Włoscy naukowcy badali zalety bezpretensjonalnego karczocha jerozolimskiego. Okazuje się, że jest to rodzaj kultury niezbędnej do produkcji energii odnawialnej.
W swojej pracy naukowej zespół włoskich naukowców z Wydziału Nauk Rolniczych i Leśnych (DAFNE), University of Tushia, wyjaśnia, dlaczego karczoch jerozolimski jest tak dobry i ważny.
Ostatnio biopaliwa stały się strategicznym kierunkiem redukcji emisji z pojazdów. Jednocześnie jednak coraz częściej wspomina się o produkcji biopaliw w kontekście jej negatywnych konsekwencji, ponieważ główne uprawy do tych celów, takie jak na przykład rzepak, pszenica lub soja, wymagają intensywnych praktyk rolniczych i żyznych gleb, zauważają autorzy. (Biopaliwa są węglowymi źródłami energii pochodzącymi z materiału biologicznego).
Podczas gdy Komisja Europejska niedawno sklasyfikowała biopaliwa jako produkt o niskim poziomie pośrednich zmian w użytkowaniu gruntów, uzyskiwany z upraw uprawianych na marginalnych ziemiach o niskim zużyciu zasobów.
Z tego powodu tylko kilka upraw w Europie może osiągnąć wysokie plony przy tych wymaganiach.
Topinambur to karma dla zwierząt rolnych, biopaliw, a nawet piwa owocowego.
Z tego punktu widzenia topinambur (Helianthus tuberosus L.) jest oczywiście gatunkiem godnym uwagi, ponieważ posiada wszystkie atrybuty niezbędne do osiągnięcia celów zaktualizowanej unijnej dyrektywy w sprawie odnawialnych źródeł energii (RED II).
Karczoch jerozolimski jest szeroko przystosowany do zróżnicowanego i często mało wydajnego środowiska dla innych upraw i ma wysoką zdolność adaptacji.
Jest to uprawa uniwersalna stosowana do spożycia przez ludzi (bezpośrednio w bulwach lub jako środek słodzący), do celów farmaceutycznych, do produkcji biomasy i bioenergii (bioetanolu i biogazu).
Ponadto podobny do innych roślin Asteraceae, takie jak cykoria i krokosz barwierski, karczoch jerozolimski ma potencjał jako roślina paszowa.
Co ciekawe, dzięki innowacjom w branży piwowarskiej bulwy są wykorzystywane do produkcji piwa słodkiego i owocowego.
Łodygi i bulwy topinamburu charakteryzują się wysoką zawartością inuliny, która może wytwarzać etanol do wykorzystania jako biopaliwo.
W szczególności związki organiczne (takie jak inulina i celuloza) i cukry są przetwarzane w celu wytworzenia etanolu przez fermentację i destylację.
W ciągu ostatnich 20 lat poczyniono znaczące prace w celu poprawy konwersji biomasy na paliwo. Jednak biopaliwa pierwszej generacji (bioetanol i biodiesel uzyskiwane z upraw spożywczych) są wydobywane tylko z kilku upraw o różnej wydajności przekształcania promieniowania słonecznego w energię chemiczną (biomasę).
W szczególności surowcami biopaliwowymi są głównie rzepak, palma olejowa i soja do produkcji biodiesla; oraz trzcina cukrowa, kukurydza, buraki cukrowe i słodka sorgo na bioetanol.
Ponadto nie cała biomasa nadaje się do zbierania (tj. Biomasa roślinności pod ziemią zwykle pozostaje w glebie), więc sekwestracja węgla netto jest zmniejszona, a wydajność przetwarzania zwiększona.
Z tych powodów oczekuje się, że gatunki roślin w systemach produkcji biopaliw nowej generacji pokonają niektóre z tych ograniczeń, szczególnie jeśli mają produktywną podziemną biomasę (tj. Korzenie lub bulwy).
