Hvad er biobrændstoffer?
Faste, flydende eller gasformige brændstoffer opnået fra relativt nylig
Globalt er biobrændstoffer oftestbruges til at drive køretøjer, opvarme hjem og lave mad. Biobrændstofindustrien ekspanderer i Europa, Asien og Amerika. Nylig teknologi udviklet på Los Alamos National Laboratory omdanner endda forurening til vedvarende biobrændstoffer. Agrobrændstoffer er biobrændstoffer, der produceres fra bestemte afgrøder og ikke fra affald, såsom emissioner af lossepladsgas eller forarbejdet vegetabilsk olie.
Der er to almindelige produktionsstrategierflydende og gasformige agrobrændstoffer. Den ene er at dyrke afgrøder med højt sukkerindhold (sukkerrør, sukkerroer og sød sorghum) eller stivelse (majs) og derefter bruge gærfermentering til at producere ethylalkohol (ethanol). Den anden er dyrkning af planter, der indeholder store mængder vegetabilsk olie, såsom oliepalme, sojabønner, alger, jatropha eller pongamia pinata. Når disse olier opvarmes, falder deres viskositet, og de kan brændes direkte i en dieselmotor, eller de kan kemisk behandles for at producere brændstoffer såsom biodiesel. Træ og dets biprodukter kan også omdannes til biobrændstoffer såsom trægas, methanol eller ethanol. Det er også muligt at producere celluloseethanol fra ikke-spiselige plantedele, men dette kan være økonomisk vanskeligt.
Der anvendes også fast biomasse. Mange materialer, såsom træ og græs, kan tørres, granuleres og brændes; det kan bruges til at generere energi. Selvom dette producerer noget klinker, bruges der mindre energi til behandlingen, hvilket kan resultere i højere samlet effektivitet. Clinker er et frostbestandigt additiv med høj styrke, et miljøvenligt produkt fremstillet af specielle ildfaste skiferler og fyret ved temperaturer op til 1200 ° C.
Udvikling af modeller til oprettelse af biobrændstoffer
John Field, stipendiat, økologilaboratoriumNaturressourcer ved CSU sagde, at det var udfordrende at demonstrere den kommercielle levedygtighed af cellulosebiobrændstoffer fremstillet ved hjælp af uspiselige plantedele før produktion af biobrændstof. Hvedegræs, en oprindelig urt, der findes i mange dele af Nordamerika, er en førende kandidat til bæredygtig produktion af plantemateriale.
Forskergruppen brugtemodellering af hirseodlingsordninger, produktion af cellulosebiobrændstof, opsamling og lagring af kulstof, økosystemsporing og kulstofstrømning. Forskerne sammenlignede derefter denne modellering med alternative måder at lagre kulstof på jorden, herunder voksende skove eller græsarealer.
Hvad er kulstofopsamling og -lagring?
Kulstofopsamling og opbevaringCarbon capture and storage (CCS) er en teknologi, der kan opfange op til 90 % af kuldioxidemissioner (CO2) genereret ved brug af fossile brændstoffer i elproduktion og industrielle processer, hvilket forhindrer kuldioxid i at trænge ind i atmosfæren. Derudover er brug af CCS med vedvarende biomasse en af de få kulstofreduktionsteknologier, der kan bruges på en "kulstofnegativ" måde - effektivt fjerner kuldioxid fra atmosfæren.
CCS-kæden består af tre dele:kuldioxidopsamling, kuldioxidtransport og sikker opbevaring af kuldioxidemissioner under jorden i udtømte olie- og gasfelter eller dybe saltvandsmagasiner.
For det første giver teknologiopsamling mulighed for adskillelsekuldioxid fra gasser genereret under elproduktion og industrielle processer på en af tre måder: pre-combustion capture, post-combustion capture og oxyfuel forbrænding.
