对生物燃料作物如柳枝稷和芒草的研究主要集中在如何种植这些作物,并把它们转化成燃料。但许多步骤,从农场到生物炼制,每一步都可能帮助或阻碍这个新兴行业的增长。

研究人员说,伊利诺斯大学正在开发的一个新的计算机模型,可以简化这个转化。该模型可以运行数以百万计的模拟,优化操作,以降低成本,减少温室气体排放或实现其他目标的。

农业和生物工程系教授和部门负责人K.C. Ting、能源生物科学研究所的Yogendra Shastri 教授、农业和生物工程学Alan Hansen 教授和Luis Rodriguez教授共同开发了这个模型。K.C. Ting说:“农场里的生物质是不会凭白无故在生物炼制里体现神奇的力量。你不得不考虑收割、运输、储存和交付。”目前这项获得BP公司资助。Ting、Hansen 和 Rodriguez 都服务于伊利诺伊州的基因组生物学研究所。

Shastri负责建立模型,他表示研究的目标是“要考虑所有环节的操作,找出最佳的系统。不是寻找最好的收割方式或存储方法,而是一个系统的工程,可以让各环节一起工作,共同实现即定的目标。”

他说,在这种情况下,目标是最大限度地减少整个系统的成本。

这个模型被命名BioFeed,研究的论文已经刊登在在期刊《生物燃料》,《生物制品和生物精炼》,《生物工程》,《生物质和生物能源》和《计算机与农业电子模型》。

该模型考虑到了区域的属性,如天气、农作物的产量、农场规模和运输距离,Shastri表示该模型可以优化超过30万的变量,包括收割的时间表、设备选型、,存储量、运输距离和生物物质从一个地方运输到另一个地方的物流。

作为一个测试,研究人员利用该模型,以优化在伊利诺斯州南部的13个县的地区生物质生产。(研究人员说BioFeed可适应分析世界任何地区。)

研究人员说,一个新兴的生物燃料产业的主要挑战是需要广大的且源源不断的植物生物量。

“如果生物炼制能力为5千万加仑的生物燃料,每年需要提供生物量每天大约有1500到2000吨,”Ting说:“这不是一项简单的任务。”

“理想的情况下,生物炼制的生物量可以全年交付,但事实上收获季节在一年里占很短的部分,并极大地依赖于天气,” Hansen 说。农民通常认为1月或2月是美国中西部芒草的最佳的收获季节。这意味着农民要在一年里最恶劣的天气里收割他们的农作物。这就有可能带来昂贵的延误。BioFeed发现,在11月份收获会显著减少与天气有关的费用,但可能会增加来年春天的施肥的成本。

该模型还发现,收获的作物储存在农场的谷仓或者某个受保护站点,在大多数情况下比存储在农场露天场地或者一个集中的厂房要更加减少整个系统的成本。

但是,研究人员也说每一个优化的解决方案都有其弊端。

“如果你在一个系统,降低了某个部分的成本,你可能会在其他地方增加成本,”Ding说:“例如农家存储可减少收获、储存和生物炼制的总开支,但提高农民的所占整体成本的份额。”

研究人员说BioFeed允许决策者、生产者、投资者、生物炼制业主、研究人员和其他有关各方从模拟中获得学习,而不需要实际构建一个系统。

“有这么多的因素要考虑,这么多的方法来操作,这么多场景和这么多潜在政策的变化,”丁先生说:“这就是为什么优化工具本身是非常重要的。BioFeed作为优化工具让你觉得你好象拥有一切,可以控制一切一样。系统内的个人利益相关者——如农民或那些建设新的生物精炼厂 ——将能最大限度地实现自己的利润,这样它会使大家更愿意加入进这个产业。”

要研究这个,研究人员正在建设的另一种模型认为,农民和其他利益相关者如何可能的行为给予了各种经济和监管因素。这种“基于代理”的做法是在生物能源研究的论文。

预联系 Yogendra Shastri, 电话 217-333-1775; email yshast1@illinois.edu. 预联系K.C. Ting, 电话 217-333-3570; email kcting@illinois.edu. 预联系Alan Hansen, 电话217-333-2969; email achansen@illinois.edu. 预联系 Luis Rodriguez, call 217-333-2694; email elfr@illinois.edu.