Ponadto, ponieważ intensywne użytkowanie gruntów rolnych zostało już wprowadzone w większości regionów świata, uprawy bioenergetyczne muszą być zrównoważone środowiskowo, aby uniknąć dodatkowego obciążenia różnorodności biologicznej w rolnictwie, gleby i zasobów wodnych.
Naukowcy szukają przyszłych upraw bioenergii
Prowadzone są badania w kierunku systemów energetycznych nowej generacji biopaliw o mniejszym wpływie na środowisko, większej wydajności i wyższym zwrocie z inwestycji, a także z uwzględnieniem zmniejszonej konkurencji o użytkowanie gruntów z żywnością i roślinami paszowymi.
Biomasa lignocelulozowa z izolowanych upraw bioenergetycznych i odpadów rolniczych jest uważana za zrównoważony zasób do produkcji bioenergii, ale hydroliza przy użyciu enzymów celulolitycznych jest bardziej pracochłonną i kosztowną metodą niż użycie biomasy skrobiowej lub melasowej.
Pod tym względem do najbardziej atrakcyjnych systemów biopaliw nowej generacji należą interesujące glony i karczoch jerozolimski, który wytwarza bulwy, które można również uprawiać i zbierać przy użyciu istniejącej infrastruktury i mechanizmów stosowanych do podobnych upraw (rośliny bulwiaste).
Dlaczego topinambur naprawdę potrzebuje Europy
Cechy, które sprawiają, że karczoch jerozolimski jest godnym źródłem energii, obejmują: szybki wzrost, wysoką zawartość węglowodanów, odpowiednią całkowitą suchą masę na jednostkę powierzchni, zdolność do korzystania ze ścieków bogatych w składniki odżywcze, odporność / tolerancję na patogeny, zdolność do łatwego wzrostu przy minimalnych zewnętrznych kosztach produkcji i na krańcach krainy.
Ten ostatni aspekt ma być kluczem do przyszłości biopaliw w Europie.
Jak przewidziano w zmienionej dyrektywie w sprawie odnawialnych źródeł energii (RED) przyjętej przez Parlament Europejski i Radę (dyrektywa 2018/2001), Komisja Europejska niedawno przyjęła akt delegowany określający kryteria określania istotnych pośrednich zmian użytkowania gruntów.
ILUC to niebezpieczny surowiec ze znaczną pośrednią ekspansją przestrzeni produkcyjnej na terenach o wysokich zasobach węgla oraz certyfikacją biopaliw, biopłynów i paliw z biomasy o niskim ryzyku ILUC.
Certyfikacji można udzielić, jeżeli paliwo spełnia następujące łączne kryteria:
(i) spełnienie kryteriów zrównoważonego rozwoju, co oznacza, że surowce można uprawiać tylko na niewykorzystywanych gruntach, które nie są bogate w węgiel;
(ii) wykorzystanie dodatkowych surowców w wyniku środków mających na celu zwiększenie produktywności na już użytkowanych gruntach lub uprawach na obszarach, które nie były wcześniej wykorzystywane do uprawy roślin (ziemia nieużywana), pod warunkiem że ziemia została porzucona lub poważnie zdegradowana, lub uprawa została uprawiane przez drobnego właściciela;
(iii) przekonujące dowody, że poprzednie dwa kryteria są spełnione.
Oczywiście, zgodnie z wymogami dyrektywy, takie dodatkowe surowce muszą spełniać wymagania dotyczące produkcji paliw niskiego ryzyka tylko wtedy, gdy są pozyskiwane w sposób zrównoważony.
Z tego powodu karczoch jerozolimski jest obiecującym kandydatem, który może z łatwością zastąpić uprawy takie jak kukurydza i buraki cukrowe.
Szybko rosnąca biomasa na biopaliwa
Kinetyka wzrostu części roślin wskazuje na jej zdolność do produkowania optymalnych upraw w Europie.
