يمكن للوقود الحيوي الحديث أن يحل محل النفط والغاز. معرفة ما إذا كان الأمر كذلك

ما هو الوقود الحيوي؟

أنواع الوقود الصلبة أو السائلة أو الغازية التي تم الحصول عليها مؤخرًا نسبيًا

مواد بيولوجية حية أو ميتة ،يختلف عن الوقود الأحفوري المشتق من مادة بيولوجية ميتة منذ زمن طويل. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام العديد من النباتات والمواد النباتية لإنتاج الوقود الحيوي.

على الصعيد العالمي ، الوقود الحيوي هو في الغالبتستخدم لتشغيل المركبات وتدفئة المنازل والطهي. تتوسع صناعة الوقود الحيوي في أوروبا وآسيا وأمريكا. حتى أن التكنولوجيا الحديثة التي تم تطويرها في مختبر لوس ألاموس الوطني تحول التلوث إلى وقود حيوي متجدد. الوقود الزراعي عبارة عن وقود حيوي يتم إنتاجه من محاصيل معينة وليس من النفايات مثل انبعاثات غازات مكبات النفايات أو الزيوت النباتية المعالجة.

هناك نوعان من استراتيجيات الإنتاج المشتركةالوقود الزراعي السائل والغازي. الأول هو زراعة المحاصيل التي تحتوي على نسبة عالية من السكر (قصب السكر ، وبنجر السكر ، والذرة الرفيعة) أو النشا (الذرة) ، ثم استخدام تخمير الخميرة لإنتاج الكحول الإيثيلي (الإيثانول). والثاني هو زراعة النباتات التي تحتوي على كميات كبيرة من الزيوت النباتية ، مثل زيت النخيل وفول الصويا والطحالب والجاتروفا أو بونجاميا بيناتا. عندما يتم تسخين هذه الزيوت ، تقل لزوجتها ويمكن حرقها مباشرة في محرك ديزل ، أو يمكن معالجتها كيميائيًا لإنتاج وقود مثل الديزل الحيوي. يمكن أيضًا تحويل الخشب ومنتجاته الثانوية إلى وقود حيوي مثل غاز الخشب أو الميثانول أو الإيثانول. من الممكن أيضًا إنتاج الإيثانول السليلوزي من أجزاء النبات غير الصالحة للأكل ، ولكن هذا قد يكون صعبًا اقتصاديًا.

كما تستخدم الكتلة الحيوية الصلبة. يمكن تجفيف العديد من المواد ، مثل الخشب والعشب ، وتحبيبها وحرقها ؛ يمكن استخدامه لتوليد الطاقة. على الرغم من أن هذا ينتج بعض الكلنكر ، إلا أنه يتم استخدام طاقة أقل في العلاج ، مما قد يؤدي إلى زيادة الكفاءة الإجمالية. الكلنكر هو مادة مضافة عالية القوة ومقاومة للصقيع ، وهو منتج صديق للبيئة يتم الحصول عليه من طين صخري خاص مقاوم للحرارة ويتم إطلاقه في درجات حرارة تصل إلى 1200 درجة مئوية.

تطوير نماذج لإنتاج الوقود الحيوي

جون فيلد ، زميل باحث ، مختبر البيئةقالت شركة Natural Resources في CSU ، إنه كان من الصعب إثبات الجدوى التجارية للوقود الحيوي السليلوزي المصنوع باستخدام أجزاء نباتية غير صالحة للأكل قبل إنتاج الوقود الحيوي. Wheatgrass ، عشب محلي موجود في أجزاء كثيرة من أمريكا الشمالية ، هو مرشح رئيسي للإنتاج المستدام للمواد النباتية.

استخدم فريق البحثنمذجة مخططات زراعة الدخن ، وإنتاج الوقود الحيوي السليلوزي ، واحتجاز الكربون وتخزينه ، وتتبع النظام البيئي ، وتدفق الكربون. ثم قارن العلماء هذه النمذجة بطرق بديلة لتخزين الكربون على الأرض ، بما في ذلك زراعة الغابات أو الأراضي العشبية.

