Mitä ovat biopolttoaineet?
Kiinteät, nestemäiset tai kaasumaiset polttoaineet, jotka on saatu suhteellisen äskettäin
Globaalisti biopolttoaineet ovat yleisimminkäytetään ajoneuvojen virtalähteeseen, kotien lämmitykseen ja ruoanlaittoon. Biopolttoaineteollisuus laajenee Euroopassa, Aasiassa ja Amerikassa. Viimeaikainen Los Alamosin laboratoriossa kehitetty tekniikka muuntaa saastumisen jopa uusiutuviksi biopolttoaineiksi. Agropolttoaineet ovat biopolttoaineita, joita tuotetaan tietyistä viljelykasveista eikä jätteistä, kuten kaatopaikkakaasupäästöistä tai jalostetusta kasviöljystä.
On olemassa kaksi yhteistä tuotantostrategiaanestemäiset ja kaasumaiset agropolttoaineet. Yksi on kasvattaa viljelykasveja, joissa on paljon sokeria (sokeriruoko, sokerijuurikkaat ja makea durra) tai tärkkelystä (maissi), ja käyttää sitten hiiva-käymistä etyylialkoholin (etanoli) tuottamiseksi. Toinen on sellaisten kasvien viljely, jotka sisältävät suuria määriä kasviöljyä, kuten palmuöljy, soijapavut, levät, jatropha tai pongamia pinata. Kun näitä öljyjä kuumennetaan, niiden viskositeetti pienenee ja ne voidaan polttaa suoraan dieselmoottorissa tai ne voidaan kemiallisesti käsitellä polttoaineiden, kuten biodieselin, tuottamiseksi. Puu ja sen sivutuotteet voidaan myös muuntaa biopolttoaineiksi, kuten puukaasuksi, metanoliksi tai etanoliksi. Selluloosaetanolia on myös mahdollista tuottaa syötävistä kasvinosista, mutta tämä voi olla taloudellisesti vaikeaa.
Käytetään myös kiinteää biomassaa.Monet materiaalit, kuten puu ja ruoho, voidaan kuivata, rakeistaa ja polttaa; sitä voidaan käyttää energian tuottamiseen. Vaikka tämä tuottaa jonkin verran klinkkeriä, hoidossa käytetään vähemmän energiaa, mikä voi johtaa korkeampaan yleiseen hyötysuhteeseen. Klinkkeri on erittäin luja, pakkasenkestävä lisäaine, ympäristöystävällinen tuote, joka on saatu erityisistä tulenkestävistä liuskekivisavista ja poltettu jopa 1200 ° C: n lämpötilassa.
Kehitetään malleja biopolttoaineiden luomiseksi
John Field, tutkija, ekologialaboratorioLuonnonvarat CSU: ssa totesi, että oli haastavaa osoittaa selluloosapolttoaineiden kaupallinen elinkelpoisuus, jotka on luotu syötävillä kasvinosilla ennen biopolttoaineiden tuotantoa. Vehnänruoho, kotoperäinen yrtti, jota löytyy monista osista Pohjois-Amerikkaa, on johtava ehdokas kasvimateriaalin kestävään tuotantoon.
Tutkimusryhmä käyttimallintaminen hirssinviljelyjärjestelmille, selluloosapolttoaineiden tuotannolle, hiilen talteenotolle ja varastoinnille, ekosysteemien seurannalle ja hiilivirroille Sitten tutkijat vertasivat tätä mallintamista vaihtoehtoisiin tapoihin varastoida hiiltä maan päälle, mukaan lukien kasvavat metsät tai nurmikot.
Mitä on hiilen talteenotto ja varastointi?
Hiilen talteenotto ja varastointiHiilidioksidin talteenotto ja varastointi (CCS) on tekniikka, jolla voidaan ottaa talteen jopa 90 % fossiilisten polttoaineiden käytöstä sähköntuotannossa ja teollisissa prosesseissa syntyvistä hiilidioksidipäästöistä (CO2), mikä estää hiilidioksidin pääsyn ilmakehään. Lisäksi CCS:n käyttö uusiutuvan biomassan kanssa on yksi harvoista hiilenvähennystekniikoista, joita voidaan käyttää "hiilinegatiivisella" tavalla, joka poistaa tehokkaasti hiilidioksidia ilmakehästä.
CCS-ketju koostuu kolmesta osasta:hiilidioksidin talteenotto, hiilidioksidin kuljetus ja hiilidioksidipäästöjen turvallinen varastointi maan alla köyhtyneillä öljy- ja kaasukentillä tai syvällä suolaisessa pohjavesikerroksessa.
Ensinnäkin teknologian sieppaus mahdollistaa erottamisenhiilidioksidia sähköntuotannon ja teollisten prosessien aikana syntyvistä kaasuista jollakin kolmesta tavasta: esipolton talteenotto, polton jälkeinen talteenotto ja happipoltto.