Dwie trzecie do trzech czwartych suchej masy powietrza są reprezentowane przez łodygi i gałęzie, podczas gdy liście i kwiaty zawierają mniejszy procent. Proporcja rozkładu suchej masy jest wysoce zależna od wielu czynników: odmiany, czasu sadzenia, warunków klimatycznych i warunków wzrostu.
Ponad 50% całkowitej masy roślin znajduje się w łodydze.
Istnieją dwie fazy wzrostu łodygi. W ciągu pierwszych pięciu miesięcy obserwuje się liniowy wzrost wysokości i masy łodygi. Po tym okresie wysokość łodygi osiąga maksimum i pozostaje niezmieniona, a jej waga maleje.
Maksymalna wysokość i waga rośliny różni się w zależności od warunków środowiskowych i genotypu. We wczesnych odmianach końcowa wysokość osiąga 140 cm, podczas gdy w późniejszych odmianach końcowa wysokość wynosi około 280 cm.
W związku z tym pod koniec sezonu wegetacyjnego ilość suchej masy w łodygach późnych odmian była około dwa razy wyższa niż we wczesnych odmianach. Tak więc całkowita biomasa odmian późno dojrzewających jest wyższa niż biomasa odmian wcześniej dojrzewających. Modelowanie wykazało, że w późniejszych odmianach dłuższe zachowanie optymalnej powierzchni liści pozwala na lepsze wchłanianie suchej masy.
Bezproblemowy karczoch jerozolimski
Ze względu na odporność na suszę i zasolenie karczoch jerozolimski może być uprawiany na glebach nieodpowiednich dla innych roślin okopowych i bulw. Dobrze rośnie na glebach o pH 4,4 do 8,6.
Jeśli ciężka glina i gleby hydromorficzne mogą utrudnić zbiór bulw, w takich warunkach można uprawiać karczoch jerozolimski, aby uzyskać łodygi.
Ogólnie plon, rozmiar i kształt bulw zależy od rodzaju gleby. Podczas gdy lekkie gleby gliniaste produkują duże bulwy, gleby ciężkie zapewniają dobre plony suszy dzięki lepszym właściwościom gleby gliniastej w zakresie zatrzymywania wilgoci.
Jeśli chodzi o temperaturę uprawy, w przypadku większości odmian karczocha jerozolimskiego wymagany jest okres wegetacji wynoszący co najmniej 125 dni bez mrozu.
Zasadniczo temperatury uprawy w zakresie 6–26 ° C są wymagane do uzyskania optymalnej wydajności.
Roślina ma umiarkowaną odporność na mróz. Podczas wczesnego wzrostu uprawa toleruje temperatury do -6 ° C, chociaż niskie temperatury powodują chlorozę liści. Jeśli chodzi o zbiory jesienne, przymrozki od -2,8 ° C do -8,4 ° C uruchamiają mechanizm aklimatyzacji bulw na zimno. Poprawia to ich smak dzięki konwersji inuliny w fruktozę.
W środowisku naturalnym niektóre organizmy (mikroorganizmy, owady i ssaki) wchodzą w interakcje z roślinami topinamburu, w tym sześć różnych rodzin pszczół i trzmieli.
Wiele fitofagów i mikroorganizmów zostało zarejestrowanych na topinamburze, ale bardzo wiele z nich może poważnie uszkodzić kulturę.
Zasadniczo nadziemna część rośliny jest mniej podatna na choroby, podczas gdy bulwy podczas późnego wzrostu i przechowywania są bardziej podatne. Najbardziej szkodliwymi patogenami są Sclerotinia sclerotiorum i Sclerotinia rolfsii, które powodują gnicie.
Pierwszą z nich sprzyja nadmierny nawóz azotowy, niskie pH gleby lub gleby hydromorficzne, a drugą wilgotność w połączeniu z wysokimi temperaturami.
Powoduje to również rdza Puccinia Helianthii mączniak prawdziwy spowodowany przez Erisife chicoracearum, wpływają na karczoch jerozolimski, ale nie są w stanie ograniczyć plonu, jak plamistość liści z powodu Alternaria helianthi.
