Co jsou to biopaliva?
Tuhá, kapalná nebo plynná paliva získaná z relativně nedávných
Globálně jsou biopaliva nejčastějipoužívá se k pohonu vozidel, vytápění domů a vaření. Průmysl biopaliv expanduje v Evropě, Asii a Americe. Nejnovější technologie vyvinutá v Los Alamos National Laboratory dokonce přeměňuje znečištění na obnovitelná biopaliva. Biopaliva jsou biopaliva, která se vyrábějí z určitých plodin, a nikoli z odpadů, jako jsou plyny ze skládek nebo recyklovaný rostlinný olej.
Existují dvě běžné výrobní strategiekapalná a plynná agropaliva. Jedním z nich je pěstovat plodiny, které mají vysoký obsah cukru (cukrová třtina, cukrová řepa a sladký čirok) nebo škrob (kukuřice), a poté pomocí kvasničné kvasinky vyrobit ethylalkohol (ethanol). Druhým je pěstování rostlin obsahujících velká množství rostlinného oleje, jako jsou olejové palmy, sójové boby, řasy, jatropha nebo pongamia pinnata. Když jsou tyto oleje zahřívány, jejich viskozita klesá a mohou být spáleny přímo v dieselovém motoru nebo mohou být chemicky ošetřeny za vzniku paliv, jako je bionafta. Dřevo a jeho vedlejší produkty lze také přeměnit na biopaliva, jako je dřevní plyn, methanol nebo ethanol. Je také možné vyrobit celulosový ethanol z nejedlých částí rostlin, ale to může být ekonomicky obtížné.
Používá se také pevná biomasa. Mnoho materiálů, jako je dřevo a tráva, lze sušit, granulovat a spálit; může být použit k výrobě energie. Ačkoli to produkuje nějaký slínek, při léčbě se používá méně energie, což může vést k vyšší celkové účinnosti. Slínek je vysoce pevná, mrazuvzdorná přísada, ekologický produkt získaný ze speciálních žáruvzdorných břidlicových jílů a vypalovaný při teplotách do 1200 ° C.
Vývoj modelů pro výrobu biopaliv
John Field, výzkumný pracovník, ekologická laboratořNatural Resources na CSU uvedl, že před výrobou biopaliv je obtížné prokázat komerční životaschopnost celulózových biopaliv vytvořených pomocí nepoživatelných částí rostlin. Wheatgrass, domácí bylina, která se nachází v mnoha částech Severní Ameriky, je předním kandidátem na udržitelnou produkci rostlinného materiálu.
Výzkumný tým použilmodelování programů pěstování proso, produkce celulózových biopaliv, zachycování a ukládání uhlíku, sledování ekosystémů a toky uhlíku. Vědci pak porovnali toto modelování s alternativními způsoby ukládání uhlíku na Zemi, včetně pěstování lesů nebo pastvin.
Co je to zachycování a ukládání uhlíku?
Zachycování a ukládání uhlíku (CCS) je technologie, kterázachycovat až 90 % emisí oxidu uhličitého (CO2) vznikajících při používání fosilních paliv při výrobě energie a průmyslových procesech a zabránit tak pronikání oxidu uhličitého do atmosféry.Kromě toho je využívání CCS s obnovitelnou biomasou jednou z mála technologií snižování emisí uhlíku, které mohoupoužívá se v "uhlíkově negativním" režimu – účinně odstraňuje oxid uhličitý z atmosféry.
Řetězec CCS se skládá ze tří částí: zachycování oxidu uhličitého, transportu oxidu uhličitého a bezpečného ukládání emisí oxidu uhličitého pod zem ve vyčerpaných ropných a plynových polích nebo hlubokých solných vodonosných vrstvách.
Za prvé, technologie zachycování umožňuje separaci oxidu uhličitého z plynů vznikajících při výrobě energie a průmyslových procesech jedním ze tří způsobů: zachycováním před spalováním, zachycováním po spalování a kyslíko-palivovým spalováním.