Hiilidioksidi kuljetetaan sitten läpiputkeen tai laivaan turvalliseen varastointiin. Miljoonia tonneja hiilidioksidia kuljetetaan jo kaupallisesti joka vuosi säiliöautoilla, laivoilla ja putkistoilla. Yhdysvalloilla on 40 vuoden kokemus hiilidioksidin kuljettamisesta putkistojen kautta tehostettuihin öljyn talteenottoprojekteihin.
Hiilidioksidi varastoidaan sitten huolellisesti valittuihin geologisiin kiviin, jotka sijaitsevat yleensä useita kilometrejä maanpinnan alapuolella.
CCS-ketjun jokaisessa vaiheessa tuotannostateollisuuden käytössä on useita hyvin tutkittuja teknologisia prosesseja, joilla on erinomaiset terveys- ja turvallisuusominaisuudet. CCS: n kaupallinen käyttöönotto sisältää näiden CCS-tekniikoiden laajamittaisen käyttöönoton yhdistettynä vankkaan seurantatekniikkaan ja hallituksen sääntelyyn.
Teknologian käyttäminen biopolttoaineiden tuotantoon
Hiilen talteenotto- ja varastointitekniikatkäytetään ainakin yhdessä Illinoisin tehtaassa, joka käsittelee maissia tavanomaisena biopolttoaineena etanolin tuotantoon, mutta näitä järjestelmiä ei ole vielä otettu käyttöön. Osana tutkimusta tutkijat loivat malleja simuloimaan miltä se näyttää selluloosapolttoaineen käsittelylaitoksessa.
Hiilen kierto metsien uudistuksessamaa, joka on muunnettu maataloustuotannosta (vasemmalla) tai muunnettu hirssin viljelyksi hiili-negatiivisten biopolttoaineiden tuottamiseksi (oikealla). Luotto: John Field.
”Huomasimme, että noin puolet hiilestäjalostamoon saapuvasta hirsistä tulee sivutuote, jota voidaan käyttää hiilen talteenottoon ja varastointiin ”, tutkijat sanovat. Tuloksena olevat erittäin puhtaat hiilidioksidisivuvirrat eivät vaadi merkittävää erottamista tai puhdistamista ennen varastointia maan alle.
Tutkimusryhmä analysoi kolmeauseissa tapaustutkimuksissa Yhdysvalloissa ja todettiin, että maassa, jossa maanviljelijät tai maankäyttäjät vaihtoivat viljelystä tai pitivät laiduntamista laiduntamiseksi, hirssin kasvattaminen selluloosaetanolin tuotantoon saattoi lieventää hehtaarikohtaisia vaikutuksia, jotka ovat verrattavissa metsänistutukseen, enemmän kuin niittyjen ennallistaminen ... (Hehtaari on noin kaksi ja puoli kertaa keskimääräisen jalkapallokentän koko.)
Mallinnetut ekosysteemin hiilivirraterilaiset maankäyttöskenaariot. Pinottu histogrammi, joka näyttää DayCent-arviot ekosysteemin hiilipäästöstä ydinvoimalan kautta (vaaleanpunaiset palkit) ja hiilidioksidihäviöistä sekä R h: n (valkoiset palkit) että hirssin (siniset palkit) ja puun (vihreät palkit) saannon (Harv) avulla BP: lle New Yorkissa ( NY), Iowan (Iowa) ja Louisianan (Los Angeles) tapaustutkimukset. Tuloksena oleva NECB on merkitty vihreillä timanteilla, ja positiiviset arvot osoittavat ekosysteemin hiilivaraston lisääntymisen. Tulokset ovat vuosikeskiarvoja mallinnuksen ensimmäisten 30 vuoden ajalta.
Tiedemiehet huomauttivat, että useat biopolttoaineiden tunnetut kritiikit saivat heidät tutkimaan.
"Analyysimme osoittaa, että suuri ilmastohyötyjä voidaan saavuttaa biopolttoaineilla, jos tarkoituksena on tehdä niin ”, kertoivat kirjoittaja Lee Lind ja Paul E. ja Joan H. Keno, Dartmouth Collegen korkeaa ympäristötekniikan professoria.
Mitä ovat negatiiviset päästöt ja "nettonolla"?
"Negatiiviset päästöt" - kasvihuonekaasujen saantiilmakehästä - todennäköisesti vaaditaan ilmaston lämpenemisen vakauttamiseksi 1,5 celsiusasteella, pyrkimyksenä, jonka hallitukset ovat omaksuneet Pariisin sopimuksessa.
Päätapoja on kaksi - ratkaisutluonnollinen ilmasto (NCS) ja negatiivisten päästöjen tekniikat (NET). Molemmilla on rajoituksia sille, kuinka paljon voit käyttää, ja voi olla haittoja.
Miksi "negatiiviset poikkeamat"?
Ilmaston lämpenemisen vakauttamiseksikaikilla tasoilla on tarpeen poistaa hiilidioksidipäästöt, tärkein kasvihuonekaasu; niiden vähentäminen ei riitä. Myös muita kasvihuonekaasuja, kuten metaania, on rajoitettava.