Podczas przechowywania bulw, szczególnie gdy są uszkodzone podczas zbioru, choroby spowodowane przez Botrytis cinerea, Rhizopus nigricans, Fusarium и Pennicillum spp.. Jednak procedury zamrażania skutecznie kontrolują te choroby.
Jeśli chodzi o owady, są to głównie mszyce, ale ich działanie jest znikome.
Roślina jest wytrzymała i silna, więc karczoch jerozolimski może sam stać się bardzo konkurencyjnym chwastem. Podobnie jak w przypadku innych szybko rosnących chwastów, walka z nimi jest konieczna tylko podczas siewu, aż do zamknięcia korony. Można stosować pielenie chemiczne i mechaniczne (górny opatrunek, spulchnianie itp.).
Gdy karczoch jerozolimski osiadł na polu, jego usunięcie jest dość trudne, ponieważ bulwy lub ich części pozostają w ziemi, dobrze zimując w glebie.
Wybór topinamburu
Cenne właściwości biologiczne i biochemiczne topinamburu są podstawą jego uniwersalnego zastosowania w przemyśle spożywczym i przemysłowym, co wymaga genetycznej poprawy uprawy.
W selekcji główny nacisk położono na plon bulw i zawartość inuliny w żywności i paszy, a ostatnio skupiono się na budowie biomasy do produkcji biopaliw.
Jednak ze względu na tradycyjnie ograniczone stosowanie karczocha jerozolimskiego do tej pory poczyniono dość niewielkie postępy w hodowli. Inwestycje w rozwój hodowli są również zmienne i zależą od popytu przemysłowców w każdym kraju.
Ponowne zainteresowanie topinamburem w latach 1970. i 1980., związane z kryzysem energetycznym i brakami żywności, zachęciło do bardziej skoordynowanych i intensywnych działań w celu opracowania nowych odmian w celu zaspokojenia pojawiających się potrzeb.
Od tego czasu odnotowano znaczną ekspansję obszarów uprawnych, szczególnie w ostatniej dekadzie w krajach azjatyckich.
Biorąc pod uwagę obecną zmianę klimatu, potrzebę znalezienia nowych zrównoważonych źródeł energii i ograniczenia obszaru przeznaczonego na produkcję żywności, inwestycje w wybór karczocha jerozolimskiego wydają się w dużej mierze uzasadnione.
USA mogą być również interesującym karczochem jerozolimskim
Do chwili obecnej najczęściej stosowanymi uprawami do produkcji etanolu są kukurydza, trzcina cukrowa, słodka sorgo i buraki cukrowe. Gatunki te są jednak zależne od żyznych gruntów rolnych i z reguły potrzebują znacznych zasobów zewnętrznych (tj. Wody, pestycydów, nawozów), aby osiągnąć wysokie plony.
Stany Zjednoczone i Brazylia są największymi na świecie producentami bioetanolu. Odpowiadały one za około 84% światowej produkcji bioetanolu w 2018 r.
Zboża i trzcina cukrowa są dominującymi surowcami do produkcji etanolu w tych krajach.
Oczekuje się, że produkcja etanolu w 2027 r. Będzie stanowić 15 i 18% światowej produkcji kukurydzy i trzciny cukrowej.
Stany Zjednoczone, podobnie jak Europa, używają głównie kukurydzy i skrobi pszennej do produkcji bioetanolu, podczas gdy trzcina cukrowa jest przetwarzana w Brazylii. Ogólnie trzcina cukrowa ma wyższą wydajność etanolu niż kukurydza i inne uprawy, takie jak topinambur.
Trzcina cukrowa jest jednak idealna w tropikalnych i subtropikalnych, ale nie w klimacie umiarkowanym. Dlatego tominabur może zająć miejsce obok kukurydzy w produkcji amerykańskiego etanolu.