Oxid uhličitý je poté přepravován potrubím nebo lodí k bezpečnému skladování.Miliony tun oxidu uhličitého jsou již každoročně přepravovány pro komerční účely cisternami, loděmi a potrubími.USA mají 40 let zkušeností s přepravou oxidu uhličitého potrubím pro lepší projekty těžby ropy.
Oxid uhličitý je pak uložen v pečlivě vybraných geologických horninách, které se obvykle nacházejí několik kilometrů pod zemským povrchem.
V každé fázi řetězce CCS, od výroby poskladování má průmysl k dispozici řadu dobře prozkoumaných procesů, které mají vynikající zdravotní a bezpečnostní výkon. Komerční nasazení CCS bude zahrnovat rozsáhlé přijetí těchto technik CCS, kombinované s robustními monitorovacími technikami a vládní regulací.
Využití technologie pro výrobu biopaliv
Technologie zachycování a ukládání uhlíkuse používají v nejméně jedné Illinoisově závodě, která zpracovává kukuřici jako konvenční biopalivo pro výrobu ethanolu, ale tyto systémy dosud nejsou široce přijaty. V rámci studie vědci vytvořili modely, které simulují, jak by to vypadalo v celulózové továrně na zpracování biopaliv.
Zalesňovací cyklus uhlíkupůda přeměněná ze zemědělské produkce (vlevo) nebo přeměněna na kultivační proso za účelem produkce biopaliv negativních na uhlíku (vpravo). Kredit: John Field.
"Zjistili jsme, že asi polovina uhlíku."proso vstupující do rafinérie se stává vedlejším produktem, který lze použít k zachycování a ukládání uhlíku, “říkají vědci. Výsledné toky vedlejšího produktu oxidu uhličitého o vysoké čistotě nebudou vyžadovat významné oddělení nebo čištění před skladováním v podzemí.
Výzkumný tým analyzoval třirůzné případové studie ve Spojených státech a zjistily, že na půdě, kde zemědělci nebo správci půdy přešli z pěstování plodin nebo na ochranu pastvin pro pastvu, měl pěstovací prosa pro výrobu celulózového ethanolu potenciál zmírnit dopady na hektar, srovnatelné s opětovným zalesněním, než obnova pastvin ... (Hektar je asi dva a půlkrát větší než průměrné fotbalové hřiště.)
Modelované toky uhlíku v ekosystému prorůzné scénáře využití půdy. Skládaný histogram zobrazující odhady DayCentu pro uhlíkové vstupy ekosystému prostřednictvím NPP (růžové sloupce) a celkové ztráty uhlíku přes R h (bílé sloupce) a výtěžnost (Harv) proso (modré sloupce) a dřeva (zelené sloupce) pro případové studie BP pro New York (NY), Iowa (Iowa) a Louisiana (Los Angeles). Výsledný NECB je označen zelenými diamanty, přičemž kladné hodnoty znamenají zvýšení ukládání uhlíku v ekosystému. Výsledky jsou roční průměry za prvních 30 let modelování
Vědci poznamenali, že je ke studiu přimělo několik dobře známých kritik biopaliv.
"Naše analýza ukazuje, že velké klimaticképřínosů lze dosáhnout u biopaliv, pokud je to záměrem, “uvedli Lee Lind, spoluautor a Paul E. a Joan H. Keno, význační profesoři environmentálního inženýrství na Dartmouth College.
Co jsou negativní emise a čistá nula?
„Negativní emise“ - příjem skleníkových plynůz atmosféry - bude pravděpodobně nutné stabilizovat globální oteplování o 1,5 stupně Celsia, což je cíl, který vlády přijaly v Pařížské dohodě.
Existují dva hlavní přístupy - řešení propřírodní klima (NCS) a technologie negativních emisí (NET). Obě mají omezení týkající se toho, kolik můžete nasadit, a mohou existovat nevýhody.
Proč „negativní outliers“?
Stabilizovat globální oteplovánína jakékoli úrovni je nutné eliminovat emise oxidu uhličitého, hlavního skleníkového plynu; jejich snížení nestačí. Jiné skleníkové plyny, jako je metan, je také třeba omezit.
