Newly Uncovered Enzymes Turn Corn Plant Waste into Biofuel

TOMADO DE: Scientific American, http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=corn-biofuel-enzymes

Cellulose-loving fungi can cut biofuel costs by enabling existing corn ethanol plants to process cheaper, woody feedstocks such as corn stover

"Visualize three tons of moldy bread." It's not the most appealing image, perhaps, but it's a description of the moist mound of growth media tended by bioscientist Cliff Bradley and his partner, chemical engineer Bob Kearns at their biofuel facility in Butte, Mont., that could help cut ethanol costs at the fuel pump.

Selected soil fungi that eat cellulose—the hard-to-digest, structural component of woody plants—thrive on the big pile of putrefaction from which Bradley and Kearns harvest certain powerful enzymes. The special enzymes allow standard biofuel plants to produce ethanol at lower cost by replacing some of the high-priced corn (starch) they process with cheaper corn stover "waste"—the leaves, stalks, husks and cobs of the maize plant itself.

Replacing 35 percent of the corn (which goes for $4.28 a bushel) now used in a typical ethanol plant with inexpensive corn stover (at $65 per ton) could save a quarter on each a gallon of ethanol the facility produces, the researchers calculate. And that's before any blender's credit or tax benefits from government for processing cellulose. Bradley and Kearns say that the basic integrated starch–cellulose process also works for biofuels produced in Brazil where ethanol is distilled from sugarcane and bagasse, or highly cellulosic cane plant residue.

Supporting development of the promising new technology is Cupertino, Calif.–based AE Biofuels, which has constructed a commercial pilot facility in Butte, where the pair demonstrates their integrated fermentation technology to potential licensing customers. The patent pending process "can be a bridge to cellulosic ethanol," says Andy Foster, executive vice president at AE Biofuels. The use of cellulosic feedstocks effectively enables farmers and producers to squeeze more ethanol from each acre of farmland, he states.

AE Biofuels is one of several companies in the U.S. that is trying to jump-start progress toward greener biofuels made from nonfood feedstocks with high cellulose content. But most of the demonstration efforts have slowed or halted "since the banking meltdown which made it very tough to arrange capital," says biofuels expert George W. Huber, a chemical engineer at the University of Massachusetts Amherst. Despite last year's economic turmoil, however, new pilot cellulosic biofuel plants were opened by KL Energy, Verenium Corp., and POET, LLC, he notes.

For the past few decades, Bradley and Kearns—self-styled "industrial fermentation guys"—have focused on developing effective ways to raise hard-to-cultivate soil fungi that secrete the crucial enzymes. Unlike their competitors, they grow fungi on the moist surfaces of solid nutrient particles. Standard large-scale fermentation processes, in contrast, take place in water-filled tanks. "They put an organism in a tank where everything's in a water solution," Kearns explains, "and then they try to get enough oxygen in there to make the aerobic fungi happy." Rather than "trying to adapt the organism to a desired environment," the two researchers created an environment that suits the organism.

One of the pair's special enzymes readily degrades cellulose and another has the unique ability to break down corn starch at ambient temperatures, a talent that enables existing corn ethanol plants to incorporate cellulosic feedstocks into their standard starch fermentation processes. "The integrated process uses the same equipment, which is important now that capital financing is so hard to get," Bradley says.

Clean Diesel Comes of Age

TOMADO DE: Scientific American, http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=clean-diesel-comes-of-age

For decades, diesel trucks and buses have spewed large amounts of soot, smog-causing gases and carcinogens into the air.

But new diesel engines are more than 90 percent cleaner than a few years ago, far exceeding the emission reductions required by the U.S. Environmental Protection Agency, according to a new study released Thursday.

The quest to clean up diesels has been mounted for several decades, yet its progress has long lagged behind the success stories of car exhaust. But now tests--conducted by independent researchers funded by a coalition of government and industry--now show the diesel technologies are working even better than expected. Truck and bus engines are much cleaner than they are required to be under new federal standards, and for many pollutants, the latest models are emitting the same levels as gasoline-powered automobiles, the researchers said.

Ultra-fine particulates—the tiny pieces of soot that can lodge in lungs and cause respiratory and heart problems—were 99 percent lower in 2007-model trucks and buses than in 2004 models, and 89 percent lower than the amounts allowable under the EPA’s 2007 standards, according to the study.

Particulates have long been considered one of the most dangerous pollutants spewed by diesel engines. The fine particles from diesel can trigger asthma attacks, heart attacks, bronchitis and other serious ailments, and the EPA says they cause several thousand deaths each year.
Other important air pollutants—hydrocarbons, a major ingredient of smog—were 95 percent lower in the new diesels than the amounts required under EPA’s 2007 standards, according to the study. Carbon monoxide was 98 percent lower than required.