Derefter transporteres kuldioxid igennemrørledning eller på et skib til sikker opbevaring. Millioner af tons kuldioxid transporteres allerede kommercielt hvert år med tankbiler, skibe og rørledninger. USA har 40 års erfaring med at transportere kuldioxid gennem rørledninger til forbedrede olieudvindingsprojekter.
Kuldioxid lagres derefter i nøje udvalgte geologiske klipper, som normalt ligger flere kilometer under jordens overflade.
På hvert trin i CCS-kæden, fra produktion tilopbevaring, har industrien til rådighed en række velstuderede teknologiske processer, der har fremragende sundheds- og sikkerhedsydelse. Kommerciel implementering af CCS vil omfatte udbredt anvendelse af disse CCS-teknikker kombineret med robuste overvågningsteknikker og regeringsregulering.
Brug af teknologi til produktion af biobrændstof
Kulstofopsamling og lagringsteknologibruges i mindst et Illinois-anlæg, der behandler majs som et konventionelt biobrændstof til produktion af ethanol, men disse systemer er endnu ikke almindeligt anvendt. Som en del af undersøgelsen skabte forskere modeller til at simulere, hvordan det ville se ud i et cellulosebearbejdningsanlæg for biobrændstoffer.
Kulstofcyklus i genplantningjord konverteret fra landbrugsproduktion (til venstre) eller konverteret til at dyrke hirse til at producere kulstofnegative biobrændstoffer (højre). Kredit: John Field.
”Vi fandt ud af, at omkring halvdelen af kulstoffethirse, der kommer ind i raffinaderiet, bliver et biprodukt, der kan bruges til at opsamle og lagre kulstof, ”siger forskerne. De resulterende biproduktstrømme med høj renhed kræver ikke væsentlig adskillelse eller oprensning før opbevaring under jorden.
Forskergruppen analyserede treforskellige casestudier i USA og fandt, at på land, hvor landmænd eller landforvaltere skiftede fra at dyrke afgrøder eller bevare græsgange til græsning, havde dyrkning af hirse til produktion af cellulosethanol potentialet til at afbøde påvirkninger pr. hektar, sammenlignet med genplantning, mere end restaurering af græsarealer ... (En hektar er cirka to og en halv gange størrelsen af en gennemsnitlig fodboldbane.)
Modellerede kulstofstrømme fra økosystemet tilforskellige scenarier for arealanvendelse. Stablet histogram, der viser DayCent-estimater af økosystemets kulstofindgang gennem NPP (lyserøde søjler) og samlede kulstoftab gennem både Rh (hvide søjler) og udbytte (Harv) af hirse (blå søjler) og træ (grønne søjler) for BP for New York ( NY), Iowa (Iowa) og Louisiana (Los Angeles) casestudier. Den resulterende NECB er markeret med grønne diamanter med positive værdier, der indikerer en stigning i økosystemets kulstoflagring. Resultaterne er årlige gennemsnit i de første 30 år af modellering
Forskerne bemærkede, at flere velkendte kritikpunkter af biobrændstoffer fik dem til at studere.
”Vores analyse viser det store klimatiskefordele kan opnås med biobrændstoffer, hvis hensigten er at gøre det, ”sagde Lee Lind, medforfatter, og Paul E. og Joan H. Keno, fremragende professorer i miljøteknik ved Dartmouth College.
Hvad er negative emissioner og "netto nul"?
"Negative emissioner" - indtagelse af drivhusgasserfra atmosfæren - sandsynligvis nødvendigt for at stabilisere den globale opvarmning med 1,5 grader Celsius, et ambitiøst mål, som regeringerne har påtaget sig i Parisaftalen.
Существует два основных подхода — решения для naturligt klima (NCS) og negativ emissionsteknologi (NET). Begge har begrænsninger for, hvor meget du kan implementere, og der kan være ulemper.
Hvorfor “negative outliers”?
At stabilisere den globale opvarmning vedpå ethvert niveau er det nødvendigt at eliminere emissioner af kuldioxid, den vigtigste drivhusgas; det er ikke nok at reducere dem. Andre drivhusgasser som metan skal også begrænses.