ما هو احتجاز الكربون وتخزينه؟

التقاط الكربون وتخزينه (هندسة. التقاط الكربون وتخزينه (CCS) هي تقنية يمكنها التقاط ما يصل إلى 90٪ من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون (CO2) من الوقود الأحفوري في توليد الطاقة والعمليات الصناعية ، مما يمنع ثاني أكسيد الكربون من دخول الغلاف الجوي. بالإضافة إلى ذلك ، يعد استخدام تكنولوجيا احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه مع الكتلة الحيوية المتجددة أحد تقنيات الحد من الكربون القليلة التي يمكن استخدامها في وضع "سالب الكربون" - وهو إزالة فعالة لثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي.

تتكون سلسلة CCS من ثلاثة أجزاء: التقاط ثاني أكسيد الكربون ونقل ثاني أكسيد الكربون وتخزين انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بأمان تحت الأرض في حقول النفط والغاز المستنفدة أو طبقات المياه الجوفية الملحية.

أولاً ، يسمح التقاط التكنولوجيا بالفصلثاني أكسيد الكربون من الغازات المتولدة أثناء توليد الطاقة والعمليات الصناعية بإحدى الطرق الثلاث: الالتقاط قبل الاحتراق ، والقبض بعد الاحتراق ، والاحتراق بالأكسجين.

ثم يتم نقل ثاني أكسيد الكربون على طولخط أنابيب أو سفينة للتخزين الآمن. بالفعل ، يتم نقل ملايين الأطنان من ثاني أكسيد الكربون تجاريًا بواسطة ناقلات الطرق والسفن وخطوط الأنابيب كل عام. تمتلك الولايات المتحدة 40 عامًا من الخبرة في نقل ثاني أكسيد الكربون عبر خطوط الأنابيب من أجل مشاريع استخلاص النفط المعزز.

يتم بعد ذلك تخزين ثاني أكسيد الكربون في صخور جيولوجية مختارة بعناية ، والتي تقع عادة على بعد عدة كيلومترات تحت سطح الأرض.

في كل مرحلة من مراحل سلسلة CCS ، من الإنتاج إلىالتخزين ، تمتلك الصناعة عددًا من العمليات المدروسة جيدًا تحت تصرفها والتي تتمتع بأداء ممتاز في الصحة والسلامة. سيشمل النشر التجاري لاحتجاز وتخزين ثاني أكسيد الكربون التبني الواسع لتقنيات احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه ، جنبًا إلى جنب مع تقنيات المراقبة القوية واللوائح الحكومية.

استخدام التكنولوجيا لإنتاج الوقود الحيوي

تقنيات احتجاز الكربون وتخزينهتُستخدم في مصنع واحد على الأقل في ولاية إلينوي يعالج الذرة كوقود حيوي تقليدي لإنتاج الإيثانول ، لكن هذه الأنظمة لم تنتشر بعد. كجزء من الدراسة ، ابتكر العلماء نماذج لمحاكاة ما سيبدو عليه في مصنع معالجة الوقود الحيوي السليلوزي.

دورة الكربون في إعادة التحريجتم تحويل الأرض من الإنتاج الزراعي (يسار) ، أو تم تحويلها لزراعة الدخن لإنتاج وقود حيوي سالب الكربون (يمين). الائتمان: جون فيلد.

وجدنا أن حوالي نصف الكربونيقول العلماء إن دخول الدخن إلى المصفاة يصبح منتجًا ثانويًا يمكن استخدامه لاحتجاز الكربون وتخزينه. لن تتطلب تدفقات المنتجات الثانوية الناتجة عن ثاني أكسيد الكربون عالية النقاء فصلًا أو تنقية كبيرة قبل التخزين تحت الأرض.

