Was sind Biokraftstoffe?
Feste, flüssige oder gasförmige Brennstoffe, die erst vor relativ kurzer Zeit gewonnen wurden
Biokraftstoffe sind weltweit am häufigstenWird zum Antreiben von Fahrzeugen, Heizen von Häusern und Kochen verwendet. Die Biokraftstoffindustrie expandiert in Europa, Asien und Amerika. Neuere Technologien, die im Los Alamos National Laboratory entwickelt wurden, wandeln Umweltverschmutzung sogar in erneuerbare Biokraftstoffe um. Agrarkraftstoffe sind Biokraftstoffe, die aus bestimmten Kulturen und nicht aus Abfällen wie Deponiegasemissionen oder verarbeitetem Pflanzenöl hergestellt werden.
Es gibt zwei gängige Produktionsstrategienflüssige und gasförmige Agrotreibstoffe. Eine besteht darin, zuckerreiche Pflanzen (Zuckerrohr, Zuckerrüben und süßer Sorghum) oder Stärke (Mais) anzubauen und dann mithilfe der Hefefermentation Ethylalkohol (Ethanol) herzustellen. Die zweite ist der Anbau von Pflanzen, die große Mengen an Pflanzenöl enthalten, wie Ölpalme, Sojabohnen, Algen, Jatropha oder Pongamia pinnata. Wenn diese Öle erhitzt werden, nimmt ihre Viskosität ab und sie können direkt in einem Dieselmotor verbrannt werden oder sie können chemisch behandelt werden, um Kraftstoffe wie Biodiesel herzustellen. Holz und seine Nebenprodukte können auch in Biokraftstoffe wie Holzgas, Methanol oder Ethanol umgewandelt werden. Es ist auch möglich, Zelluloseethanol aus nicht essbaren Pflanzenteilen herzustellen, dies kann jedoch wirtschaftlich schwierig sein.
Feste Biomasse wird ebenfalls verwendet. Viele Materialien wie Holz und Gras können getrocknet, granuliert und verbrannt werden. es kann verwendet werden, um Energie zu erzeugen. Obwohl dies etwas Klinker erzeugt, wird bei der Behandlung weniger Energie verbraucht, was zu einer höheren Gesamteffizienz führen kann. Klinker ist ein hochfestes, frostbeständiges Additiv, ein umweltfreundliches Produkt, das aus speziellen feuerfesten Schiefer-Tonen gewonnen und bei Temperaturen bis zu 1200 ° C gebrannt wird.
Entwicklung von Modellen zur Herstellung von Biokraftstoffen
John Field, wissenschaftlicher Mitarbeiter, Ecology LabLaut Natural Resources an der CSU war es schwierig, die wirtschaftliche Lebensfähigkeit von Biokraftstoffen auf Zellulosebasis zu demonstrieren, die vor der Herstellung von Biokraftstoffen aus ungenießbaren Pflanzenteilen hergestellt wurden. Weizengras, ein in vielen Teilen Nordamerikas vorkommendes einheimisches Kraut, ist ein führender Kandidat für eine nachhaltige Produktion von Pflanzenmaterial.
Das Forschungsteam verwendetModellierung für Hirseanbau, Zellulose-Biokraftstoffproduktion, Kohlenstoffabscheidung und -speicherung, Ökosystemverfolgung und Kohlenstoffflüsse. Die Wissenschaftler verglichen diese Modellierung dann mit alternativen Methoden zur Speicherung von Kohlenstoff auf der Erde, einschließlich wachsender Wälder oder Graslandschaften.
Was ist Kohlenstoffabscheidung und -speicherung?
Kohlenstoffabscheidung und -speicherungBei der Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (CCS) handelt es sich um eine Technologie, die bis zu 90 % der Kohlendioxidemissionen (CO2) einfangen kann, die durch die Verwendung fossiler Brennstoffe bei der Stromerzeugung und in industriellen Prozessen entstehen, und so verhindert, dass Kohlendioxid in die Atmosphäre gelangt. Darüber hinaus ist die Verwendung von CCS mit erneuerbarer Biomasse eine der wenigen CO2-Reduktionstechnologien, die „kohlenstoffnegativ“ eingesetzt werden kann, indem Kohlendioxid effektiv aus der Atmosphäre entfernt wird.
Die CCS-Kette besteht aus drei Teilen:Kohlendioxidabscheidung, Kohlendioxidtransport und sichere Speicherung von Kohlendioxidemissionen im Untergrund in erschöpften Öl- und Gasfeldern oder tiefen salzhaltigen Grundwasserleitern.
Erstens ermöglicht die Technologieerfassung eine TrennungKohlendioxid aus Gasen, die bei der Stromerzeugung und bei industriellen Prozessen entstehen, auf eine von drei Arten: Abscheidung vor der Verbrennung, Abscheidung nach der Verbrennung und Oxyfuel-Verbrennung.
Dann wird Kohlendioxid durchtransportiertzur sicheren Lagerung in einer Pipeline oder auf einem Schiff transportiert werden. Millionen Tonnen Kohlendioxid werden bereits jedes Jahr kommerziell per Tankwagen, Schiffen und Pipelines transportiert. Die USA verfügen über 40 Jahre Erfahrung im Transport von Kohlendioxid durch Pipelines für Projekte zur verbesserten Ölförderung.
Das Kohlendioxid wird dann in sorgfältig ausgewählten geologischen Gesteinen gespeichert, die sich normalerweise mehrere Kilometer unter der Erdoberfläche befinden.
In jeder Phase der CCS-Kette, von der Produktion bis zurLagerung verfügt die Industrie über eine Reihe von gut erforschten Prozessen, die eine hervorragende Gesundheits- und Sicherheitsleistung aufweisen. Der kommerzielle Einsatz von CCS wird die weit verbreitete Einführung dieser CCS-Techniken in Kombination mit robusten Überwachungstechniken und behördlichen Vorschriften umfassen.
Einsatz von Technologie zur Herstellung von Biokraftstoffen
Technologien zur Kohlenstoffabscheidung und -speicherungwerden in mindestens einer Anlage in Illinois verwendet, in der Mais als herkömmlicher Biokraftstoff zur Herstellung von Ethanol verarbeitet wird. Diese Systeme sind jedoch noch nicht weit verbreitet. Im Rahmen der Studie erstellten Wissenschaftler Modelle, um zu simulieren, wie es in einer Biokraftstoffverarbeitungsanlage auf Zellulosebasis aussehen würde.
Wiederaufforstung KohlenstoffkreislaufLand, das aus landwirtschaftlicher Produktion (links) oder für den Anbau von Hirse zur Herstellung von kohlenstoffnegativen Biokraftstoffen (rechts) umgewandelt wurde. Bildnachweis: John Field.
„Wir haben ungefähr die Hälfte des Kohlenstoffs gefundenDie Hirse, die in die Raffinerie gelangt, wird zu einem Nebenprodukt, mit dem Kohlenstoff abgefangen und gespeichert werden kann “, sagen die Wissenschaftler. Die resultierenden hochreinen Kohlendioxid-Nebenproduktströme erfordern keine signifikante Trennung oder Reinigung vor der Lagerung unter Tage.
Das Forschungsteam analysierte dreiIn verschiedenen Fallstudien in den USA wurde festgestellt, dass auf Land, auf dem Landwirte oder Landverwalter vom Anbau oder auf Weideflächen umgestiegen sind, der Anbau von Hirse für die Ethanolproduktion auf Zellulosebasis das Potenzial hat, die Auswirkungen pro Hektar zu mildern, vergleichbar mit der Wiederaufforstung, mehr als die Wiederherstellung von Grünland ... (Ein Hektar ist ungefähr zweieinhalb Mal so groß wie ein durchschnittliches Fußballfeld.)
Modellierte Ökosystemkohlenstoffflüsse fürverschiedene Landnutzungsszenarien. Gestapeltes Histogramm mit DayCent-Schätzungen des Kohlenstoffeintrags des Ökosystems durch KKW (rosa Balken) und der gesamten Kohlenstoffverluste sowohl durch Rh (weiße Balken) als auch durch den Ertrag (Harv) von Hirse (blaue Balken) und Holz (grüne Balken). für BP für Fallstudien aus New York (NY), Iowa (Iowa) und Louisiana (Los Angeles). Die resultierende NECB ist mit grünen Diamanten markiert, wobei positive Werte auf eine Zunahme der Kohlenstoffspeicherung im Ökosystem hinweisen. Die Ergebnisse sind Jahresdurchschnitte der ersten 30 Jahre der Modellierung
Die Wissenschaftler stellten fest, dass mehrere bekannte Kritikpunkte an Biokraftstoffen sie zu einer Untersuchung veranlassten.
„Unsere Analyse zeigt, dass das Klima groß istMit Biokraftstoffen können Vorteile erzielt werden, wenn dies beabsichtigt ist “, so Lee Lind, Co-Autor, und Paul E. und Joan H. Keno, angesehene Professoren für Umweltingenieurwesen am Dartmouth College.
Was sind negative Emissionen und „Netto-Null“?
"Negative Emissionen" - die Aufnahme von Treibhausgasenaus der Atmosphäre - wahrscheinlich erforderlich, um die globale Erwärmung um 1,5 Grad Celsius zu stabilisieren, ein Ziel, das die Regierungen im Pariser Abkommen übernommen haben.
Es gibt zwei Hauptansätze - Lösungen fürnatürliches Klima (NCS) und negative Emissionstechnologie (NET). Beide haben Einschränkungen hinsichtlich der Bereitstellung und es können Nachteile auftreten.
Warum "negative Ausreißer"?
Stabilisierung der globalen Erwärmung durchAuf jeder Ebene müssen die Emissionen von Kohlendioxid, dem Haupttreibhausgas, beseitigt werden. sie zu reduzieren ist nicht genug. Andere Treibhausgase wie Methan müssen ebenfalls begrenzt werden.
In Sektoren wie Landwirtschaft undLuftfahrt, null Emissionen sind möglicherweise nicht möglich. Daher besteht der einzige Ansatz darin, der Atmosphäre genügend Treibhausgase zu entziehen, um die verbleibenden Emissionen auszugleichen - so dass die Emissionen den „Netto-Nullpunkt“ erreichen.
Wenn negative und positive AusreißerEine ausgewogene globale Erwärmung sollte sich stabilisieren. Derzeit ist Kohlendioxid das einzige Treibhausgas mit potenziellen negativen Emissionen in einer Größenordnung.
Wie viel wird wann benötigt?
Zwischenstaatliche Expertengruppe zuDer Klimawandel (IPCC) veröffentlichte 2018 einen wegweisenden Bericht, in dem dargelegt wurde, was Regierungen tun müssen, um das Pariser Abkommen umzusetzen. Das IPCC sagte, dass die Erreichung des 1,5°C-Ziels das Erreichen von Netto-CO2-Null-Emissionen weltweit bis etwa zur Mitte des Jahrhunderts erfordern würde, zusammen mit erheblichen Reduzierungen anderer Treibhausgase, und dass negative Emissionen mit ziemlicher Sicherheit erforderlich wären.
Wie viel es kostet, hängt davon abWie weit sind wir bei der Reduzierung der Emissionen gekommen? Es hängt auch davon ab, ob durch die Erwärmung Treibhausgase in die Luft freigesetzt werden, beispielsweise durch Freisetzung von im Permafrost eingeschlossenem Methan.
Biokraftstoffe sind unerlässlich, um die Klimaziele zu erreichen
Die Wissenschaftler sagten, dass aufgrund der aktuellen Verzögerungen inDer Kampf gegen den Klimawandel muss eine aktivere Haltung gegenüber Biokraftstoffen und anderen Technologien für negative Emissionen einnehmen, wenn Länder wie die Vereinigten Staaten die Auswirkungen der globalen Erwärmung auf 1,5 Grad Celsius über dem vorindustriellen Niveau begrenzen wollen.
„Wenn wir dieses Ziel erreichen wollen, wirEs ist wirklich notwendig, so schnell wie möglich Alternativen zu fossilen Brennstoffen einzusetzen “, sagte Field. Er fügte hinzu, dass es notwendig ist, die Kohlenstoffverschmutzung aus der Atmosphäre zu entfernen und die historischen Emissionen zu reduzieren.
Die Beseitigung der Kohlenstoffverschmutzung ist eine IdeeDies wurde seit dem Abschluss des Pariser Übereinkommens im Rahmen des Rahmenübereinkommens der Vereinten Nationen über Klimaänderungen im Jahr 2016 ausführlich erörtert.
"Wir werden damit beginnen, die in der Vergangenheit aufgetretene Kohlenstoffverschmutzung zu beseitigen, weil wir unsere Emissionen zu langsam senken", sagte Field.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, um diese Säuberung durchzuführen. Die einfachste besteht darin, Bäume zu züchten, um mehr Kohlenstoff auf dem Boden zu speichern.
Andere Alternativen werden in beschrieben und analysiertForschung, einschließlich der Verwendung von kohlenstoffnegativen Biokraftstoffen. Pflanzen ziehen Kohlenstoff aus der Atmosphäre, um zu wachsen, und Kohlenstoff wird zur Herstellung von Pflanzengewebe verwendet.
Wenn dieses Pflanzenmaterial gesammelt wird undIn Energie umgewandelt, kann ein Teil des entstehenden Kohlendioxid-Nebenprodukts aufgefangen und unterirdisch in erschöpfte Ölquellen oder andere geologische Formationen eingelagert werden, anstatt es in die Atmosphäre zurückzusenden.
Ebenso sind Cellulose-Biokraftstoffeattraktiv, weil es dazu beitragen kann, den Einsatz fossiler Brennstoffe in Luftfahrt, Schifffahrt und Lastkraftwagen in allen Bereichen zu reduzieren, in denen der Übergang zu Elektrizität schwierig ist.
In Zukunft hofft das Forschungsteam, seine Modellierung auf nationaler Ebene zu erweitern, anstatt sich einige spezifische Standorte im ganzen Land anzusehen.
„Im kleinen Maßstab gibt es vieleElemente für die zukünftige Verwendung fortschrittlicher Biokraftstoffe, schließen die Wissenschaftler. "Der Trick besteht darin, all diese Teile zusammenzufügen und sicherzustellen, dass wir weiterhin Unterstützung haben, damit sie gedeihen und in die Höhe schnellen können, selbst wenn die Gaspreise wie jetzt relativ niedrig sind."
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