Italienska forskare har studerat fördelarna med opretentiös jordärtskocka i Jerusalem. Det visar sig att detta är en slags oumbärlig kultur för produktion av förnybar energi.
I sitt vetenskapliga arbete förklarar ett team av italienska forskare från fakulteten för jordbruks- och skogsvetenskaper (DAFNE), University of Tushia, varför kronärtskocka är så bra och viktig.
Nyligen har biobränslen blivit en strategisk riktning för att minska utsläppen från fordon. Men samtidigt nämns biobränsleproduktionen alltmer i samband med dess negativa konsekvenser, eftersom de viktigaste grödorna för dessa ändamål, som till exempel raps, vete eller sojabönor, kräver högintensiv jordbruksmetod och bördig jord, konstaterar författarna. (Biobränslen är kolbaserade energikällor härrörande från biologiskt material).
Medan EU-kommissionen nyligen klassificerade biobränslen som en produkt med en låg indirekt förändring av markanvändningen, erhållen från grödor som odlats på marginella markar med liten resursanvändning.
Av denna anledning kan endast ett fåtal grödor i Europa uppnå höga avkastningar med dessa krav.
Jerusalem kronärtskocka är ett foder för jordbruksdjur, biobränsle och till och med fruktöl.
Från denna synvinkel, är kronärtskocka (Helianthus tuberosus L.) Naturligtvis är det en art som är värd att uppmärksamma, eftersom den har alla de egenskaper som är nödvändiga för att uppnå målen i det uppdaterade EU-direktivet om förnybar energi (RED II).
Jerusalemärtskocka är vida anpassad till en mångfaldig och ofta lågavkastande miljö för andra grödor och har hög anpassningsförmåga.
Det är en skörd som används som livsmedel (direkt i knölar eller sötningsmedel), för farmaceutiska ändamål, för produktion av biomassa och bioenergi (bioetanol och biogas).
Dessutom, liknar andra växter asteraceae, såsom cikoria och safflor, har den kronärtskocka potential som fodergrödor.
Intressant nog, tack vare innovationer inom bryggeriindustrin, används knölar för att producera söt- och fruktöl.
Stammarna och knölarna i den kronärtskockan i Jerusalem kännetecknas av ett högt inulininnehåll med potential att producera etanol för användning som biobränsle.
I synnerhet bearbetas organiska föreningar (såsom inulin och cellulosa) och socker för att producera etanol genom jäsning och destillation.
Under de senaste 20 åren har betydande arbete gjorts för att förbättra omvandlingen av biomassa till bränsle. Emellertid utvinns första generationens biobränslen (bioetanol och biodiesel som härrör från livsmedelsgrödor) från endast ett fåtal grödor med olika effektivitet vid omvandling av solstrålning till kemisk energi (biomassa).
I synnerhet råvaror för biobränsle är främst raps, oljepalm och sojabönor för biodiesel; och sockerrör, majs, sockerbetor och söt sorghum för bioetanol.
Dessutom är inte all biomassa lämplig för uppsamling (dvs biomassan för vegetation under marken förblir vanligtvis i jorden), så att nettoskoldbindning reduceras och bearbetningseffektiviteten ökas.
Av dessa skäl förväntas växtarter för nästa generations biobränsleproduktionssystem att övervinna vissa av dessa begränsningar, särskilt om de har gett underjordisk biomassa (dvs. rötter eller knölar).
Eftersom intensiv jordbruksmarkanvändning redan har införts i de flesta regioner i världen måste bioenergigrödor vara miljömässigt hållbara för att undvika ytterligare belastning på jordbruksdiversiteten, jord och vattenresurser.
Forskare letar efter framtidens bioenergiväxter
Forskning bedrivs i riktning mot system för generering av energi från en ny generation biobränslen med mindre miljöpåverkan, större produktivitet och större avkastning på investeringar, och med hänsyn till minskad konkurrens om markanvändning med livsmedel och fodergrödor.
Lignocellulosic biomassa från isolerade bioenergigrödor och jordbruksavfall anses vara en hållbar resurs för bioenergiproduktion, men hydrolys med cellulolytiska enzymer är en mer besvärlig och dyrbar metod än att använda stärkelse eller melassbiomassa.
I detta avseende är bland de mest attraktiva biobränslesystemen för nästa generation intressanta alger och Jerusalem kronärtskocka, som producerar knöl, som också kan odlas och skördas med hjälp av den befintliga infrastrukturen och mekanismer som används för liknande grödor (knölväxter).