Daniel Greenbaum, president of the Health Effects Institute, a nonprofit research group that directed the study with another research group, said "likely a lot of lives will be saved once we get the older fleet replaced."

He said the new models of diesel trucks and buses emit the same levels of particulates as gasoline-powered vehicles. They are equipped “with essentially the same technology that is required in cars,” Greenbaum said.

The one major pollutant that still lags behind is nitrogen oxides, which react with hydrocarbons to cause ozone, or smog. It is particularly a problem in smoggy regions, such as the Los Angeles basin. For the new trucks and buses, levels of nitrogen oxides were 70 percent lower than in 2004, and 10 percent below current federal requirements. Another 80 percent reduction is required beginning in January.

The study was overseen by the Health Effects Institute, a Boston-based independent research group that has studied air pollution since 1980, and the Coordinating Research Council, a nonprofit research partnership between industry and government agencies. It was funded by the EPA, U.S. Dept. of Energy, the diesel and petroleum industries and the California Air Resources Board, but the tests were designed, administered and reported without their influence and using federal test procedures, according to the research teams.

Diesel engine manufacturers say the new data reinforces that “clean diesel” is a reality. They are nearly as low in emissions as engines powered by alternative fuels such as natural gas. “These findings underscore just how clean this new generation of fuels, engines and emissions control technology really is,” said Allen Schaeffer, executive director of the Diesel Technology Forum, which represents manufacturers of diesel engines, fuel and emissions systems.
It would take 60 of the new truck or bus models to emit the same soot as one of the old 1988 models, Schaeffer said. More than 360,000 of the new trucks and buses were purchased in the past two years, which he said will go a long way toward cleaning many cities’ air.

Cómo obtener agua del aire en el desierto?

TOMADO DE: Neofronteras, http://neofronteras.com/?p=2666

Desarrollan un sistema autosuficiente de producción de agua potable en el desierto a partir de la humedad ambiental.

Las plantas no crecen en el desierto porque no hay agua disponible en el suelo. Sin embargo, en ausencia de oasis, lagos o ríos hay siempre algo de agua en el aire. Un grupo de científicos estudia cómo extraer el preciado líquido de la humedad ambiental. El sistema que han desarrollado se basa completamente en fuentes de energía renovables y es, por tanto, autónomo.
El aire siempre tiene una humedad relativa, incluso en los más inhóspitos lugares. En el desierto del Negev israelí, por ejemplo, la humedad relativa promedio del aire es del 64%. Esto quiere decir que en un metro cúbico de aire hay 11,5 centímetro cúbicos de agua. Para obtener un litro del preciado líquido bastaría con extraer la humedad de unos 100 metros cúbicos de aire.
Científicos del Instituto Fraunhofer de Stuttgart trabajan junto a sus colegas de la compañía Logos Innovationen en una manera de convertir esa humedad ambiental de forma autónoma y descentralizada en agua potable.
El proceso que han desarrollado se basa exclusivamente en fuentes de energía renovables como la energía solar térmica y fotovoltaica, que hacen de este método un sistema completamente autónomo. Esto permite que pueda funcionar en regiones en las que no hay infraestructura eléctrica.
El proceso se basa en una disolución salina higroscópica que atrapa la humedad ambiental y que corre por una torre por donde circula aire. Esta disolución es almacenada en un tanque a varios metros sobre el suelo en el que se puede hacer el vacío y que es calentado por colectores solares.
Debido a la baja presión en el interior del tanque la temperatura de ebullición es muy inferior a los cien grados centígrados por lo que el calor procedente de los colectores solares es suficiente para evaporar el agua y separarla de las sales.
El efecto es similar a cuando los montañeros suben a una montaña muy alta, como allí la presión atmosférica es menor que a nivel de mar, el agua les hierve a más baja temperatura. De este modo en la cumbre del Everest la temperatura de ebullición del agua es de sólo 69 grados centígrados.
En este caso una vez producida la evaporación se condensa el vapor de agua obtenido y el agua líquida baja con ayuda de la gravedad sin necesidad de ser bombeada.
La disolución concentrada de sal que queda es usada en un nuevo ciclo para absorber la humedad ambiental.
Según los expertos que han desarrollado el sistema el concepto puede utilizar para crear instalaciones de distinto tamaño. Ya han desarrollado prototipos que han ensayado en el laboratorio. El próximo paso es desarrollar una instalación de demostración.

