Nella ricerca di produrre biocarburanti a prezzi accessibili, gli alberi di pioppo sono una delle migliori scommesse del nord-ovest del Pacifico:gli alberi sono abbondanti, in rapida crescita, adattabili a molti terreni e il loro legno può essere trasformato in sostanze utilizzate in biocarburanti e sostanze chimiche di alto valore su cui facciamo affidamento nella nostra vita quotidiana.

Ma anche se i ricercatori testano il potenziale dei pioppi di trasformarsi in qualsiasi cosa, dall'etanolo alle sostanze chimiche nei cosmetici e nei detersivi, deve ancora essere realizzato un impianto di lavorazione su scala commerciale per i pioppi. Ciò è dovuto principalmente al fatto che i costi di produzione non sono ancora competitivi con l'attuale prezzo del petrolio.

Un team dell'Università di Washington sta cercando di rendere il pioppo un valido concorrente testando la produzione di pioppi più giovani che potrebbero essere raccolti più frequentemente, dopo solo due o tre anni, invece del solito ciclo di 10-20 anni. Questi alberi, essenzialmente giovani rispetto agli adulti completamente cresciuti, sono piantati più vicini e tagliati in modo tale che più rami germoglino dal ceppo dopo ogni raccolto, utilizzando gli stessi sistemi di root per un massimo di 20 anni. Questo metodo è chiamato "coppicing, " e gli alberi sono conosciuti come ceduo di pioppo.

Il team è il primo a provare a convertire l'intero albero giovane, comprese le foglie, corteccia e steli—in olio biologico, un prodotto petrolifero di origine biologica, ed etanolo utilizzando due processi separati. I loro risultati, pubblicato questa estate in due articoli:uno in ACS Sustainable Chemistry &Engineering e l'altro in Biotecnologie per i biocarburanti —indicare un futuro promettente per l'utilizzo del ceduo di pioppo per i biocarburanti.

"La nostra ricerca ha dimostrato che il ceduo di pioppo può essere una buona opzione per soddisfare le esigenze economiche, criteri ad alto volume di materie prime per biocarburanti, " ha detto l'autore principale Chang Dou su entrambi i documenti, uno studente di dottorato nel programma di scienze e ingegneria delle risorse biologiche dell'UW. "I nostri risultati sono significativi per la futura industria dei biocarburanti, e l'obiettivo finale è rendere il biocarburante del ceduo di pioppo un passo più vicino alla pompa".

I trucioli di pioppo degli alberi più vecchi sono stati al centro della maggior parte delle ricerche, principalmente perché le parti in legno contengono la più alta concentrazione di zucchero, che è importante per produrre etanolo e sostanze chimiche. Studi precedenti hanno dimostrato che i trucioli di pioppo sono una valida fonte di biocarburante, ma i costi ancora non si estinguono, soprattutto perché gli alberi vengono tagliati solo una volta ogni 10 e più anni. Inoltre, altre parti dell'albero vanno sprecate quando si usa solo il tronco, rendendo il processo più inefficiente e dispendioso.

Però, se il pioppo fosse piantato vicini come un raccolto agricolo, e interi alberi sono stati raccolti con un ciclo molto più rapido, potrebbe avere senso dal punto di vista dei costi e offrire un breve ritorno sull'investimento ed essere più attraente per gli agricoltori.

I combustibili alternativi devono avere un senso economico, sottolineano i ricercatori, per i biocarburanti per intaccare il mercato guidato dal petrolio.

"Abbiamo gli incentivi ambientali per produrre combustibili e prodotti chimici da risorse rinnovabili, ma in questo momento, non sono sufficienti per competere con i bassi prezzi del petrolio. Questo è il problema, " disse Renata Bura, un professore associato UW presso la School of Environmental and Forest Sciences e l'autore senior.

La ricerca di Bura fa parte del progetto Advanced Hardwood Biofuels Northwest finanziato dal National Institute of Food and Agriculture del Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti. Il progetto, diretto dal professore UW Rick Gustafson, è un consorzio di università e industrie guidato dall'UW il cui obiettivo è gettare le basi per un biocarburante del Pacifico nord-occidentale e un'industria a base biologica basata sulla materia prima del pioppo. Per questo studio, alberi a Jefferson, L'Oregon, uno dei quattro siti di studio, è stato piantato in file ravvicinate nella primavera del 2012 e raccolto meno di due anni dopo, prima che le foglie cadessero.

Il team di UW ha prima testato se interi giovani pioppi potessero essere convertiti in zucchero mediante un processo che utilizza l'alta temperatura, pressione ed enzimi per abbattere i materiali di legno in zucchero. Da li, è possibile produrre etanolo, acido acetico, acido lattico e altre sostanze chimiche preziose facendo fermentare lo zucchero.

Dopo aver lavorato gli alberi, i ricercatori hanno scoperto che le foglie hanno prestazioni scadenti e hanno ridotto la produzione complessiva di zucchero, non solo perché le foglie sono naturalmente povere di zucchero, ma contengono anche altre sostanze chimiche che impediscono il processo di rilascio dello zucchero. Quando ridimensionato a un'operazione commerciale, le foglie devono essere rimosse e possono essere utilizzate per altri scopi, come mangimi per animali.

Hanno anche testato interi pioppi dello stesso appezzamento in un altro processo di conversione che utilizza un calore molto più elevato, fino a 500 gradi Celsius, per trasformare i materiali dell'albero direttamente in bioolio in un processo chiamato "pirolisi". Sono in corso ricerche per convertire questo olio marrone scuro in un carburante per il trasporto simile alla benzina o al diesel.

Nell'esperimento, i ricercatori hanno scoperto che l'inclusione delle foglie non ha fatto una grande differenza per la qualità dell'olio biologico risultante. Quando ingrandito, i produttori potrebbero in definitiva risparmiare tempo e denaro non separando le foglie dai rami per ottenere un olio di qualità simile.

I futuri impianti di produzione del pioppo potrebbero sfruttare entrambi i metodi, fattori di pesatura come il costo attuale dei materiali o il valore in dollari dei prodotti realizzati per determinare quale metodo ha più senso dal punto di vista finanziario, Ha spiegato.

I giovani pioppi utilizzati nello studio hanno proprietà simili ai germogli che germoglierebbero da un ceppo in una vera operazione di ceduazione. Usando quel metodo di taglio, è possibile raccogliere alberi ogni due anni per un massimo di 20 anni senza lo sforzo e il costo aggiuntivi di estirpare le radici, preparare il terreno e piantare nuovi alberi che è richiesto nei normali regimi di impianto.

In definitiva, i ricercatori affermano che il pioppo ceduo è probabilmente il miglior equilibrio tra costo e affidabilità per i coltivatori del Pacifico nord-occidentale per la produzione di biocarburante.

"Attualmente, stiamo esaminando come possiamo coltivare il pioppo per i servizi ecosistemici monetizzati, " Bura ha detto. "In futuro, immaginiamo un'industria a base biologica che fornirà molteplici vantaggi ambientali, rinvigorirà le comunità rurali e fungerà da ponte verso un'industria dei biocarburanti pienamente sviluppata".