قام فريق البحث بتحليل ثلاثةدراسات حالة مختلفة في الولايات المتحدة ووجدت أنه في الأراضي التي تحول فيها المزارعون أو مديرو الأراضي من زراعة المحاصيل أو احتفظوا بالمراعي للرعي ، فإن زراعة الدخن لإنتاج الإيثانول السليلوزي لديها القدرة على التخفيف من الآثار لكل هكتار ، مقارنة بإعادة التحريج ، أكثر من استعادة الأراضي العشبية ... (يبلغ حجم الهكتار حوالي ضعفين ونصف مساحة ملعب كرة القدم العادي).

تدفقات الكربون النموذجية للنظام الإيكولوجي لسيناريوهات مختلفة لاستخدام الأراضي. رسم بياني مكدس يوضح تقديرات DayCent لمدخلات كربون النظام الإيكولوجي من خلال NPP (الأعمدة الوردية) وإجمالي خسائر الكربون من خلال كل من R h (الأعمدة البيضاء) والمحصول (Harv) من الدخن (القضبان الزرقاء) والخشب (القضبان الخضراء) لشركة BP في نيويورك ( نيويورك) وأيوا (أيوا) ولويزيانا (لوس أنجلوس) دراسات الحالة. تم تمييز NECB الناتج بالماس الأخضر ، مع وجود قيم موجبة تشير إلى زيادة في تخزين الكربون في النظام البيئي. النتائج عبارة عن متوسطات سنوية على مدار الثلاثين عامًا الأولى من النمذجة.

لاحظ العلماء أن العديد من الانتقادات المعروفة للوقود الحيوي دفعتهم إلى الدراسة.

"تحليلنا يظهر أن المناخ كبيرقال لي ليند ، المؤلف المشارك ، وبول إي وجوان إتش كينو ، الأستاذان المتميزان في الهندسة البيئية في كلية دارتموث: "يمكن تحقيق الفوائد باستخدام الوقود الحيوي إذا كانت النية هي القيام بذلك".

ما هي القيم المتطرفة السلبية وصافي الصفر؟

"الانبعاثات السلبية" - امتصاص غازات الاحتباس الحراريمن الغلاف الجوي - من المحتمل أن تكون مطلوبة لتحقيق الاستقرار في ظاهرة الاحتباس الحراري بمقدار 1.5 درجة مئوية ، وهو هدف طموح تبنته الحكومات في اتفاقية باريس.

هناك طريقتان رئيسيتان - حلول لالمناخ الطبيعي (NCS) وتقنيات الانبعاثات السلبية (NET). كلاهما له قيود على مقدار ما يمكنك نشره وقد تكون هناك عيوب.

لماذا "القيم المتطرفة السلبية"؟

لتحقيق الاستقرار في ظاهرة الاحتباس الحراريعلى أي مستوى ، من الضروري القضاء على انبعاثات ثاني أكسيد الكربون ، غاز الدفيئة الرئيسي ؛ الحد منها لا يكفي. الغازات الدفيئة الأخرى مثل الميثان تحتاج أيضًا إلى أن تكون محدودة.

ومع ذلك ، في قطاعات مثل الزراعة والطيران ، قد لا تكون الانبعاثات الصفرية ممكنة. لذلك ، فإن النهج الوحيد هو استخراج ما يكفي من غازات الاحتباس الحراري من الغلاف الجوي لموازنة الانبعاثات المتبقية - بحيث تصل الانبعاثات إلى "صافي الصفر".

إذا كانت القيم المتطرفة السلبية والإيجابيةمتوازن ، الاحتباس الحراري يجب أن يستقر. حاليًا ، ثاني أكسيد الكربون هو غاز الدفيئة الوحيد الذي له انبعاثات سلبية محتملة على نطاق واسع.

كم هو مطلوب ومتى؟

فريق الخبراء الحكومي الدولي المعنيأصدرت الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC) تقريرًا تاريخيًا في عام 2018 يحدد ما يجب على الحكومات فعله لتنفيذ اتفاقية باريس. ذكرت الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ أن الوصول إلى هدف 1.5 درجة مئوية يعني تحقيق صافي انبعاثات ثاني أكسيد الكربون صفريًا في جميع أنحاء العالم بحلول منتصف القرن تقريبًا ، جنبًا إلى جنب مع تخفيضات كبيرة في غازات الاحتباس الحراري الأخرى ، ومن شبه المؤكد أن الانبعاثات السلبية ستكون مطلوبة.

