Som en förnybar resurs, biomassa är ett tilltalande alternativ till fossila bränslen för energiproduktion. Brinnande växter, dock, är inte en helt ren process; det ger utsläpp som varierar beroende på vilken art som används, förbränningsförhållandena, och luftföroreningskontrollerna.

För att förstå en komponent i dessa utsläpp, en internationell, multidisciplinärt team ledd av University of Pennsylvania mineraloger använde mycket känslig mikroskopi för att studera fytoliter, små avlagringar av mineraler som innehåller kisel eller kalcium som finns i vissa växter. Dessa kemiska element absorberas från jorden tillsammans med andra näringsämnen. Fytoliterna ger växterna styrka och struktur och är vanliga i vissa växtfamiljer som vanligtvis används för biobränsle, såsom gräs.

Rapporterar in Industrigrödor och produkter , forskarna fann att fytoliter finns kvar efter att växter har bränts i en förbränningsanläggning för biobränsle men i partikelstorlekar som är tillräckligt stora för att de sannolikt inte utgör en hälsorisk. Men eftersom fytoliter kan minska effektiviteten av energiomvandling, kraftverk måste inkludera dem i sin verksamhet, laget noterar. Å andra sidan, den fytolithaltiga askan som härrör från förbränning skulle kunna säljas för användning i cementproduktion eller som gödningsmedel.

"Det här är ett intressant ämne eftersom förbränning av biomassa kan ha många fördelar men också några oavsiktliga konsekvenser, säger Reto Gieré, en miljöforskare vid Penn och senior författare på studien. "Vi måste tänka på sådana konsekvenser när vi vill tillämpa dessa metoder i stor skala."

Känt som skelettet av växter, fytoliter studeras mestadels inom arkeologiområdet; bevarade fytoliter från gamla växter berättar paleobotanister om förhistoriska ekosystem och jordbruksgrödor. Men dessa rester visar sig nu vara intressanta för ingenjörer, geologer, och kemister som studerar fytoliternas roll under förbränning av biomassa och deras potentiella miljöpåverkan.

Gieré och Ruggero Vigliaturo, en postdoktor i Gierés labb med expertis inom elektronmikroskopi som är den första författaren till studien, samarbetade med ingenjörer, apotek, och miljöforskare i Frankrike, Tyskland, och USA för att noggrant undersöka de fytoliter som finns i en snabbväxande växtart som vanligtvis används i biobränsleverksamhet: Miscanthus sinensis , eller kinesiskt silvergräs.

Forskarna extraherade fytoliter från prover av torkat gräs och från materialet som samlats in i ett biomassakraftverks cyklon, en luftföroreningskontrollanordning. Använder både optisk och svepelektronmikroskopi, forskarna observerade fytoliter i såväl råvaran som i flygaskan som samlats in från kraftverkets cyklon. Fluorescens optisk mikroskopi var särskilt väl lämpad för att särskilja strukturen hos fytoliterna, de hittade.

Kemiska analyser visade att Miscanthus-fytoliterna huvudsakligen bestod av kiseldioxid, som, vid inandning, har kopplats till andningsproblem.

"Dock, själva fytoliterna är faktiskt ganska stora, säger Gieré, "och för stor för att gå djupt ner i våra lungor."

Eftersom fytoliterna själva inte förbränns i kraftverk, de minskar verksamhetens totala effektivitet och kan täppa till rökgaskanalerna med partiklar, konstaterar forskarna.

Ändå är fytoliterna inte alla dåliga. De tillhandahåller nödvändiga mineraler till växter, och därmed kan askrester från biomassaförbränning användas som gödningsmedel. Och precis som kolaska används som bindemedel i cementproduktion, den fytolithaltiga askan kan också hitta en andra användning i den industrin, som är ökänt för sitt bidrag till globala koldioxidutsläpp. Användningen av biomassaaska skulle minska koldioxidavtrycket från cementproduktion.

Dessutom, Miscanthus sinensis verkar ta upp anmärkningsvärda mängder zink och kadmium när det växer, fann forskarna. Om den planteras på mark som är förorenad med dessa metaller, grödan kunde sanera marken.

"Då kunde vi skörda skörden, bränn det för energi, och om vi hittar rätt mekanism, återvinna zinken och kadmiumet från askan, som sedan kan användas som sekundär råvara i cementindustrin, " säger Gieré.

Som nästa steg, forskarna hoppas kunna använda transmissionselektronmikroskopi för att få ännu finare data om sammansättningen och strukturen av fytoliter i ett givet prov av aska, information som skulle kunna hjälpa biomassakraftverk att skräddarsy sina luftföroreningskontroller och bränsletillförsel därefter.

Och eftersom varje växtart har en annan fytolitprofil, var och en måste studeras självständigt. Forskarna påbörjar en studie av risfytoliter, eftersom risstjälkarna som finns kvar efter skörd kan vara en värdefull källa till biobränsle.

"Det mesta rishalmen bränns för närvarande på fältet, " säger Gieré. "Kontrollerad förbränning av rishalm, dock, är en potentiell användning för det som nu är en avfallsprodukt. Det skulle också eliminera ett enormt problem i Sydostasien eftersom disen från de okontrollerade risfältsbränderna resulterar i enorma föroreningar som har en stor inverkan på miljontals människor."