Avšak v odvětvích jako zemědělství a zemědělstvíletectví, nulové emise nemusí být možné. Jediným přístupem je proto extrahovat dostatek skleníkových plynů z atmosféry k vyrovnání zbývajících emisí - aby emise dosáhly „čisté nuly“.
Pokud jsou negativní a pozitivní odlehlé hodnotyvyvážené, globální oteplování by se mělo stabilizovat. V současné době je jediným skleníkovým plynem s možnými negativními emisemi na stupnici oxid uhličitý.
Kolik je potřeba a kdy?
Mezivládní panel pro změnu klimatu (IPCC) zveřejnil v roce 2018 přelomovou zprávu , která nastiňuje, co musí vlády udělat, aby Pařížskou dohodu provedly.Mezivládní panel pro změnu klimatu (IPCC) uvedl, že dosažení cíle 1,5 °C předpokládá dosažení nulových čistých emisí CO2 na celém světě přibližně do poloviny století spolu s výrazným snížením dalších skleníkových plynů a že negativní emise budou téměř jistě vyžadovány.
Jak moc to bude záležetjak daleko jsme přišli ke snižování emisí. Bude také záviset na tom, zda oteplování uvolní skleníkové plyny do vzduchu, například uvolněním metanu zachyceného v permafrostu.
Biopaliva jsou nezbytná pro splnění cílů v oblasti klimatu
Vědci uvedli, že kvůli současným zpožděním v roce 2007Boj proti změně klimatu bude muset zaujmout aktivnější postoj k biopalivům a dalším technologiím s negativními emisemi, pokud země, jako jsou Spojené státy, chtějí omezit dopad globálního oteplování na 1,5 stupně Celsia nad úroveň před industrializací.
"Pokud chceme tohoto cíle dosáhnout, my."opravdu je třeba nasadit alternativy k fosilním palivům co nejdříve, “řekl Field. Dodal také, že je nutné odstranit znečištění ovzduší z atmosféry a snížit historické emise.
Odstranění znečištění uhlíkem je nápad, o kterém se od uzavření Pařížské dohody v rámci Rámcové úmluvy OSN o změně klimatu v roce 2016 hodně diskutovalo.
"Začneme čistit znečištění uhlíku, ke kterému došlo v minulosti, protože naše emise snižujeme příliš pomalu," řekl Field.
Existují různé způsoby, jak provést toto vyčištění, z nichž nejjednodušší je pěstovat stromy a ukládat více uhlíku na zemi.
Další alternativy jsou popsány a analyzovány vvýzkum, včetně využití biopaliv negativních na uhlík. Rostliny přitahují uhlík z atmosféry a rostou a uhlík se používá k výrobě rostlinných tkání.
Pokud se tento rostlinný materiál shromažďuje aPři přeměně na energii může být část výsledného produktu oxidu uhličitého zachycena a přečerpána pod zemí do úložiště v ochuzených ropných vrtech nebo jiných geologických formacích, než aby byla odeslána zpět do atmosféry.
Podobně jsou to i celulózová biopalivaatraktivní, protože může pomoci snížit používání fosilních paliv v letectví, lodní dopravě a nákladních automobilech ve všech oblastech, kde je přechod na elektřinu obtížný.
Vědecký tým doufá, že se bude pohybovat vpřed a rozšíří své modelování tak, aby se rozšířilo na celostátní úrovni, než aby se podíval na několik konkrétních míst v celé zemi.
"V malém měřítku je jich mnoho."vědci uzavírají prvky pro budoucí využití pokročilých biopaliv. "Trik spočívá v tom, že všechny tyto kusy spojíme dohromady a ujistíme se, že budeme mít i nadále podporu, aby mohla vzkvétat a prudce stoupat, i když jsou ceny plynu relativně nízké jako dnes."
Přečtěte si také
Podívejte se, kde vytrvalostní rover nyní letí
Astronomové vidí, jak černá díra emituje blikající paprsky gama
Rusko dokončí bathyscaphe, který se potopil na dno mariánského příkopu