I strävan efter att producera prisvärda biobränslen, poppelträd är en av Pacific Northwest bästa satsningar - träden är rikliga, snabbt växande, anpassningsbar till många terräng och deras trä kan omvandlas till ämnen som används i biobränsle och högvärdiga kemikalier som vi litar på i våra dagliga liv.

Men även när forskare testar popplarnas potential att utvecklas till allt från etanol till kemikalier i kosmetika och tvättmedel, en bearbetningsanläggning i kommersiell skala för popplar har ännu inte uppnåtts. Detta beror främst på att produktionskostnaderna fortfarande inte är konkurrenskraftiga med det nuvarande oljepriset.

Ett team från University of Washington försöker göra poppel till en livskraftig konkurrent genom att testa produktionen av yngre poppelträd som kunde skördas oftare- efter bara två eller tre år- istället för den vanliga 10- till 20-åriga cykeln. Dessa träd, i huvudsak ungdomar jämfört med fullvuxna vuxna, planteras närmare varandra och skärs på ett sådant sätt att fler grenar växer upp från stubben efter varje skörd, använder samma rotsystem i upp till 20 år. Denna metod kallas "coppicing, "och träden är kända som poppellopp.

Teamet är det första som försöker konvertera hela det unga trädet - inklusive löv, bark och stjälkar - till bioolja, en biologiskt härledd oljeprodukt, och etanol med användning av två separata processer. Deras resultat, publicerades i sommar i två artiklar - en i ACS Sustainable Chemistry &Engineering och den andra i Bioteknik för biobränslen —Pekar på en lovande framtid för att använda poppellopp för biobränsle.

"Vår forskning visade att poppellopp kan vara ett bra alternativ för att möta de billiga, höga volymkriterier för råmaterial för biobränsle, "sa huvudförfattaren Chang Dou på båda tidningarna, en doktorand i UW:s program för bioresursvetenskap och teknik. "Våra resultat är viktiga för den framtida biobränsleindustrin, och det slutgiltiga målet är att göra biobränsle från poppelkoppar ett steg närmare pumpen. "

Populärflis från äldre träd har varit i fokus för de flesta undersökningar, främst för att trädelar innehåller den högsta koncentrationen av socker, vilket är viktigt för att tillverka etanol och kemikalier. Tidigare studier visar att poppelflis är en livskraftig biobränslekälla, men kostnaderna ritar fortfarande inte ut, särskilt eftersom träd huggs bara en gång vart tionde plus år. Dessutom, andra träddelar går till spillo när endast stammen används, vilket gör processen mer ineffektiv och slösaktig.

Dock, om poppel planterades nära varandra som en jordbruksgröda, och hela träd skördades på en mycket snabbare cykel, det kan vara meningsfullt ur ett kostnadsperspektiv och erbjuda en kort avkastning på investeringen - och vara mer attraktiv för bönderna.

Alternativa bränslen måste vara ekonomiskt meningsfulla, forskarna betonar, för att biobränslen ska göra ett stick på den petroleumdrivna marknaden.

"Vi har miljöincitament för att producera bränslen och kemikalier från förnybara resurser, men just nu, de räcker inte för att konkurrera med låga oljepriser. Det är problemet, "sa Renata Bura, en UW -docent vid School of Environmental and Forest Sciences och seniorförfattaren.

Buras forskning är en del av projektet Advanced Hardwood Biofuels Northwest som finansieras av U.S. Department of Agriculture National Institute of Food and Agriculture. Projektet, regisserad av UW -professor Rick Gustafson, är ett konsortium av universitet och industrier som leds av UW vars mål är att lägga grunden för en biobränsle och biobaserad industri i Stillahavsområdet baserad på poppelråvara. För denna studie, träd i Jefferson, Oregon - en av de fyra studieplatserna - planterades i rader nära varandra våren 2012 och skördades mindre än två år senare innan bladen hade fallit.

UW -teamet testade först om hela unga poppelträd kunde omvandlas till socker genom en process som använder hög temperatur, tryck och enzymer för att bryta ner trämaterialen till socker. Därifrån, det är möjligt att göra etanol, ättiksyra, mjölksyra och andra värdefulla kemikalier genom att jäsa sockret.

Efter bearbetning av träden, forskarna fann att löv är dåliga prestanda och sänkte den totala sockerproduktionen, inte bara för att löven är naturligt låg i socker, men de innehåller också andra kemikalier som hindrar sockerfrisättande processen. Vid uppskalning till en kommersiell verksamhet, löv bör tas bort och kan användas för andra ändamål, som foder för djur.

De testade också hela poppelträd från samma tomt i en annan omvandlingsprocess som använder mycket högre värme - upp till 500 grader Celsius - för att omvandla trädmaterialen direkt till bioolja i en process som kallas "pyrolys". Forskning pågår för att omvandla denna mörkbruna olja till ett transportbränsle som liknar bensin eller diesel.

I experimentet, forskarna fann att inkludering av löv inte gjorde någon stor skillnad för kvaliteten på den resulterande biooljan. Vid skalning, producenter kan i slutändan spara tid och pengar genom att inte skilja löv från grenar för att uppnå olja av liknande kvalitet.

Framtidens poppelproduktionsanläggningar kan utnyttja båda metoderna, vägningsfaktorer som den nuvarande materialkostnaden eller dollarvärdet för de produkter som görs för att avgöra vilken metod som ger mer ekonomisk mening, Dou förklarade.

De unga popplarna som användes i studien har liknande egenskaper som skott som skulle sprida sig från en stubbe i en verklig koppningsoperation. Med den skärmetoden, det är möjligt att skörda träd vartannat år i upp till 20 år utan extra ansträngning och kostnad för att dra upp rötter, förbereda jorden och plantera nya träd som krävs i vanliga planeringsregimer.

I sista hand, forskarna säger att coppice poppel sannolikt är den bästa balansen mellan kostnad och tillförlitlighet för Pacific Northwest odlare att producera biobränsle.

"För närvarande, vi tittar på hur vi kan odla poppel för intäktsgenererande ekosystemtjänster, "Sa Bura." I framtiden, vi tänker oss en biobaserad industri som kommer att ge flera miljöfördelar, kommer att stärka landsbygden och fungera som en bro till en fullt utvecklad biobränsleindustri. "