Las algas: un biocombustible de gran potencial

TOMADO DE: Weblogs, http://weblogs.madrimasd.org/energiasalternativas/archive/2007/10/01/74977.aspx

Las algas se componen de organismos acuáticos que capturan luz solar y el dióxido de carbono para hacer la foto-síntesis y así producir su energía, y además producir aceites vegetales que se pueden transformar en biodiesel. El rendimiento en producción de biodiesel con algas es unas 300 veces superior al que se alcanza con soja y unas 25 veces al que se consigue con palma. A ello hay que añadir el tiempo record de crecimiento de las algas que es solo de unos pocos días lo que contrasta con los tiempos de crecimiento mucho más largos de las plantas oleoginosas.

Cuando se comparan las productividades (m³ de aceite producidos por km² de superficie) las algas alcanzan rendimientos (m³ aceite producido por km² cultivado) de 10.000-20.000 m³/km², que resultan mucho más elevado que el alcanzado por la colza (120 m³/km²), la soja (40 m³/km²), la mostaza (130 m³/km²) y la palma (600 m³/km²).

Al contrario que la soja u otros cultivos usados para la producción de biocombustibles, las algas no necesitan extensos terrenos de cultivo ya que pueden crecer en casi cualquier espacio cerrado, y lo hacen de forma muy rápida, de este modo que podrían desarrollarse en tanque en cualquier localización. Se trata de una fuente de producción de energía en continuo, inagotable y no contaminante porque no moviliza carbono fósil, sino que utiliza el exceso de carbono (CO₂).

Ciertamente, no existen otros captadores de radiación solar más eficaces que estos organismos fotosintéticos. Además crecen rápidamente y se desarrollan en unos pocos días, algo que no sucede con el girasol, soja, mostaza y palma. Su cultivo automatizado en grandes bio-reactores resulta sencillo. Otros factores tales como la influencia del pH del medio en el que se desarrollan o las diferencias en la temperatura diurna y nocturna se están analizando en detalle con el objetivo de aumentar aún más su productividad.

La tecnología de extracción del bio-combustible es relativamente simple. Incluye una primera etapa de prensado con la que se extrae aproximadamente el 70% del aceite y una segunda con un disolvente orgánico se alcanza hasta el 99%, si bien esta última encarece el proceso. Dada la viscosidad elevada que alcanza el aceite virgen original puede utilizarse directamente en los motores diesel una vez que se han adaptado para operar con este combustible altamente viscoso.

Los triglicéridos que constituyen los aceites vegetales pueden igualmente transformarse en mono-ésteres y glicerina mediante la reacción de trans-esterificación con metanol. Las moléculas que componen el biodiesel resultantes de este último proceso tienen un menor peso molecular y su viscosidad es sustancialmente más baja con lo que puede usarse como combustible en los motores de compresión. Evidentemente, el biodiesel obtenido por cualquiera de las dos vías no contiene azufre, no es tóxico y, además, resulta fácilmente biodegradable.

Warmer Oceans, Stronger Hurricanes

TOMADO DE: Scientific American, http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=warmer-oceans-stronger-hurricanes

Evidence is mounting that global warming enhances a cyclone's damaging winds and flooding rains

The summer of 2004 seemed like a major wake-up call: an unprecedented four hurricaneshit Florida, and 10 typhoons made landfall in Japan—four more than the previous record in that region. Daunted, scientists offered conflicting explanations for the increase in these tropical cyclones and were especially divided about the role of global warming in the upsurge. Then Mother Nature unleashed a record-breaking 2005 season in the North Atlantic, capped by the devastating hurricanes Katrina and Rita. But in 2006, as insurance rates in the southeastern U.S. soared, the number of North Atlantic storms dropped well below predictions. If global warming was playing a role, why was the season so quiet?Careful analyses of weather patterns are yielding a consensus explanation for both the dramatic rises in 2004 and 2005, as well as the strangely tame 2006 season. Unfortunately, that explanation forebodes meteorological trouble over the long term.

Lightning-Fast Warnings
Storms could become more intense as the world warms. Researchers studying 58 hurricanes found that an increase in lightning tended to precede the strongest winds by a day. For instance, monitors tracking Hurricane Dennis in 2005 recorded a surge in lightning flashes—from 600 a day to 1,500—nearly 24 hours before wind speeds doubled and peaked at 150 miles per hour. The correlation, reported online April 6 in Nature Geoscience, needs more data before lightning can be considered a definitive predictor of storm intensity.

Hydrogen: Whatever Happened to Fuel Cell Progress?

TOMADO DE: Scientific American, http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=updates-jun09

Progress toward hydrogen-powered cars depends on less expensive but greater capacity fuel-cell systems [see “On the Road to Fuel-Cell Cars”; SciAm, March 2005]. Researchers have taken big steps on both the cost and storage challenges. A team from Quebec came up with a recipe that uses iron instead of expensive platinum to catalyze the electricity-making reaction of hydrogen and oxygen. The key was carbon structures containing microscopic pores, which were filled with iron to provide plenty of active sites for chemical reactions. The iron-based substance, described in the April 3 Science, produced catalytic activity within 10 percent of the best platinum versions and 35 times better than previous, nonprecious metal catalysts.