كم سيستغرق الأمر سيعتمد علىإلى أي مدى وصلنا إلى الحد من الانبعاثات. كما سيعتمد على ما إذا كان الاحترار سيطلق غازات الدفيئة في الهواء ، على سبيل المثال عن طريق إطلاق غاز الميثان المحاصر في التربة الصقيعية.

يعد استخدام الوقود الحيوي ضروريًا لتحقيق الأهداف المناخية

قال العلماء أنه بسبب التأخير الحالي فيستحتاج المعركة ضد تغير المناخ إلى اتخاذ موقف أكثر استباقية بشأن الوقود الحيوي وتقنيات الانبعاثات السلبية الأخرى إذا أرادت دول مثل الولايات المتحدة الحد من تأثير الاحتباس الحراري إلى 1.5 درجة مئوية فوق مستويات ما قبل الصناعة.

"إذا أردنا تحقيق هذا الهدف ، فنحنوقال فيلد "هناك بالفعل حاجة لنشر بدائل للوقود الأحفوري في أسرع وقت ممكن". وأضاف أنه من الضروري إزالة التلوث الكربوني من الغلاف الجوي وتقليل الانبعاثات التاريخية.

القضاء على التلوث الكربوني فكرةالتي نوقشت على نطاق واسع منذ إبرام اتفاق باريس بموجب اتفاقية الأمم المتحدة الإطارية بشأن تغير المناخ في عام 2016.

قال فيلد: "سنبدأ في إزالة التلوث الكربوني الذي حدث في الماضي لأننا نخفض انبعاثاتنا ببطء شديد".

هناك طرق مختلفة لإنجاز هذا التنظيف ، أبسطها هو زراعة الأشجار لتخزين المزيد من الكربون على الأرض.

يتم وصف البدائل الأخرى وتحليلها فيالبحث ، بما في ذلك استخدام الوقود الحيوي سالب الكربون. تقوم النباتات بسحب الكربون من الغلاف الجوي لتنمو ، ويستخدم الكربون في صنع أنسجة النبات.

إذا تم جمع هذه المواد النباتية وتحويلها إلى طاقة ، يمكن التقاط بعض المنتجات الثانوية الناتجة عن ثاني أكسيد الكربون وضخها تحت الأرض لتخزينها في آبار النفط المستنفدة أو التكوينات الجيولوجية الأخرى بدلاً من إعادتها إلى الغلاف الجوي.

وبالمثل ، فإن الوقود الحيوي السليلوزيجذابة لأنها يمكن أن تساعد في تقليل استخدام الوقود الأحفوري في الطيران والشحن والشاحنات ، في جميع المناطق التي يصعب فيها الانتقال إلى الكهرباء.

من الآن فصاعدًا ، يأمل فريق البحث في توسيع نطاق النماذج الخاصة بهم لتوسيع نطاقها على المستوى الوطني ، بدلاً من النظر إلى عدد قليل من المواقع المحددة في جميع أنحاء البلاد.

"على نطاق صغير ، هناك الكثيرعناصر للاستخدام المستقبلي للوقود الحيوي المتقدم ، استنتج العلماء. "الحيلة هي أن نجمع كل هذه القطع معًا ونتأكد من استمرارنا في الحصول على الدعم حتى يتمكن من الازدهار والارتفاع حتى عندما تكون أسعار الغاز منخفضة نسبيًا كما هي الآن."

اقرأ أيضا

شاهد أين تطير عربة المثابرة الآن

يرى علماء الفلك كيف يصدر الثقب الأسود أشعة جاما الوامضة

ستنهي روسيا حوض الاستحمام الذي غرق في قاع خندق ماريانا