أشجار الحور الصغيرة هى مستقبل الوقود الحيوي

في السعي لإنتاج الوقود الحيوي بأسعار معقولة، تعتبر أشجار الحور هي واحدة من أفضل الرهانات، حيث أن الأشجار وفيرة وسريعة النمو وقابلة للتكيف مع العديد من التضاريس والخشب يمكن أن يتحول إلى المواد المستخدمة في الوقود الحيوي والمواد الكيميائية عالية القيمة التي نعتمد علىها حياتنا اليومية. ولكن حتى في الوقت الذي يختبر فيه الباحثون إمكانية تحويل أشجار الحور إلى مكونات عديدة بدءاً من الإيثانول والمواد الكيميائية المستخدمة في مستحضرات التجميل والمنظفات، لم يتم بعد إنجاز معالجة على نطاق تجاري للحور. ويرجع ذلك أساساً إلى أن تكاليف الإنتاج لا تزال غير تنافسية مع السعر الحالي للنفط.

حصد الباحثون أشجار الحور تقريبا بنفس الحجم الموضح في هذه الصورة.

يحاول فريق من جامعة واشنطن جعل الحور منافس حيوى عن طريق اختبار إنتاج أشجار الحور الأصغر سناً التي يمكن حصادها بشكل متعاقب على فترات قصيرة (بعد سنتين أو ثلاث سنوات فقط) بدلا من دورته المعتادة (من 10 - 20 عاماً). تقارن هذه الأشجار الشابة بالأشجار البالغة التى نمت خلال دورة النمو المعتادة. وتزرع بشكل متكاثف ثم تحش بعد 2-3 سنوات مع ترك "قرمة stump " تنمو منها الفروع على بعد كل حصاد، وذلك باستخدام نفس النظم المجموع الجذرى لمدة تصل إلى 20 عاماً. وتسمى هذه الطريقة ""coppicing.

فريق الباحثين هو أول من حاول تحويل الشجرة الشابة بأكملها (بما في ذلك الأوراق واللحاء والسيقان) لإنتاج الوقود الحيوي والإيثانول باستخدام عمليتين منفصلتين. النتائج التي نشرت فى يونيو 2017 في كل من دورية Sustainable Chemistry & Engineering ودورية Biotechnology for Biofuels تشير إلى مستقبل واعد لاستخدام حشات أشجار الحور لاستخراج الوقود الحيوي. وقال الباحث الرئيسي لكلتا الدراستين تشانج دو "أثبتت أبحاثنا أن حشات الحور يمكن أن يكون خياراً جيداً لتحقيق المعايير العالية الحجم للمواد الأولية للوقود الحيوي وبسعر زهيد. إن النتائج التي توصلنا إليها هامة بالنسبة لصناعة الوقود الحيوي في المستقبل، والهدف النهائي هو جعل الوقود الحيوي من الحور الخشبي خطوة أقرب إلى المضخة".

وكانت الرقائق الخشبية من الحور الناضج للأشجار كاملة النمو محور معظم البحوث السابقة، وذلك أساساً لأن الأجزاء الخشبية تحتوي على أعلى تركيز من السكر، وهو أمر مهم لصنع الإيثانول والمواد الكيميائية. وتظهر الدراسات السابقة أن الحشائش الخشبية الحرجية هي مصدر حيوي للوقود الحيوي، ولكن التكاليف لا تزال غير مرضية، خاصة وأن الأشجار تقطع مرة واحدة كل 10 سنوات. بالإضافة إلى ذلك، الأجزاء الأخرى للشجرة تلقى مع النفايات حيث يستخدم الجذع فقط، مما يجعل العملية قليلة الكفاءة وتهدر هذا المورد الخشبى. لذلك، إذا تم زراعة أشجار الحور على مسافات ضيقة وقريبة من بعضها البعض مثل المحاصيل الزراعية، وتم حصاد الأشجار بأكملها في دورة أسرع بكثير من الدورة المعتادة، فإنه يمكن أن يكون منطقيا من منظور التكلفة الحصول على عائد إستثمارى خلال فترة قصيرة ويكون هذا أكثر جاذبية للمزارعين.

بالرغم من وجود الحوافز البيئية لإنتاج الوقود الحيوى والمواد الكيميائية من الموارد المتجددة، ولكن الكمية المنتجة حالياً لاتكفي للتنافس مع انخفاض أسعار النفط، وهذه هي المشكلة.

هذا المشروع، يهدف إلى وضع الأساس للوقود الحيوي والصناعات الحيوية القائمة على أساس المواد الخام الحور بشمال غرب المحيط الهادئ. تم زراعة الأشجار في جيفرسون بولاية أوريجون (وهي واحدة من مواقع الدراسة الأربعة) في صفوف قريبة من بعضها البعض في ربيع عام 2012 وحصدت بعد أقل من عامين قبل تساقط الأوراق فى الخريف.

وقد اختبر فريق أو لأول مرة ما إذا كان يمكن تحويل أشجار الحور الصغيرة بالكامل إلى سكر عن طريق عملية تستخدم درجة حرارة عالية وضغط وإنزيمات لتكسير المادة الخشبية إلى سكر. من هنا فمن الممكن إنتاج الإيثانول وحامض الخليك وحامض اللاكتيك والمواد الكيميائية الأخرى ذات القيمة العالية عن طريق تخمير هذا السكر. بعد معالجة الأشجار المقطوعة، وجد الباحثون أن الأوراق كانت ضعيفة الأداء حيث انخفض محتواها من السكر الكلي، ليس فقط لأن الأوراق منخفضة المحتوى بشكل طبيعي من السكر، ولكنها تحتوي أيضا على مواد كيميائية أخرى تعرقل عملية تكوين السكر. لذلك عند تطبيقها على النطاق التجاري، يجب إزالة الأوراق واستخدامها لأغراض أخرى مثل العلف الحيوانى.

واختبروا أيضا أشجار الحور باستخدام عملية تحويل أخرى تستخدم حرارة أعلى بكثير (أكثر من 500 درجة مئوية) لتحويل المادة الخشبية للشجرة مباشرة إلى الوقود الحيوي في عملية تسمى "الانحلال الحراري pyrolysis". ويجري البحث حاليا لتحويل هذا الزيت البني الداكن إلى وقود للمركبات نقل يشبه البنزين أو الديزل.

في التجربة، وجد الباحثون أن عدم فصل الأوراق عن الخشب لم يحدث فرقاً كبيراً في نوعية الوقود الحيوي الناتجة. لذلك عند تطبيق هذه النتائج على النطاق التجارى، يمكن للمنتجين توفير الوقت في نهاية المطاف والمال من خلال عدم فصل الأوراق عن الفروع للحصول على نوعية وقود مماثلة ويمكن فى المستقبل إنتاج الوقود الحيوى من أشجار الحور بكلا الأسلوبين.

باستخدام طريقة القطع هذه، من الممكن حصاد الأشجار كل سنتين لمدة تصل إلى 20 عاما بدون الجهد الإضافي المبذول وتكلفة إقتلاع الجذور، وإعداد التربة وزراعة أشجار جديدة مطلوبة في أنظمة الزراعة المعتادة. حالياً، تستمر الأبحاث بغرض تنمية الحور للحصول على خدمات النظم الإيكولوجية النقدية. في المستقبل، يأمل الباحثون فى الوصول لصناعة قائمة على أساس حيوي من شأنها أن توفر فوائد بيئية متعددة، وتنشط المجتمعات الريفية وسوف تكون بمثابة جسر إلى صناعة متقدمة بشكل كامل للوقود الحيوي.