I sektorer som f.eks. Landbrug ogluftfart, er nul emission muligvis ikke mulig. Derfor er den eneste tilgang at udvinde tilstrækkelige drivhusgasser fra atmosfæren til at afbalancere de resterende emissioner - således at emissionerne når ”netto nul”.
Hvis negative og positive outliersafbalanceret, global opvarmning bør stabilisere sig. I øjeblikket er den eneste drivhusgas med potentielle negative emissioner på en skala kuldioxid.
Hvor meget er der brug for, og hvornår?
Mellemstatslig ekspertgruppe vedrClimate Change (IPCC) offentliggjorde en skelsættende rapport i 2018, der skitserer, hvad regeringer skal gøre for at implementere Paris-aftalen. IPCC sagde, at opnåelse af 1,5°C-målet ville indebære opnåelse af netto nul CO2-emissioner globalt omkring midten af århundredet sammen med betydelige reduktioner af andre drivhusgasser, og at negative emissioner næsten helt sikkert ville være påkrævet.
Hvor meget det tager, afhænger afhvor langt vi er nået med at reducere emissioner. Det vil også afhænge af, om opvarmning frigiver drivhusgasser i luften, for eksempel ved frigivelse af metan fanget i permafrost.
Biobrændstoffer er afgørende for at nå klimamålene
Forskerne sagde, at på grund af aktuelle forsinkelser iBekæmpelse af klimaforandringer bliver nødt til at tage en mere proaktiv holdning til biobrændstoffer og andre negative emissionsteknologier, hvis lande som USA vil begrænse virkningen af den globale opvarmning til 1,5 grader Celsius over førindustrielle niveauer.
”Hvis vi ønsker at nå dette mål, skal vider er virkelig et behov for at implementere alternativer til fossile brændstoffer så hurtigt som muligt, ”sagde Field. Han tilføjede også, at det er nødvendigt at fjerne kulstofforurening fra atmosfæren og reducere historiske emissioner.
At fjerne kulstofforurening er en idésom er blevet drøftet bredt siden indgåelsen af Parisaftalen i henhold til De Forenede Nationers rammekonvention om klimaændringer i 2016.
”Vi vil begynde at rydde op i kulstofforurening, der er sket tidligere, fordi vi reducerer vores emissioner for langsomt,” sagde Field.
Der er forskellige måder at udføre denne oprydning på, hvor den nemmeste er at dyrke træer for at opbevare mere kulstof på jorden.
Andre alternativer er beskrevet og analyseret iforskning, herunder anvendelse af kulstofnegative biobrændstoffer. Planter trækker kulstof fra atmosfæren for at vokse, og kulstof bruges til at fremstille plantevæv.
Hvis dette plantemateriale opsamles ogkonverteret til energi, kan noget af det resulterende kuldioxidbiprodukt fanges og pumpes under jorden til opbevaring i udtømte oliebrønde eller andre geologiske formationer i stedet for at sende det tilbage til atmosfæren.
Ligeledes er cellulosebiobrændstoffer detattraktivt, fordi det kan hjælpe med at reducere brugen af fossile brændstoffer inden for luftfart, skibsfart og lastbiler i alle områder, hvor overgangen til elektricitet er vanskelig.
Fremadrettet håber forskergruppen at udvide deres modellering til at skalere nationalt snarere end at se på et par specifikke steder over hele landet.
”I lille skala er der mangeelementer til den fremtidige brug af avancerede biobrændstoffer, konkluderer forskerne. "Tricket er at sætte alle disse stykker sammen og sørge for, at vi fortsat har støtte, så den kan blomstre og skyrocket, selv når gaspriserne er relativt lave som nu."
Læs også
Se, hvor Perseverance-roveren flyver nu
Astronomer ser, hvordan et sort hul udsender flimrende gammastråler
Rusland vil færdiggøre Bathyscaphe, der sank til bunden af Mariana-grøften