Varför Jerusalems artiskock verkligen behöver Europa
Egenskaper som gör Jerusalemärtskocka till en värdig energigröda inkluderar: snabb tillväxt, högt kolhydratinnehåll, motsvarande total torrsubstans per area, förmågan att använda näringsrikt avloppsvatten, patogenresistens / tolerans, förmågan att växa enkelt med minimala externa produktionskostnader och på marginella länder.
Denna sista aspekt lovar att vara nyckeln till framtiden för biodrivmedel i Europa.
I enlighet med det reviderade direktivet om förnybar energi (RED) som antogs av Europaparlamentet och rådet (direktiv 2018/2001) antog EU-kommissionen nyligen en delegerad akt där kriterier fastställs för att fastställa viktiga indirekta markanvändningsändringar.
ILUC är ett farligt råmaterial med betydande indirekt expansion av produktionsutrymme på mark med höga kolreserver och certifiering av ILUC-biobränslen, biovätskor och biomassabränslen med låg risk.
Certifiering kan beviljas om bränslet uppfyller följande kumulativa kriterier:
(i) uppfylla hållbarhetskriterier, vilket innebär att råvaror endast kan odlas på oanvänd mark som inte är rik på kol,
(ii) användning av ytterligare råvaror som ett resultat av åtgärder för att öka produktiviteten på redan utnyttjad mark eller odla grödor på områden som inte tidigare använts för odling av grödor (oanvänd mark), förutsatt att marken övergavs eller förstördes kraftigt, eller grödan var odlas av en lantbrukare;
(iii) övertygande bevis för att de två föregående kriterierna är uppfyllda.
I enlighet med kraven i direktivet måste sådana ytterligare råmaterial uppenbarligen uppfylla kraven för produktion av bränsle med låg risk endast om de erhålls på ett hållbart sätt.
Av denna anledning är den kroniska kronärtskockan en lovande kandidat som lätt kan ersätta grödor som majs och sockerbetor.
Snabbt växande biomassa för biobränslen
Tillväxtkinetiken för växtdelar indikerar dess förmåga att producera optimala grödor i Europa.
Två tredjedelar till tre fjärdedelar av luftens torrsubstans representeras av stjälkar och grenar, medan löv och blommor innehåller en lägre procentandel. Andelen fördelning av torrvikt är mycket beroende av många faktorer: variation, planteringstid, klimatförhållanden och tillväxtförhållanden.
Mer än 50% av den totala växten är i stammen.
Det finns två faser för att hindra tillväxten. Under de första fem månaderna observeras en linjär ökning av stamens höjd och vikt. Efter denna period når stamens höjd maximalt och förblir oförändrad och vikten minskar.
Växtens maximala höjd och vikt varierar beroende på miljöförhållanden och genotyp. I tidiga sorter når den slutliga höjden 140 cm, medan i senare sorter är den slutliga höjden cirka 280 cm.
Följaktligen, i slutet av växtsäsongen, var mängden torrmaterial i stjälkarna av sena sorter var ungefär två gånger högre än i de tidiga sorterna. Således är den totala biomassan för sena mogna sorter högre än den för tidiga mogna sorter. Modellering visade att i senare varianter möjliggör bättre absorption av torrsubstans i en längre bevarande av det optimala bladområdet
Problemfri Jerusalem kronärtskocka
På grund av dess motståndskraft mot torka och salinisering, kan jordärtskocka odlas i jord som är olämplig för andra rotgrödor och knölar. Den växer bra i jordar med ett pH-värde på 4,4 till 8,6.
Om tung lera och hydromorf jord kan komplicera skörden av knölar, under sådana förhållanden kan jordärtskocka odlas för att producera stjälkar.
Generellt beror utbytet, storleken och formen på knölarna på jordtypen. Medan lättvikts smutsiga jordar producerar stora knölar, ger tunga jordar god torrutbyte på grund av de bättre fukthållande egenskaperna hos lerjord.
När det gäller odlingstemperaturen krävs en vegetationsperiod på minst 125 frostfria dagar för de flesta sorter av kronärtskocka.
I allmänhet krävs odlingstemperaturer i området 6–26 ° C för att uppnå ett optimalt utbyte.
Växten har måttlig motståndskraft mot frost. Under tidig tillväxt tolererar grödan temperaturer upp till -6 ° C, även om låga temperaturer orsakar bladkloros. När det gäller höstskörden utlöser frost från -2,8 ° C till -8,4 ° C mekanismen för knölar acklimatisering till kylan. Detta förbättrar deras smak på grund av omvandlingen av inulin till fruktos.