Kuitenkin sellaisilla aloilla kuin maatalous jailmailussa päästöt eivät välttämättä ole mahdollisia. Siksi ainoa lähestymistapa on poimia ilmakehästä riittävästi kasvihuonekaasuja jäljellä olevien päästöjen tasapainottamiseksi, jotta päästöt saavuttavat "nollan".
Jos negatiiviset ja positiiviset poikkeamattasapainoisen, ilmaston lämpenemisen pitäisi vakautua. Hiilidioksidi on tällä hetkellä ainoa kasvihuonekaasu, jolla on mahdollisesti negatiivisia päästöjä.
Kuinka paljon tarvitaan ja milloin?
Hallitustenvälinen asiantuntijaryhmäIlmastonmuutos (IPCC) julkaisi vuonna 2018 merkittävän raportin, jossa hahmotellaan, mitä hallitusten on tehtävä Pariisin sopimuksen täytäntöönpanemiseksi. IPCC sanoi, että 1,5 °C:n tavoitteen saavuttaminen edellyttäisi hiilidioksidipäästöttömyyden saavuttamista maailmanlaajuisesti noin vuosisadan puoliväliin mennessä sekä muiden kasvihuonekaasujen merkittäviä vähennyksiä, ja että negatiivisia päästöjä vaadittaisiin lähes varmasti.
Kuinka paljon se kestää, riippuukuinka pitkälle olemme päässeet päästöjen vähentämisessä. Se riippuu myös siitä, päästääkö lämpeneminen kasvihuonekaasuja ilmaan, esimerkiksi vapauttamalla ikuiseen jäätymään jäänyttä metaania.
Biopolttoaineiden käyttö on välttämätöntä ilmastotavoitteiden saavuttamiseksi
Tutkijat sanoivat, että nykyisten viivästysten vuoksiIlmastonmuutoksen torjunnassa on otettava ennakoivampi kanta biopolttoaineisiin ja muihin negatiivisiin päästötekniikoihin, jos Yhdysvallat, kuten Yhdysvallat, haluavat rajoittaa ilmaston lämpenemisen vaikutuksen 1,5 asteeseen esiteollisuutta edeltävään tasoon nähden.
"Jos haluamme saavuttaa tämän tavoitteen, meon todellakin tarpeen ottaa käyttöön vaihtoehtoja fossiilisille polttoaineille mahdollisimman pian ”, Field sanoi. Hän lisäsi myös, että ilmakehästä on poistettava hiilisaaste ja vähennettävä historiallisia päästöjä.
Hiilipäästöjen poistaminen on ideajosta on keskusteltu laajalti sen jälkeen kun Pariisin sopimus tehtiin ilmastonmuutosta koskevan Yhdistyneiden Kansakuntien puitesopimuksen nojalla vuonna 2016.
"Alamme puhdistaa menneisyydessä tapahtunutta hiilisaastetta, koska leikkaamme päästöjä liian hitaasti", Field sanoi.
On olemassa erilaisia tapoja suorittaa tämä puhdistus, yksinkertaisin tapa on kasvattaa puita varastoimaan enemmän hiiltä maahan.
Muita vaihtoehtoja kuvataan ja analysoidaantutkimus, mukaan lukien hiili-negatiivisten biopolttoaineiden käyttö. Kasvit vetävät hiiltä ilmakehästä kasvamaan, ja hiiltä käytetään kasvikudosten valmistamiseen.
Jos tämä kasvimateriaali kerätään jamuunnettu energiaksi, osa tuloksena olevista hiilidioksidisivutuotteista voidaan siepata ja pumpata maan alle varastoitaviksi köyhdytetyissä öljykaivoissa tai muissa geologisissa muodostelmissa sen sijaan, että se lähetettäisiin takaisin ilmakehään.
Samoin selluloosaiset biopolttoaineet ovathoukutteleva, koska se voi auttaa vähentämään fossiilisten polttoaineiden käyttöä ilmailussa, merenkulussa ja kuorma-autoissa kaikilla alueilla, joilla siirtyminen sähköön on vaikeaa.
Tutkimusryhmä toivoo laajentavansa mallinsa laajentamista kansalliseen mittakaavaan sen sijaan, että tarkastelisi muutamia erityisiä paikkoja ympäri maata.
”Pienessä mittakaavassa niitä on paljonkehittyneiden biopolttoaineiden tulevaa käyttöä varten, tutkijat päättelevät. "Temppu on koota kaikki nämä kappaleet yhteen ja varmistaa, että meillä on edelleen tukea, jotta se voi menestyä ja nousta taivaalle myös silloin, kun kaasun hinnat ovat suhteellisen alhaiset kuin nyt."
Lue myös
Katso, mihin Perseverance-rover lentää nyt
Tähtitieteilijät näkevät, kuinka musta reikä emittoi vilkkuvia gammasäteitä
Venäjä viimeistelee kylpyläkaapin, joka upposi Marianan kaivannon pohjalle