Pores are also driving the search for materials that can store hydrogen for delivery to fuel cells. A team from the University of Michigan at Ann Arbor says it has made a material that has a record-high surface area for holding gases. This hydrogen sponge consists of zinc oxide clusters linked by an organic material; one gram has the surface area of 5,000 square meters, nearly the size of a football field. Details of the substance, dubbed UMCM-2, appear in the April 1 Journal of the American Chemical Society.

El calentamiento global será peor de lo esperado

TOMADO DE: Neofronteras, http://neofronteras.com/?p=2534#more-2534

Según el modelo más reciente el calentamiento global podría ser mucho peor de lo calculado anteriormente.

Gráficos en los que se ilustra el calentamiento global en este siglo si se toman medidas para evitarlo (izquierda) o si no se toman (derecha) según el modelo climático del MIT. Foto: MIT Joint Program on the Science and Policy of Global Change.

El modelo más amplio hecho hasta ahora sobre el clima terrestre muestra que si no tomamos medidas inmediatas y drásticas el problema de calentamiento global será el doble de severo de lo calculado hace seis años, e incluso podría ser aún peor.
El estudio se basa en el modelo del IGSM (Integrated Global Systems Model) del MIT, que es una simulación computacional detallada que modela la actividad económica global y los procesos climáticos y que ha venido actualizándose desde la década de los noventa. En el nuevo estudio se realizaron 400 simulaciones con este modelo en las que se variaban los parámetros de entrada eligiéndose aquellas resultados que concordaban estadísticamente con la situación actual.
El modelo, al contrario que otros, se basa en las variaciones de la respuesta física del clima en sí mismo, en lugar de estimar las probabilidades de los diversos resultados. Además es el único que incluye interactivamente y en detalle los posibles cambios introducidos por la actividad humana como el desarrollo económico y el uso de la energía en distintos países. Predice, por tanto, los efectos de esta actividad humana sobre la atmósfera, los océanos y los sistemas biológicos.
La nueva proyección, publicada en la revista de la Sociedad Americana de Meteorológia, indica que la probabilidad de que la temperatura global promedio aumente 5,2 grados centígrados hacia final de siglo es del 90%, con una barra de error situada entre los 3,5 y 7,4 grados. Para hacernos una idea de lo que significa esto sólo hay que recordar que un aumento de 4 grados es ya peligrosísimo porque significa un aumento de 8 grados en las zonas polares, que son las regiones más sensibles al calentamiento.
En estudios anteriores la predicción era de 2,4 grados. La diferencia entre ambas se debe a varios factores en lugar de sólo a uno. Entre estas causas está la mejora en la económica de países que económicamente empiezan a ser importantes que produce un mayor aumento de las emisiones. Otra causa para esta diferencia en las predicciones se deben a que los datos climáticos tomados en el pasado estaban enmascarados por la actividad volcánica en el siglo XX que ayudó a enfría la Tierra. Además se sobreestimó la capacidad del océano de absorber dióxido de carbono atmosférico.
El gran problema en el sistema climático lo constituyen los ciclos de retroalimentación positiva que aumentan el calentamiento global, como la disminución de áreas blancas cubiertas por nieve o hielo que reflejen la luz solar o la liberación de metano por parte del permafrost ártico o por parte de los claratos marinos.
Los límites en la precisión de las predicciones de este modelo no depende tanto de la precisión de los datos actuales disponibles, sino de la capacidad de predecir la actividad humana futura. La única pega que otros expertos encuentran sobre esta nueva predicción es que los datos económicos están calibrados para 2008 y la economía no tiene por qué seguir ese mismo ritmo.
Obviamente la predicción se basa en una ausencia de políticas al respecto. Los científicos del MIT implicados en este estudio urgen la adopción de políticas agresivas que disminuyan las emisiones de gases de efecto invernadero, ya que el mundo debería de asumir este riesgo. Según ellos como los vehículos duran años y las centrales térmicas deécadas, es indispensable tomar medidas en la reducción de emisiones lo antes posible. Según este modelo, si se tomaran medidas enérgicas respecto a las emisiones, la temperatura hacia finales de siglo no se incrementaría por encima de 2,5 grados, que es precisamente la predicción de los modelos antiguos, como los difundidos por el IPCC.
Todo esto significa que el informe del IPCC, tan criticado por algunos por ser supuestamente alarmista, habría subestimado el problema y que su peor de los escenarios posibles sería ahora uno de los más optimistas posibles.
La visión pública de este problema ha sido siempre más optimista que la privada mantenida por los especialistas en el campo, que ha sido bastante más pesimista.