Bioenergia amb captura i emmagatzematge de carboni a través d’arbres i d’herbes resistents a sequeres (Agronomia mediterrània, 44/2019)

Els biocombustibles són considerats genèricament una alternativa als combustibles fòssils. Tots dos tenen origen biològic, però els primers s’originen de biomassa actual, i per tant, en principi, tenen una petjada de carboni inferior (el CO2 que introdueixen a l’atmosfera deriva de CO2 captat contemporàniament). D’aquesta manera, els cultius bioenergètics són considerats dins del ventall d’estratègies de mitigació del canvi climàtic antropogènic associat a l’ús de combustibles fòssils. No obstant, en l’anàlisi de la petjada de carboni entren altres factors, i així apareix l’acrònim BECCS (bioenergia amb captura i emmagatzematge de carboni) com la forma ideal de mitigació a través dels biocombustibles. Els cultius bioenergètics no tan sols forneixen biocombustibles sinó que també suposen una biomassa destinada a l’obtenció de calor i energia. La professora Gail Taylor encapçala una revisió a Annals of Botany sobre el desenvolupament de cultius lignocel·lulòsics no-alimentaris i de creixement ràpid destinats a la producció de bioenergia. Entre els gèneres que contemplen hi ha arbres (Populus, Salix) i herbes (Arundo, Miscanthus, Panicum, Sorghum). Moltes de les espècies proposades no es cultiven, però això és un avantatge si pensem en el risc que comporta la pressió dels cultius bioenergètics sobre els cultius alimentaris. Taylor et al. pensen que els cultius bioenergètics s’haurien de plantar en terres marginals que no siguin necessàries per a la producció alimentària, o que no s’hi puguin aprofitar amb aquesta finalitat. Entre els coautors d’aquest article hi ha Jaume Flexas, del Grup de biologia de les plantes sota condicions mediterrànies, de la UIB, i en pensar en terres marginals assenyalen específicament les zones sotmeses a un estrès hídric moderat. Taylor et al. defineixen, doncs, un ideotip de tolerància a la sequera, que generi biomassa en condicions de sequera. L’ideotip és integrat per un conjunt de trets que Taylor et al. proposen investigar genòmicament bé en plantacions experimentals o en poblacions naturals. El desenvolupament de la genòmica vegetal fa que l’obstacle d’aquesta recerca ja no sigui el genotipat sinó el fenotipat. Un bon coneixement de les relacions entre genotips i fenotips, combinat amb les tècniques emergents d’edició genòmica, podria ajudar a un ràpid desplegament de cultius bioenergètics per a zones semiàrides o àrides avui incultes.

La biomassa com a alternativa als combustibles fòssils

Gail Taylor és professora a temps parcial a la School of Biological Sciences de la University of Southampton i al Department of Plant Sciences de la University of California at Davis. Han col·laborat amb ella en aquest article Iain Donnison (de l’Institute of Biological, Environmental and Rural Sciences de l’Aberystwyth University), Donal Murphy-Bokern (de Kroge-Ehrendorf), Michele Morgante (del Departament de Ciències Agrícoles i Ambientals de la Universitat d’Udin), Marie-Beatrice Bogeat-Triboulot (de la Université de Lorraine, a Nancy), Rishikesh P. Bhalerao (del Departament de Genètica Forestal i Fisiologia Vegetal de la Universitat Sueca de Ciències Agrícoles a Umea), Magnus Hertzberg (de SweTree), Andrea Polle (del Departament de Botànica Forestal i Fisiologia d’Arbres de la Universitat de Göttingen), Antoine Harfouche (del Departament d’Innovació en Sistemes Biològics, Agroalimentaris i Forestals de la Universitat de Tuscia, a Viterbo), Franco Alasia (de Savigliano), Vassiliki Petoussi (del Departament de Sociologia de la Universitat de Creta, a Rethymno), Daniele Trebbi (de Geneticlab, a Pordenone), Jürgen Schwarz (del Julius Kühn-Institut, de Braunschweig), Joost Keurentjes (del Laboratori de Genètica de la Universitat de Wageningen), Mauro Centritto (de l’Institut d’Arbres i Fusta de Sesto Fiorentino), Bernard Genty (de la Universitat d’Ais-Marselha), Jaume Flexas Sans (del Grup de recerca en biologia de les plantes sota condicions mediterrànies, de la Universitat de les Illes Balears, a Palma), Erwin Grill (de la Lehrstuhl für Botanik de la Technische Universitat München, a Freising), Silvio Salvi (del Departament de Ciències Agrícoles i Alimentària de la Universitat de Bolònia) i Bill Davies (del Lancaster Environment Centre, de la Lancaster University).

Taylor et al. contemplen l’ús de la biomassa com a font energètic com quelcom necessari per a un futur amb baixa petjada de carboni de les activitats humanes. La bioenergia amb captura i emmagatzematge de carboni tindria un rol central en mitigar l’augment atmosfèric de CO2. En els escenaris més ambiciosos ajudaria a fer que en la segona meitat del segle XXI les emissions antropogèniques de CO2 fossin nul·les o, fins i tot, negatives. Ara com ara pot semblar poc creïble un escenari de tecnologies d’emissions negatives, però aquest teòricament hauria d’ésser el resultat d’una combinació de reforestació, l’ús de biocarbonet, la captura i segrest directe de carboni atmosfèric, la meteorització estimulada de minerals, el segrest de carboni del sòl i de bioenergia amb captura i segrest de carboni. De totes aquestes tecnologies, les de major potencial de mitigació de l’escalfament global són les de segrest de carboni. En un escenari d’emissió zero, la bioenergia sostenible hauria de fornir un percentatge notable del consum energètic.