I den naturliga miljön interagerar en del organismer (mikroorganismer, insekter och däggdjur) med jordskockväxter i Jerusalem, inklusive sex olika familjer av bin och humlar.
Många fytofager och mikroorganismer har registrerats på Jerusalems kronärtskocka, men mycket av dem kan allvarligt skada kulturen.
I allmänhet är den luftiga delen av växten mindre mottaglig för sjukdom, medan knölar under sen tillväxt och lagring är mer mottagliga. De mest skadliga patogenerna är Sclerotinia sclerotiorum och Sclerotinia rolfsii, som orsakar råtta.
Den förstnämnda främjas av överdrivet kvävegödselmedel, lågt jord pH eller hydromorf mark, och det senare av fukt i kombination med höga temperaturer.
Också rost orsakat Puccinia helianthioch pulveraktig mögel orsakad av Erisyphe chicoracearum, påverkar Jerusalem kronärtskocka, men de kan inte begränsa utbytet, som bladfläck på grund av Alternaria helianthi.
Vid förvaring av knölar, särskilt när de skadas under skörden, sjukdomar orsakade av botrytis cinerea, Rhizopus nigricans, Fusarium и Pennicillum spp.. Frysningsförfaranden kontrollerar emellertid effektivt dessa sjukdomar.
Vad gäller insekter är detta främst bladlöss, men deras effekt är försumbar.
Växten är hårdaktig och stark, så att jordärtskocka kan bli ett mycket konkurrenskraftigt ogräs på egen hand. När det gäller andra snabbväxande ogräs är kampen mot dem nödvändig endast under sådd tills taket stängs. Både kemisk och mekanisk (toppförband, lossning, etc.) ogräs kan användas.
När Jerusalems kronärtskocka har bosatt sig i fältet är det ganska svårt att ta bort, eftersom knölar eller delar av dem förblir i marken och övervintrar väl i jorden.
Val av Jerusalem kronärtskocka
Värdefulla biologiska och biokemiska egenskaper hos den kronärtskockan i Jerusalem är grunden för dess universella användning i livsmedelsindustrin och industrin, vilket kräver en genetisk förbättring av grödan.
Huvudfokus i urvalet är utbytet av knölar och inulininnehållet för livsmedel och foder, och nyligen har fokus varit på att bygga upp biomassa för biobränsleproduktion.
Men på grund av den traditionellt begränsade användningen av Jerusalemärtskocka har hittills ganska små framsteg gjorts i avel. Investeringar i avelutvecklingen är också flyktiga och beror på efterfrågan från industriister i varje land.
Återupplivandet av intresset för kronärtskocka i Jerusalem på 1970- och 1980-talen, i samband med energikrisen och livsmedelsbristen, uppmuntrade till mer samordnade och intensiva åtgärder för att utveckla nya sorter för att tillgodose nya behov.
Sedan dess har en betydande utvidgning av odlade områden registrerats, särskilt under det senaste decenniet i asiatiska länder.
Med tanke på den nuvarande klimatförändringen, behovet av att hitta nya hållbara energikällor och minskningen av områden avsedda för livsmedelsproduktion verkar investeringar i urvalet av jordskocka i Jerusalem till stor del vara motiverade.
USA kan också vara intressant Jerusalemärtskocka
Hittills är de vanligaste grödorna som används för att producera etanol majs, sockerrör, söt sorghum och sockerbetor. Dessa arter är emellertid beroende av bördigt jordbruksmark och behöver som regel betydande externa resurser (dvs. vatten, bekämpningsmedel, gödningsmedel) för att uppnå höga utbyten.
USA och Brasilien är världens största producenter av bioetanolbränsle. De stod för cirka 84% av den globala bioetanolproduktionen 2018.
Spannmål och sockerrör är de dominerande råvarorna för etanolproduktion i dessa länder.
Etanolproduktionen 2027 förväntas stå för 15 och 18% av världens majs- och sockerrörsproduktion.
Förenta staterna, som Europa, använder främst majs- och vetestärkelse för att producera bioetanol, medan sockerrör bearbetas i Brasilien. I allmänhet har sockerrör ett högre etanolutbyte än majs och andra grödor, som t.ex. kronärtskocka.
Men sockerrör är idealisk i tropiska och subtropiska, men inte i tempererade klimat. Därför kan tominabur ta sin plats bredvid majs i produktionen av amerikansk etanol.