Camelina sativa – sursă de biokerosen

Camelina sativa este o plantă cultivată încă din cele mai vechi timpuri (epocile bronzului şi ale fierului). Nu este foarte clar motivul pentru care începând din Evul Mediu culturile de Camelina sativa au fost înlocuite cu altele. Interesul recent pentru această plantă este susţinut de pretenţiile reduse pentru o serie  de factori nutritivi, pretentii care se traduc într-o cantitate mai mică de inputuri, dar şi de plasticitatea ecologică a plantei, aceasta fiind capabilă să crească inclusiv pe soluri semiaride, cu fertilitate mică (Zubr, 1997).

   Studii extensive, referitoare la tehnologiile de cultură şi ecologia plantei, au avut loc în mai multe ţări din regiunea temperată a lumii. S-a constatat astfel, că deşiCamelina are pretenţii reduse de fertilitate a solului, în raport cu majoritatea culturilor oleaginoase,  tratamentele cu îngrăşăminte pe bază de azot influenţează performanţa culturii de C. sativa. Cele mai bune rezultate au fost obţinute la adaosuri cuprinse între 78,4 şi 100,7 kg/ha azot, pentru zona Montana (SUA) şi peste 120 kg/ha în Germania (Eidhin et al. 2003; Frohlich and Rice 2005; Gilbertson et al. 2007; Shukla et al. 2002, Agegnehu and Honermeier 1997). Îngrăşămintele cu azot sunt un factor critic pentru conţinutul de ulei din seminţe, care scade pe măsura creşterii cantităţii de azot aplicate (Agegnehu and Honermeier 1997; Jackson 2008). Acest aspect a fost relevat şi de un studiu realizat în provinciile maritime ale Canadei de Urbaniak şi colab. (2008), studiu care a subliniat printre altele importanţa alegerii soiului de Camelina, in succesul sau esecul culturii.

     Camelina sativa răspunde la aplicarea de îngrăşăminte cu fosfor atunci când concentraţia în sol depăşeşte 12 ppm (Jackson, 2008). Producţia la hectar, raportată de diversi cercetatori, este variabilă. Astfel, în 2006, cercetătorii de la Huntley MT au obţinut producţii de 1067 – 1093 kg/ha, la o rată de semănat de 6,6 – 8,6 kg/ha. In Germania, Agegnehu and Honermeier (1997) au raportat o productie de 2057 kg/ha, pentru un randament la semanat de 5,85 kg/ha.

     Camelina sativa  are necesitati reduse in privinta lucrarilor de combatere a daunatorilor. Ca dăunători potenţiali putem menţional Phyllotreta cruciferae (puricii mici ai cruciferelor), care are o afinitate mai marepentru alte crucifere, precum şi Peronospora camelinae (mana). Anumite studii au arătat că planta de Camelina sativa este competitivă împotriva buruienilor. În 1980, Lovett şi Jackson au sugerat chiar, că aceasta produce o serie de fitoerbicide alelopatice, eficiente în stoparea creşterii Linum usitatissimum l (inului).

Cel mai important produs al Camelinei este uleiul, obţinut prin zdrobirea şi presarea seminţelor. Conţinutul în ulei al acestora, raportat la substanţa uscată variază între 30 – 40 % (Strasil, 1997). Se estimează că peste 50 % din compoziţia acestor uleiuri este reprezentată de acizi graşi polinesaturaţi. Aportul acestora în compoziţia uleiului variază în funcţie de fitotehnia aplicată, dar principalii acizi graşi identificaţi sunt  acizii linoleic (18:2) şi acidul α- linolenic (18:3ώ3) (Eidhin si colab., 2003). Majoritatea studiilor estimează conţinutul de acid erucic la mai puţin de 4 % (Vollmann si colab., 1996).

 Acidul α – linolenic din Camelina sativa se deosebeşte de omologii săi extraşi din alte plante, printr-o stabilitate mai mare la oxidare. Deseurile rezultate de la extragerea uleiului sunt o sursă excelentă pentru furajarea animalelor, având un continut de peste 5 % acid α – linolenic. U.S. Food and Drug Administration a aprobat în 2009 introducerea acestor furaje în hrana pulilor şi bovinelor, intr-o cantitate de pana la 10% din greutatea ratiei totale.

Deşi compoziţia în acizi graşi polinesaturaţi face interesant uleiul de camelina inclusiv pentru consumul alimentar (sursă de acizi graşi omega 3), stabilitatea acestuia este mai redusă decât a uleiurilor alimentare uzuale provenite din rapiţă, măsline, porumb, susan sau floarea soarelui (Matthäus  si colab., 2004).

Faptul că uleiul de Camelina nu prezintă popularitate pentru consumul alimentar, îl face o resursă interesantă în vederea utilizării lui ca biocombustibil, deoarece nu concurează culturile agricole destinate consumului uman.

Una dintre temerile cele mai întâlnite în cazul cultivării anumitor plante în vederea producţiei de biocombustibil se referă la faptul că majoritatea plantelor propuse prezintă o serie de însuşiri agronomice care le pot transforma în plante invazive (rezistenţa la secetă, toleranţa la condiţiile de fertilitate din sol, ciclul scurt de viaţă, acumularea rapidă de biomasă etc) (Raghu et. Al. 2006; Barney şi DiTomaso 2008). Aceste însuşiri native pot deveni  covârşitoare în situaţia în care plantele respective încep să fie cultivate pe scară largă (Minton şi Mack, 2010).  Deşi cercetările referitoare la potenţialul invaziv al Camelina sativa sunt limitate, datorită variabilităţii mari a factorilor care trebuie luaţi în considerare, concluziile studiilor de până acum tind să evalueze acest risc ca fiind mai degrabă scăzut (Davis si colab., 2011).

Calitatea seminţelor de Camelina s. este influenţată semnificativ atât de factorii fenotipici cât şi de cei genotipici. Vollman şi colab. (2007) au arătat că există un număr semnificativ de genotipuri de Camelina s. care pot promite selecţia simultană a unor cultivaruri cu însuşiri superioare atât din perspectiva producţiei realizate cât şi a conţinutului de ulei din seminţe. Totuşi această selecţie nu trebuie să aibă în vedere creşterea mărimii seminţelor, deoarece acest parametru se corelează foarte semnificativ negativ atât cu conţinutul total în ulei al acestora, cât şi cu concentraţia în anumiţi acizi graşi (acidul linolenic).Această sensibilitate a producţie la factorii fenotipici face ca estimările referitoare la cantitatea de ulei/hectar obţinută din cultura de Camelina să varieze semnificativ de la autor la autor, funcţie de zona geografică de referinţă. În orice caz, majoritatea studiilor, situează randamentul în ulei/ha al Camelinei, sub cultura rapiţei, peste cea a soiei şi undeva în zona de variaţie a culturii de floarea soarelui

Principalul constituent al acizilor graşi din uleiul de Camelina este acidul linolenic (32 – 40 % din greutatea uscată, urmat de acizii linoleic, oleic şi 11 – eicosenoic.

Anumite caracteristici ale uleiului de Camelina sativa il fac interesant pentru utilizarea drept biocombustibil. Iniţial, ca şi în cazul altor plante oleaginoase eforturile cercetatorilor au fost indreptate catre obtinerea de combustibil biodisel. Biodiselul este definit de catre American Society for Testing and Materials (ASTM) ca fiind un amestec de esteri monoalchilici ai acizilor grasi cu lant lung si este obtinut in mod uzual prin transesterificarea lipidelor în prezenta unui catalizator alcalin si exces de metanol la temperatura ridicata (60⁰C) .

O alta cale de obtinere a biodiselului din lipide provenite din materiale biologice presupune hidrodeoxigenarea acestora la presiune si temperaturi ridicate (40 – 150 atm, 350 – 450 ⁰C) in prezenta hidrogenului si a unor catalizatori eterogeni. Se obtin un amestec de parafine (alcani liniari cu diferite lungimi ale catenei de carbon) care sunt supuse in etapa urmatoare unor operatii de izomerizare. Izomerizarea are rolul de a imbunatati proprietatile de curgere la rece si de asemenea de a scadea semnificativ cifra cetanica. Amestecul rezultat este compus din parafine cu 15 – 18 atomi de carbon si proprietati similare compusilor omologi obtinuti din petrol.

 În anul 2009, Japan Airlines şi KLM Royal Dutch Airlines au testat cu succes un amestec de combustibili pentru aviaţie care conţinea în proporţie de 50 % un produs derivat din cultivarea Camelinei. În 2011, teste similare au fost efectuate de companiile Honeywell şi Boeing, iar companiile Iberia ( folosind un avion A320 pe ruta Madrid – Barcelona) şi Porter (avion Q400, pe ruta Montreal – Toronto) au efectuat teste similare pe curse cu pasageri.

Interesul pentru utilizarea biocombustibililor proveniti din această plantă în aviaţie pleacă de la o serie de studii conform cărora, produsele derivate din Camelina promit o scădere cu până la 80 % a efectelor asupra mediului (în special prin reducerea emisiilor de gaze de sera cu ciclu lung de viata) in comparatie cu omologii lor obtinuti din petrol (Shonnard et. al., 2010).În plus, industria de aviaţie este foarte vulnerabilă la oscilaţiile preţului petrolului pe plan mondial, oscilaţii foarte frecvente în ultimii ani. Acestea sunt legate de  politicile geostrategice ale marilor puteri şi ale statelor din zona Orientului Mijlociu, de evoluţia pieţelor financiare mondiale, factori care determină o volatilitate ridicată a preţurilor. Având în vedere ca cca 33 % din costurile operaţionale ale industriei aeronautice sunt determinate de preţul combustibililor, identificarea unor resurse suplimentare de combustibili este esenţială pentru viitorul industriei.Există mai multe direcţii de cercetare în vederea obţinerii de biocombustibili pentru aviaţie. Acestea includ pe de o parte culturile amidonoase, biomasa lignocelulozică (culturile de plante lemnoase, reziduurile din agricultură sau silvicultură, biomasa de alge sau deşeurile municipale), respectiv culturile oleaginoase.

Kerosenul convenţional este un amestec de hidrocarburi constituit din molecule care conţin în mod uzual între 8 şi 16 atomi de carbon, obţinut prin rafinarea petrolului brut. Acesta trebuie să corespundă unor standarde foarte stricte legate atât de siguranţa în exploatare cât şi de o serie de deziderate esenţiale precum: furnizarea unei cantităţi mari de energie pe unitatea de masă sau volum; stabilitatea la temperaturi joase pentru a evita congelarea sau gelificarea în condiţiile termice existente la altitudinile la care navighează aeronavele, compatibilitatea cu materialele folosite în aviaţie etc. În concordanţă cu aceste deziderate, kerosenul trebuie să îndeplinească o serie de criterii care ţin de o serie de parametri fizico-chimici precum: vâscozitatea, tensiunea superficială, volatilitate, lubricitate, conţinut de sulf, proprietăţi de ardere etc.