man kan nå langt uden nødvendigvis at skulle lave GMO'er. Der kan også laves traditionel planteforædling, men hvor man også bruger molekylærbiologiske værktøjer til at analysere sine planter, gener og genudtryk. Men det er ikke så kontroversielt i USA om man bruger GMO. Jeg mener, at man skal bruge det, som virker bedst.«

Han har meget svært ved at forstå den europæiske modstand mod GMO, og han er bange for, at det kommer til at koste Europa, hvis der bliver udviklet planter med højere udbytte, som Europa ikke vil bruge. Men han har svært ved at se en ende på modstanden.

»Da vi begyndte at snakke om GMO for 20-25 år siden, og der var modstand mod det i Europa, tænkte vi, at det nok gik over, når man så, at det ikke var noget problem. Men nu har vi haft gensplejsede planter i rigtig mange år og der har ikke været nogen problemer med dem, og folk er stadig skeptiske, så nu ved jeg snart ikke om jeg tror på, at det nogensinde går over.«

Sukkerplatform er det rigtige

På JBEI arbejder de blandt andet også på at lave gær og bakterier, der kan producere mere avancerede brændstoffer end ethanol af sukker fra biomasse.

For mens andre forskere arbejder på at få planterne til direkte at producere de forskellige ønskede stoffer, tror Henrik Vibe Scheller mere på at gå via en sukkerplatform. Han har blandt andet svært ved at se, hvor planterne skulle ophobe stofferne henne og påpeger, at vi endnu ikke har redskaberne til at få planterne til at producere stofferne i store mængder. Men han understreger, at der bør forskes i flere forskellige retninger.

Dokumentation

En af JBEI's nyeste artikler i Nature
JBEI's årsrapport
JBEI

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

En interessant forskning, hvor hensynet til foder- eller fødevarekvalitet ingen rolle spiller, men alene den højst opnåelige bioproduktion. At sukkerrør har et enormt udbytte af tørstof/ha er velkendt, det har alle C4-planter. Skal udbyttet forøges yderligere må man se på mulighederne for at kunne udnytte et større spektrum til selve fotosyntesen så tørstofproduktionen maksimeres uden det kræver større vandforbrug.

Mvh. Per A. Hansen

  • 0
  • 0

Planterne kan producere 3 slags biomasse: • Sukkerstoffer • Planteolier • Cellulose og lignin

Sukkerstofferne kan direkte omdannes til bioethanol ved gæring. Planteolier kan presses ud af planten og så enten bruges direkte eller modificeres kemisk til biodiesel. Cellulose og lignin kan nedbrydes til sukkerstoffer med brug af enzymer og opvarmning og derefter gæres. Mængden af anvendeligt tørstof afhænger af hvad man går efter. Ved at udnytte både sukker, evt. olier, cellulose og lignin opnår man den maksimale udnyttelse af planten.

  • 0
  • 0

Lignin kan nu ikke nedbrydes til sukkerstoffer, men det har til gengæld en høj brændværdi.

Cellulose og stivelse kan, hvilket åbner mange muligheder. Bla. forgæring til ethanol. Det er derfor JBEI mfl taler om en "Sukkerplatform".

Andre arbejder med konceptet "biorafinaderier", hvor man forsøger at få mest muligt ud af hver enkelt af biomassens bestanddele sådan som du er inde på. Sukkerplatformen kan naturligvis indgå i et biorafinaderi.

@Per, C4 fotosyntese alene kan ikke forklare udbyttet fra sukkerrør selvom det helt sikkert er noget af forklaringen. En teori er, at den strategi sukkerrør bruger til oplagring af det glukose som dannes under fotosyntesen særlig gunstig. Hvis glukose ophobes i grønkornene, f.eks. ved højt solskin, bliver fotosyntesen reguleret ned. Omvendt er det ikke omkostningsfrit for planten at flytte glukosen rundt og modifcere den kemisk (f.eks. stivelsessyntese). Sukkerrørenes lidt specielle system med sukrose i rørene er åbenbart både "billigt" og effektivt.

  • 0
  • 0

Alt er stort i Amerika. Også deres bevillinger til at forske i en i øvrigt vigtig sag. Så det bliver spændende at se, hvad de får ud af det.

Mit synspunkt er (kald mig bare fagidiot), at det er langt mere effektivt at lave metan (via biogasanlæg) end etanol ud af biomassen. Og at den erkendelse derfor vil brede sig.

Brug af 'tomme kalorier' (dvs. typisk forskellige typer kulhydrat) som tilsætning til gyllebiogasanlæg åbner samtidig for en synergieffekt, dvs. større gasudbytte fra gyllen, end man kan få ved at udrådne gyllen alene. Se evt. side 12 her:

http://www.biopress.dk/PDF/FiB%20nr.%2030-...

Derfor er det blevet et spørgsmål af praktisk betydning, om det vil kunne forventes, at afgrøder, som dyrkes med biogasproduktion for øje, og som derfor skal indeholde mest muligt fordøjeligt kulhydrat og samtidig mindst mulig protein, kan produceres for lavere omkostninger pr. fordøjelig energienhed, end de typiske foderafgrøder, hvor proteinindholdet er prioriteret. Det er nærliggende at tro, at det forholder sig sådan. Men vi mangler at se det i praksis.

Med venlig hilsen Søren Tafdrup

  • 0
  • 0

Et ganske udmærket synspunt Søren. Det er ret smart at forbedre gylle afgasningen med egnet tilsætning, men der er formodentlig også en øvre grænse og en given mængde gylle.

Hvad der derover er af anvendeligt biomasse kan man så gære til DME og Ethanol. Jeg behøver ikke at nævne min favorit her, men understrege at alt hvad der kan anvendes, skal anvende i den rækkefølge som det koster at anvende dem.

Den billigste energifrembringer skal man selvfølgelig udnytte som første prioritet, til det den er velegnet til, og slutte med at anvende den dyreste der hvor ingen andre løsninger er.

Her mener jeg at vindkraft hovedsagligt skal omdannes til varme i hjemmene via radio styrede enheder der styres centralt, men sandeligt også via varmepumper i kraftvarmeværkerne, der er istand til at håndtere sådanne seriøst. Private varmepumper er i min optik alt for maski-mekanisk for de fleste.

  • 0
  • 0

Som jeg ser det har biogasprocessen den styrke at den kan omsætte det meste. Desværre er produktet ikke så værdifuldt som man kunne ønske sig.

Jeg tror derfor mest på at biogasprocessen skal bruges til om sætte resterne fra mere indbringende/nyttige processer. 2G Ethanol produktion med alm. gær giver nogle C5 sukre som biprodukt. Dem kunne man f.eks. lave gas på. De har dog også værdi som foder.

Men uanset hvad vil det jo være interessant om man kan peppe processen lidt op med en billig vegetabilsk tilsætning.

Dit link taler om "kulhydrat". Kan vi komme det nærmere? Er cellulose lige så godt som sukker? I så fald kunne elefantgræs (miscanthus) måske være noget.

  • 0
  • 0

Hej Claus,

Ja, cellulose er den mest oplagte kandidat. Aller mest oplagt i form af halm. Der mangler nu en eksperimentel dokumentation af simuleringerne. Mest oplagt dels med rent, fuldt nedbrydeligt cellulose, og dels parallelt med halm.

Mvh Søren

  • 0
  • 0

@Claus,

Sukkerrørenes lidt specielle system med sukrose i rørene er åbenbart både "billigt" og effektivt.

  • meget interessant, det må man kunne arbejde videre med indenfor GM-teknikken?

Mvh. Per A. Hansen

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten