Τι είναι τα βιοκαύσιμα;
Στερεά, υγρά ή αέρια καύσιμα που λαμβάνονται από σχετικά πρόσφατα
Σε παγκόσμιο επίπεδο, τα βιοκαύσιμα είναι πιο συχνάχρησιμοποιείται για την τροφοδοσία οχημάτων, τη θέρμανση σπιτιών και το μαγείρεμα. Η βιομηχανία βιοκαυσίμων επεκτείνεται στην Ευρώπη, την Ασία και την Αμερική. Η πρόσφατη τεχνολογία που αναπτύχθηκε στο Εθνικό Εργαστήριο Los Alamos μετατρέπει ακόμη και τη ρύπανση σε ανανεώσιμα βιοκαύσιμα. Τα αγροκαύσιμα είναι βιοκαύσιμα που παράγονται από ορισμένες καλλιέργειες και όχι από απόβλητα, όπως οι εκπομπές αερίων υγειονομικής ταφής ή το μεταποιημένο φυτικό έλαιο.
Υπάρχουν δύο κοινές στρατηγικές παραγωγήςυγρά και αέρια αγροκαύσιμα. Το ένα είναι η καλλιέργεια καλλιεργειών με υψηλή περιεκτικότητα σε ζάχαρη (ζαχαροκάλαμο, ζαχαρότευτλα και γλυκό σόργο) ή άμυλο (καλαμπόκι) και στη συνέχεια χρήση ζύμωσης ζύμης για την παραγωγή αιθυλικής αλκοόλης (αιθανόλη). Το δεύτερο είναι η καλλιέργεια φυτών που περιέχουν μεγάλες ποσότητες φυτικού ελαίου, όπως φοινικέλαιο, σόγια, φύκια, ιατρόφα ή pongamia pinata. Όταν αυτά τα λάδια θερμαίνονται, το ιξώδες τους μειώνεται και μπορούν να καούν απευθείας σε έναν πετρελαιοκινητήρα ή μπορούν να υποστούν χημική επεξεργασία για την παραγωγή καυσίμων όπως το βιοντίζελ. Το ξύλο και τα υποπροϊόντά του μπορούν επίσης να μετατραπούν σε βιοκαύσιμα, όπως αέριο ξύλο, μεθανόλη ή αιθανόλη. Είναι επίσης δυνατή η παραγωγή κυτταρινικής αιθανόλης από μη βρώσιμα μέρη φυτών, αλλά αυτό μπορεί να είναι οικονομικά δύσκολο.
Χρησιμοποιείται επίσης στερεή βιομάζα. Πολλά υλικά, όπως ξύλο και γρασίδι, μπορούν να στεγνώσουν, να κοκκοποιηθούν και να καούν. μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ενέργειας. Αν και αυτό παράγει κάποιο κλίνκερ, λιγότερη ενέργεια χρησιμοποιείται στη θεραπεία, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε υψηλότερη συνολική απόδοση. Το Clinker είναι ένα πρόσθετο υψηλής αντοχής, ανθεκτικό στον παγετό, ένα φιλικό προς το περιβάλλον προϊόν που λαμβάνεται από ειδικούς πυρίμαχους άργιλους σχιστόλιθου και πυροδοτείται σε θερμοκρασίες έως 1200 ° C.
Ανάπτυξη μοντέλων για τη δημιουργία βιοκαυσίμων
John Field, Research Fellow, Ecology LabΟι Φυσικοί Πόροι της CSU, ανέφεραν ότι ήταν δύσκολο να αποδειχθεί η εμπορική βιωσιμότητα των κυτταρινικών βιοκαυσίμων που δημιουργήθηκαν χρησιμοποιώντας μη βρώσιμα μέρη φυτών πριν από την παραγωγή βιοκαυσίμων. Το Wheatgrass, ένα γηγενές βότανο που βρίσκεται σε πολλά μέρη της Βόρειας Αμερικής, είναι ο κορυφαίος υποψήφιος για βιώσιμη παραγωγή φυτικού υλικού.
Η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησεμοντελοποίηση για σχέδια καλλιέργειας κεχριού, παραγωγή κυτταρινικών βιοκαυσίμων, δέσμευση και αποθήκευση άνθρακα, παρακολούθηση οικοσυστημάτων και ροές άνθρακα. Στη συνέχεια, οι επιστήμονες συνέκριναν αυτό το μοντέλο με εναλλακτικούς τρόπους αποθήκευσης άνθρακα στη γη, συμπεριλαμβανομένων των καλλιεργούμενων δασών ή λιβαδιών.
Τι είναι η δέσμευση και αποθήκευση άνθρακα;
Σύλληψη και αποθήκευση άνθρακαΗ δέσμευση και αποθήκευση άνθρακα (CCS) είναι μια τεχνολογία που μπορεί να συλλάβει έως και το 90% των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα (CO2) που παράγονται από τη χρήση ορυκτών καυσίμων στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και στις βιομηχανικές διαδικασίες, αποτρέποντας την είσοδο διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα. Επιπλέον, η χρήση CCS με ανανεώσιμη βιομάζα είναι μία από τις λίγες τεχνολογίες μείωσης του άνθρακα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν με «αρνητικό άνθρακα» - αφαιρώντας αποτελεσματικά το διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα.
Η αλυσίδα CCS αποτελείται από τρία μέρη:δέσμευση διοξειδίου του άνθρακα, μεταφορά διοξειδίου του άνθρακα και ασφαλής αποθήκευση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα υπόγεια σε εξαντλημένα κοιτάσματα πετρελαίου και φυσικού αερίου ή σε βαθιά αλατούχα υδροφορέα.
Πρώτον, η σύλληψη τεχνολογίας επιτρέπει τον διαχωρισμόδιοξείδιο του άνθρακα από αέρια που παράγονται κατά την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και τις βιομηχανικές διεργασίες με έναν από τους τρεις τρόπους: δέσμευση πριν από την καύση, δέσμευση μετά την καύση και καύση οξυγόνου.
Στη συνέχεια μεταφέρεται διοξείδιο του άνθρακααγωγού ή σε πλοίο για ασφαλή αποθήκευση. Εκατομμύρια τόνοι διοξειδίου του άνθρακα μεταφέρονται ήδη εμπορικά κάθε χρόνο με βυτιοφόρα, πλοία και αγωγούς. Οι ΗΠΑ έχουν 40 χρόνια εμπειρίας στη μεταφορά διοξειδίου του άνθρακα μέσω αγωγών για έργα ενισχυμένης ανάκτησης πετρελαίου.
Το διοξείδιο του άνθρακα στη συνέχεια αποθηκεύεται σε προσεκτικά επιλεγμένους γεωλογικούς βράχους, οι οποίοι βρίσκονται συνήθως αρκετά χιλιόμετρα κάτω από την επιφάνεια της γης.
Σε κάθε στάδιο της αλυσίδας CCS, από την παραγωγή έωςαποθήκευση, η βιομηχανία διαθέτει μια σειρά από καλά διερευνημένες διεργασίες που έχουν εξαιρετική απόδοση υγείας και ασφάλειας. Η εμπορική ανάπτυξη του CCS θα περιλαμβάνει την ευρεία υιοθέτηση αυτών των τεχνικών CCS, σε συνδυασμό με ισχυρές τεχνικές παρακολούθησης και κυβερνητικούς κανονισμούς.
Χρήση τεχνολογίας για παραγωγή βιοκαυσίμων
Τεχνολογίες δέσμευσης και αποθήκευσης άνθρακαχρησιμοποιούνται σε τουλάχιστον ένα εργοστάσιο του Ιλλινόις που επεξεργάζεται το καλαμπόκι ως συμβατικό βιοκαύσιμο για την παραγωγή αιθανόλης, αλλά αυτά τα συστήματα δεν έχουν ακόμη υιοθετηθεί ευρέως. Στο πλαίσιο της μελέτης, οι επιστήμονες δημιούργησαν μοντέλα για να προσομοιώσουν πώς θα μοιάζει σε μια μονάδα επεξεργασίας κυτταρινικών βιοκαυσίμων.
Κύκλος άνθρακα αναδάσωσηςγη που μετατράπηκε από τη γεωργική παραγωγή (αριστερά) ή μετατράπηκε σε καλλιέργεια κεχρί για την παραγωγή αρνητικών στον άνθρακα βιοκαυσίμων (δεξιά). Πίστωση: John Field.
«Βρήκαμε ότι περίπου το ήμισυ του άνθρακαΤο κεχρί που εισέρχεται στο διυλιστήριο γίνεται υποπροϊόν που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δέσμευση και αποθήκευση άνθρακα », λένε οι επιστήμονες. Οι προκύπτουσες ροές παραπροϊόντος διοξειδίου του άνθρακα υψηλής καθαρότητας δεν θα απαιτούν σημαντικό διαχωρισμό ή καθαρισμό πριν από την αποθήκευση υπόγεια.
Η ερευνητική ομάδα ανέλυσε τρειςδιάφορες περιπτωσιολογικές μελέτες στις Ηνωμένες Πολιτείες και διαπίστωσαν ότι σε γη όπου οι αγρότες ή οι διαχειριστές γης άλλαξαν από καλλιέργεια καλλιεργειών ή διατηρούσαν βοσκότοπους για βοσκή, η ανάπτυξη κεχρί για παραγωγή κυτταρινικής αιθανόλης είχε τη δυνατότητα να μετριάσει τις επιπτώσεις ανά εκτάριο, συγκρίσιμη με την αναδάσωση, περισσότερο από την αποκατάσταση λιβαδιών ... (Ένα εκτάριο είναι περίπου δυόμισι φορές το μέγεθος ενός μέσου γηπέδου ποδοσφαίρου.)
Μοντελοποιημένες ροές άνθρακα οικοσυστήματος γιαδιαφορετικά σενάρια χρήσης γης. Στοιβασμένο ιστόγραμμα που δείχνει τις εκτιμήσεις του DayCent για τις εισόδους άνθρακα του οικοσυστήματος μέσω NPP (ροζ μπάρες) και τις συνολικές απώλειες άνθρακα τόσο από το R h (λευκές ράβδους) όσο και απόδοσης (Harv) κεχρί (μπλε ράβδους) και ξύλου (πράσινες ράβδους) για τις μελέτες περιπτώσεων BP για τη Νέα Υόρκη (Νέα Υόρκη), την Αϊόβα (Αϊόβα) και τη Λουιζιάνα (Λος Άντζελες). Το προκύπτον NECB σημειώνεται με πράσινα διαμάντια, με θετικές τιμές που δείχνουν αύξηση της αποθήκευσης άνθρακα στο οικοσύστημα. Τα αποτελέσματα είναι ετήσιοι μέσοι όροι κατά τα πρώτα 30 χρόνια μοντελοποίησης
Οι επιστήμονες σημείωσαν ότι αρκετές γνωστές επικρίσεις για τα βιοκαύσιμα τους ώθησαν να μελετήσουν.
«Η ανάλυσή μας δείχνει ότι το μεγάλο κλίμαΤα οφέλη μπορούν να επιτευχθούν με τα βιοκαύσιμα εάν προτίθεται να το πράξει », δήλωσε ο Lee Lind, συν-συγγραφέας, και ο Paul E. και Joan H. Keno, Διακεκριμένοι Καθηγητές Μηχανικών Περιβάλλοντος στο Dartmouth College.
Τι είναι οι αρνητικές εκπομπές και το «καθαρό μηδέν»;
"Αρνητικές εκπομπές" - η πρόσληψη αερίων του θερμοκηπίουαπό την ατμόσφαιρα - πιθανόν να απαιτείται για τη σταθεροποίηση της υπερθέρμανσης του πλανήτη κατά 1,5 βαθμούς Κελσίου, έναν φιλοδοξικό στόχο που έχουν επιτύχει οι κυβερνήσεις στη Συμφωνία του Παρισιού.
Υπάρχουν δύο βασικές προσεγγίσεις - λύσεις γιαφυσικό κλίμα (NCS) και τεχνολογία αρνητικών εκπομπών (NET). Και οι δύο έχουν περιορισμούς στο πόσο μπορείτε να αναπτύξετε και μπορεί να υπάρχουν μειονεκτήματα.
Γιατί οι «αρνητικοί ακροδέκτες»;
Για τη σταθεροποίηση της υπερθέρμανσης του πλανήτη έωςσε οποιοδήποτε επίπεδο, είναι απαραίτητο να εξαλειφθούν οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα, του κύριου αερίου του θερμοκηπίου · δεν είναι αρκετό. Άλλα αέρια θερμοκηπίου όπως το μεθάνιο πρέπει επίσης να είναι περιορισμένα.
Ωστόσο, σε τομείς όπως η γεωργία καιαερομεταφορές, μηδενικές εκπομπές ενδέχεται να μην είναι δυνατές. Επομένως, η μόνη προσέγγιση είναι να εξάγουμε αρκετά αέρια θερμοκηπίου από την ατμόσφαιρα για να εξισορροπήσουμε τις υπόλοιπες εκπομπές - έτσι ώστε οι εκπομπές να φτάσουν στο «καθαρό μηδέν».
Εάν είναι αρνητικά και θετικάισορροπημένη, η υπερθέρμανση του πλανήτη θα πρέπει να σταθεροποιηθεί. Επί του παρόντος, το μόνο αέριο θερμοκηπίου με πιθανές αρνητικές εκπομπές σε κλίμακα είναι το διοξείδιο του άνθρακα.
Πόσο χρειάζεται και πότε;
Διακυβερνητική Ομάδα Εμπειρογνωμόνων γιαΗ Κλιματική Αλλαγή (IPCC) δημοσίευσε μια έκθεση ορόσημο το 2018 που περιγράφει τι πρέπει να κάνουν οι κυβερνήσεις για να εφαρμόσουν τη Συμφωνία του Παρισιού. Η IPCC είπε ότι η επίτευξη του στόχου του 1,5°C θα συνεπαγόταν την επίτευξη καθαρών μηδενικών εκπομπών CO2 παγκοσμίως μέχρι τα μέσα περίπου του αιώνα, μαζί με σημαντικές μειώσεις σε άλλα αέρια θερμοκηπίου και ότι σχεδόν σίγουρα θα απαιτηθούν αρνητικές εκπομπές.
Από το πόσο χρειάζεται θα εξαρτηθείπόσο έχουμε φτάσει στη μείωση των εκπομπών. Εξαρτάται επίσης από το κατά πόσον η θέρμανση θα απελευθερώσει αέρια θερμοκηπίου στον αέρα, για παράδειγμα, απελευθερώνοντας μεθάνιο παγιδευμένο σε permafrost.
Τα βιοκαύσιμα είναι απαραίτητα για την επίτευξη των κλιματικών στόχων
Οι επιστήμονες είπαν ότι λόγω των σημερινών καθυστερήσεωνΗ καταπολέμηση της κλιματικής αλλαγής θα πρέπει να λάβει μια πιο προληπτική στάση για τα βιοκαύσιμα και άλλες τεχνολογίες αρνητικών εκπομπών εάν χώρες όπως οι ΗΠΑ θέλουν να περιορίσουν τον αντίκτυπο της υπερθέρμανσης του πλανήτη σε 1,5 βαθμούς Κελσίου πάνω από τα προ-βιομηχανικά επίπεδα.
«Αν θέλουμε να επιτύχουμε αυτόν τον στόχο, εμείςυπάρχει πραγματικά ανάγκη να αναπτυχθούν εναλλακτικές λύσεις για τα ορυκτά καύσιμα το συντομότερο δυνατό », δήλωσε ο Field. Πρόσθεσε επίσης ότι είναι απαραίτητο να απομακρυνθεί η ρύπανση του άνθρακα από την ατμόσφαιρα και να μειωθούν οι ιστορικές εκπομπές.
Η εξάλειψη της ρύπανσης του άνθρακα είναι μια ιδέαη οποία συζητήθηκε ευρέως από τη σύναψη της συμφωνίας του Παρισιού στο πλαίσιο της Σύμβασης-πλαισίου των Ηνωμένων Εθνών για την αλλαγή του κλίματος το 2016.
«Θα αρχίσουμε να καθαρίζουμε τη ρύπανση του άνθρακα που έχει συμβεί στο παρελθόν επειδή μειώνουμε τις εκπομπές μας πολύ αργά», δήλωσε ο Field.
Υπάρχουν διάφοροι τρόποι για να επιτευχθεί αυτός ο καθαρισμός, ο απλούστερος από τους οποίους είναι η καλλιέργεια δέντρων για την αποθήκευση περισσότερου άνθρακα στο έδαφος.
Άλλες εναλλακτικές λύσεις περιγράφονται και αναλύονται στοέρευνα, συμπεριλαμβανομένης της χρήσης βιοκαυσίμων αρνητικών στον άνθρακα. Τα φυτά τραβούν άνθρακα από την ατμόσφαιρα για να αναπτυχθούν και ο άνθρακας χρησιμοποιείται για την κατασκευή φυτικών ιστών.
Εάν αυτό το φυτικό υλικό συλλέγεται καιμετατραπεί σε ενέργεια, μερικά από τα παραπροϊόντα διοξειδίου του άνθρακα που προκύπτουν μπορούν να συλληφθούν και να αντληθούν υπόγεια σε αποθήκευση σε πετρελαιοπηγές ή άλλους γεωλογικούς σχηματισμούς, αντί να το στείλουν πίσω στην ατμόσφαιρα.
Ομοίως, τα κυτταρινικά βιοκαύσιμα είναιελκυστικό, διότι μπορεί να συμβάλει στη μείωση της χρήσης ορυκτών καυσίμων στην αεροπορία, τη ναυτιλία και τα φορτηγά, σε όλους τους τομείς όπου η μετάβαση στην ηλεκτρική ενέργεια είναι δύσκολη.
Προχωρώντας προς τα εμπρός, η ερευνητική ομάδα ελπίζει να επεκτείνει τη μοντελοποίησή τους σε κλίμακα σε εθνικό επίπεδο, αντί να κοιτάξει μερικούς συγκεκριμένους ιστότοπους σε ολόκληρη τη χώρα.
«Σε μικρή κλίμακα, υπάρχουν πολλάστοιχεία για τη μελλοντική χρήση προηγμένων βιοκαυσίμων, καταλήγουν οι επιστήμονες. "Το κόλπο είναι να συγκεντρώσουμε όλα αυτά τα κομμάτια και να διασφαλίσουμε ότι θα συνεχίσουμε να έχουμε υποστήριξη, ώστε να μπορεί να ευδοκιμήσει και να ανεβεί στα ύψη, ακόμα και όταν οι τιμές του φυσικού αερίου είναι σχετικά χαμηλές όπως είναι τώρα."
Διαβάστε επίσης
Δείτε πού πετάει το Perseverance rover τώρα
Οι αστρονόμοι βλέπουν πώς μια μαύρη τρύπα εκπέμπει ακτίνες γάμμα που τρεμοπαίζουν
Η Ρωσία θα ολοκληρώσει το bathyscaphe, το οποίο βυθίστηκε στο κάτω μέρος της τάφρου Mariana