La primera generació de biocombustibles consisteix en cultius de panís, colza, canya de sucre, etc. El problema d’aquests cultius és el fet que substitueixen cultius alimentaris. En la segona generació es contemplen cultius cel·lulòsics no-alimentaris, bé herbacis (Miscanthus) o arboris (Populus). En la tercera generació figuren cultius algals, que ara com ara són prohibitius per l’elevat cost de les collites.

“Miscanthus sinensis”

Els cultius cel·lulòsics amb enfocament bioenergètica poden utilitzar-se per a la producció d’electricitat, de biocombustibles líquids i gasosos i de gas hidrogen. Alhora, també poden servir de matèria primera per a la producció de substàncies químiques, en analogia a la indústria petroquímica.

Per tal que els cultius bioenergètics tinguin un rol en les properes dècades, hom calcula que hi caldria destinar centenars de milions d’hectàrees (amb un rendiment de 10 tones de biomassa per hectàrea i any). Això no hauria d’interferir ni amb les necessitats alimentàries ni tampoc amb les estratègies de reforestació. D’altra banda, cal incloure en el còmput les necessitats d’irrigació d’aquests cultius.

Taylor et al. consideren que els rendiments dels cultiu bioenergètics poden augmentar amb l’aplicació de tècniques d’edició genètica, de selecció genòmica, d’agricultura de precisió i d’agroecologia. Això limitaria les necessitats de sòl per a la mateixa producció energètica, però també cal minimitzar les necessitats de fertilitzants i d’aigua.

Collites bioenergètiques en ambients eixuts

L’aigua és, al capdavall, la variable ambiental més limitant del creixement de cultius. Si hom vol minimitzar l’impacte dels cultius bioenergètics en l’ús de terra cultivable, caldria utilitzar-hi “terres marginals”, és a dir les terres més exposades a condicions d’eixutesa.

La base genotípica de la tolerància a la sequera és objecte d’una intensa investigació en una diversitat d’espècies vegetals. Entre els trets que han rebut més atenció figuren: l’eficiència intrínseca en l’ús de l’aigua, la discriminació foliar d’isòtops de carboni, la conductància d’estomes, la densitat d’estomes, així com dades transcriptòmiques i metabolòmiques.

“Populus euphratica” en l’oasi d’Ekhiin-Gol, al desert de Gobi. Aquesta espècie és capaç de tolerar ambients extremadament eixuts, amb sols àrids i d’elevada salinitat

Taylor et al. entenen per “tolerància a la sequera” el manteniment de la producció de biomassa vegetal davant d’un estrès hídric moderat i persistent. No inclouen, doncs, en puritat, les plantes d’entorns desèrtics, per bé que no neguen la potencialitat que poden oferir en cultius bioenergètics. Un genotip tolerant a la sequera, doncs, hauria de manifestar-se en el manteniment de la producció i expansió cel·lulars, en el creixement foliar, en el manteniment de la verdor i dels nivells de bescanvi de gasos. Aquests trets no responen exclusivament a les parts aèries de la planta, sinó que també afecten les arrels.

Taylor et al. defineixen l’ideotip per a la tolerància a la sequera de cultius bioenergètics, és a dir la planta idealitzada que respondria a aquestes dues condicions. Entre les característiques ideals figuren una alta capacitat hidràulica, fulles grans amb un nombre elevat d’estomes, sensibilitat elevada dels estomes, alta eficiència de transpiració, etc. Algunes d’aquestes característiques semblen paradoxals, si pensem en l’esclerofília mediterrània com a adaptació a climes eixuts.

L’avaluació de fenotips respecte d’aquest ideotip es podria fer, segons Taylor et al., a través de dos tipus d’estudis:
– mesures en centenars d’individus, que es puguin aplicar en estudis d’associació per tal d’identificar els gens implicats en fenotips de resistència a la sequera.
– mesures en poblacions senceres encaminades a la identificació de trets de selecció genòmica.

L’aplicació de noves tècniques genòmiques en el desenvolupament de cultiu bioenergètics

Taylor et al. fan referència al potencial de tècniques d’edició genètica basades en el sistema CRISPR-Cas9. Des del 2015, hom ha aplicat aquestes tècniques en germoplasmes de Populus.

Pel que fa a la selecció genòmica en collites lignocel·lulòsiques, s’ha obert un camí gràcies a la multiplicació de marcadors genètics coneguts dels genomes d’aquestes plantes.

Taylor et al. confien que aquestes tècniques possibilitaran avenços en el desenvolupament de cultius lignocel·lulòsics que cobreixin la necessitat de biocombustibles compatibles amb cultius alimentaris i recursos ecosistèmics forestals.

Lligams:

Sustainable bioenergy for climate mitigation: developing drought-tolerant trees and grasses. G Taylor, I S Donnison, D Murphy-Bokern, M Morgante, M-B Bogeat-Triboulot, R Bhalerao, M Hertzberg, A Polle, A Harfouche, F Alasia, V Petoussi, D Trebbi, K Schwarz, J J B Keurentjes, M Centritto, B Genty, J Flexas, E Grill, S Salvi, W J Davies. Ann. Bot. 124 513-520 (2019).

WATBIO, projecte coordinat de Gail Taylor per al desenvolupament de collites de biomassa tolerants a la sequera aplicables a Europa.

 

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: