¿Qué son los biocombustibles?
Combustibles sólidos, líquidos o gaseosos obtenidos desde hace relativamente poco tiempo.
A nivel mundial, los biocombustibles sonSe utiliza para alimentar vehículos, calentar hogares y cocinar. La industria de los biocombustibles se está expandiendo en Europa, Asia y América. La tecnología reciente desarrollada en el Laboratorio Nacional de Los Alamos incluso convierte la contaminación en biocombustibles renovables. Los agrocombustibles son biocombustibles que se producen a partir de ciertos cultivos y no a partir de desechos como las emisiones de gases de vertedero o aceite vegetal procesado.
Hay dos estrategias de producción comunesagrocombustibles líquidos y gaseosos. Una es cultivar cultivos con alto contenido de azúcar (caña de azúcar, remolacha azucarera y sorgo dulce) o almidón (maíz) y luego usar la fermentación de levadura para producir alcohol etílico (etanol). El segundo es el cultivo de plantas que contienen grandes cantidades de aceite vegetal, como palma aceitera, soja, algas, jatropha o pongamia pinnata. Cuando estos aceites se calientan, su viscosidad disminuye y pueden quemarse directamente en un motor diesel, o pueden ser tratados químicamente para producir combustibles como el biodiesel. La madera y sus subproductos también se pueden convertir en biocombustibles como gas de madera, metanol o etanol. También es posible producir etanol celulósico a partir de partes de plantas no comestibles, pero esto puede resultar económicamente difícil.
También se utiliza biomasa sólida.Muchos materiales, como la madera y la hierba, se pueden secar, granular e incinerar; se puede utilizar para generar energía. Aunque esto produce algo de clínker, se usa menos energía en el tratamiento, lo que puede resultar en una mayor eficiencia general. El clinker es un aditivo de alta resistencia y resistente a las heladas, un producto ecológico obtenido a partir de arcillas de lutitas refractarias especiales y cocido a temperaturas de hasta 1200 ° C.
Desarrollo de modelos para la creación de biocombustibles
John Field, investigador, laboratorio de ecologíaNatural Resources en CSU, dijo que era un desafío demostrar la viabilidad comercial de los biocombustibles celulósicos hechos de partes de plantas no comestibles antes de la producción de biocombustible. El pasto de trigo, una hierba autóctona que se encuentra en muchas partes de América del Norte, es un candidato líder para la producción sostenible de material vegetal.
El equipo de investigación utilizómodelado para esquemas de cultivo de mijo, producción de biocombustible celulósico, captura y almacenamiento de carbono, seguimiento de ecosistemas y flujos de carbono. Luego, los científicos compararon esta simulación con formas alternativas de almacenar carbono en la tierra, incluido el cultivo de un bosque o pradera.
¿Qué es la captura y almacenamiento de carbono?
Captura y almacenamiento de carbonoLa captura y almacenamiento de carbono (CAC) es una tecnología que puede capturar hasta el 90% de las emisiones de dióxido de carbono (CO2) generadas por el uso de combustibles fósiles en la generación de energía y procesos industriales, evitando que el dióxido de carbono ingrese a la atmósfera. Además, el uso de CAC con biomasa renovable es una de las pocas tecnologías de reducción de carbono que se puede utilizar de manera “carbono negativa”, eliminando efectivamente el dióxido de carbono de la atmósfera.
La cadena CCS consta de tres partes:captura de dióxido de carbono, transporte de dióxido de carbono y almacenamiento seguro de emisiones de dióxido de carbono bajo tierra en campos de petróleo y gas agotados o acuíferos salinos profundos.
Primero, la captura de tecnología permite la separación.dióxido de carbono de los gases generados durante la generación de energía y los procesos industriales de una de tres maneras: captura previa a la combustión, captura posterior a la combustión y combustión de oxicorte.
Luego el dióxido de carbono es transportado a través detubería o en un barco para su almacenamiento seguro. Cada año ya se transportan comercialmente millones de toneladas de dióxido de carbono mediante camiones cisterna, barcos y oleoductos. Estados Unidos tiene 40 años de experiencia en el transporte de dióxido de carbono a través de oleoductos para proyectos mejorados de recuperación de petróleo.
Luego, el dióxido de carbono se almacena en rocas geológicas cuidadosamente seleccionadas, que generalmente se encuentran a varios kilómetros por debajo de la superficie de la tierra.
En cada etapa de la cadena CCS, desde la producción hastaalmacenamiento, la industria tiene una serie de procesos bien estudiados a su disposición que tienen un excelente desempeño en salud y seguridad. El despliegue comercial de CCS incluirá la adopción generalizada de estas técnicas de CCS, combinadas con técnicas de monitoreo robustas y regulaciones gubernamentales.
Usando tecnología para la producción de biocombustibles
Tecnologías de captura y almacenamiento de carbonose utilizan en al menos una planta de Illinois que procesa maíz como biocombustible convencional para producir etanol, pero estos sistemas aún no están muy extendidos. Como parte del estudio, los científicos crearon modelos para simular cómo se vería en una planta de procesamiento de biocombustible celulósico.
Ciclo del carbono en la reforestacióntierra convertida de la producción agrícola (izquierda) o convertida para cultivar mijo para producir biocombustibles negativos en carbono (derecha). Crédito: John Field.
“Descubrimos que aproximadamente la mitad del carbonoel mijo que ingresa a la refinería se convierte en un subproducto que puede usarse para capturar y almacenar carbono ”, dicen los científicos. Las corrientes de subproductos de dióxido de carbono de alta pureza resultantes no requerirán una separación o purificación significativa antes del almacenamiento subterráneo.
El equipo de investigación analizó tresvarios estudios de caso en los Estados Unidos y encontraron que en tierras donde los agricultores o administradores de tierras cambiaron el cultivo de cultivos o retuvieron pastos para pastoreo, el cultivo de mijo para la producción de etanol celulósico tenía el potencial de mitigar los impactos por hectárea, comparable a la reforestación, más que la restauración de pastizales ... (Una hectárea es aproximadamente dos veces y media el tamaño de un campo de fútbol promedio).
Flujos de carbono de los ecosistemas modelados paradiferentes escenarios de uso del suelo. Histograma apilado que muestra las estimaciones de DayCent de la entrada de carbono del ecosistema a través de NPP (barras rosadas) y las pérdidas totales de carbono a través de R h (barras blancas) y rendimiento (Harv) de mijo (barras azules) y madera (barras verdes) para BP para Nueva York ( NY), estudios de caso de Iowa (Iowa) y Louisiana (Los Ángeles). El NECB resultante está marcado con diamantes verdes, con valores positivos que indican un aumento en el almacenamiento de carbono del ecosistema. Los resultados son promedios anuales durante los primeros 30 años de modelado.
Los científicos señalaron que varias críticas bien conocidas a los biocombustibles los impulsaron a estudiar.
“Nuestro análisis muestra que las grandesse pueden lograr beneficios con los biocombustibles si la intención es hacerlo ”, dijeron Lee Lind, coautor, y Paul E. y Joan H. Keno, profesores distinguidos de ingeniería ambiental en Dartmouth College.
¿Qué son las emisiones negativas y el “cero neto”?
"Emisiones negativas": la ingesta de gases de efecto invernaderode la atmósfera, que probablemente sea necesario para estabilizar el calentamiento global en 1,5 grados Celsius, un objetivo al que aspiran los gobiernos en el Acuerdo de París.
Hay dos enfoques principales: soluciones paraclima natural (NCS) y tecnologías de emisión negativa (NET). Ambos tienen limitaciones sobre cuánto puede implementar y puede haber inconvenientes.
¿Por qué "valores atípicos negativos"?
Para estabilizar el calentamiento globalcualquier nivel, es necesario eliminar las emisiones de dióxido de carbono, principal gas de efecto invernadero; reducirlos no es suficiente. También es necesario limitar otros gases de efecto invernadero, como el metano.
Sin embargo, en sectores como la agricultura yaviación, es posible que no se produzcan emisiones cero. Por lo tanto, el único enfoque es extraer suficientes gases de efecto invernadero de la atmósfera para equilibrar las emisiones restantes, de modo que las emisiones lleguen a “cero neto”.
Si son valores atípicos negativos y positivosequilibrado, el calentamiento global debería estabilizarse. Actualmente, el único gas de efecto invernadero con posibles emisiones negativas a gran escala es el dióxido de carbono.
¿Cuánto se necesita y cuándo?
Grupo Intergubernamental de Expertos sobreCambio Climático (IPCC) publicó un informe histórico en 2018 que describe lo que los gobiernos deben hacer para implementar el Acuerdo de París. El IPCC dijo que lograr el objetivo de 1,5°C implicaría alcanzar cero emisiones netas de CO2 a nivel mundial hacia mediados de siglo, junto con reducciones significativas de otros gases de efecto invernadero, y que casi con certeza se requerirían emisiones negativas.
Cuánto se necesita dependerá delo lejos que hemos llegado en la reducción de emisiones. También dependerá de si el calentamiento liberará gases de efecto invernadero en el aire, por ejemplo, liberando metano atrapado en el permafrost.
El uso de biocombustibles es fundamental para alcanzar los objetivos climáticos
Los científicos dijeron que debido a los retrasos actuales enLa lucha contra el cambio climático deberá adoptar una postura más proactiva sobre los biocombustibles y otras tecnologías de emisiones negativas si países como Estados Unidos quieren limitar el impacto del calentamiento global a 1,5 grados Celsius por encima de los niveles preindustriales.
“Si queremos lograr este objetivo,Realmente existe la necesidad de implementar alternativas a los combustibles fósiles tan pronto como sea posible ”, dijo Field. También agregó que es necesario eliminar la contaminación por carbono de la atmósfera y reducir las emisiones históricas.
Eliminar la contaminación por carbono es una ideaque se ha debatido ampliamente desde la celebración del Acuerdo de París en el marco de la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático en 2016.
"Vamos a empezar a limpiar la contaminación por carbono que ha ocurrido en el pasado porque estamos reduciendo nuestras emisiones demasiado lentamente", dijo Field.
Hay diferentes formas de realizar esta limpieza, la más simple de las cuales es cultivar árboles para almacenar más carbono en el suelo.
Otras alternativas se describen y analizan eninvestigación, incluido el uso de biocombustibles negativos en carbono. Las plantas extraen carbono de la atmósfera para crecer y el carbono se utiliza para fabricar tejidos vegetales.
Si este material vegetal se recolecta yconvertido en energía, parte del subproducto de dióxido de carbono resultante se puede capturar y bombear bajo tierra para almacenarlo en pozos de petróleo agotados u otras formaciones geológicas en lugar de enviarlo de regreso a la atmósfera.
Asimismo, los biocombustibles celulósicos sonatractivo porque puede ayudar a reducir el uso de combustibles fósiles en la aviación, el transporte marítimo y los camiones, en todas las áreas donde la transición a la electricidad es difícil.
En el futuro, el equipo de investigación espera expandir su modelo para escalar a nivel nacional, en lugar de mirar algunos sitios específicos en todo el país.
“A pequeña escala, hay muchoselementos para el uso futuro de biocombustibles avanzados, concluyen los científicos. "El truco consiste en juntar todas estas piezas y asegurarnos de que sigamos teniendo apoyo para que pueda prosperar y dispararse incluso cuando los precios de la gasolina estén relativamente bajos como ahora".
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