Što su biogoriva?
Kruta, tekuća ili plinovita goriva dobivena relativno nedavno
Globalno gledano, biogoriva su najčešćekoristi se za napajanje vozila, grijanje domova i kuhanje. Industrija biogoriva širi se u Europi, Aziji i Americi. Najnovija tehnologija razvijena u Nacionalnom laboratoriju u Los Alamosu čak pretvara zagađenje u obnovljiva biogoriva. Agrogoriva su biogoriva koja se proizvode od određenih usjeva, a ne od otpada kao što su emisije plinova s odlagališta ili prerađeno biljno ulje.
Dvije su uobičajene proizvodne strategijetekuća i plinovita agrogoriva. Jedan je uzgoj usjeva s visokim udjelom šećera (šećerna trska, šećerna repa i slatki sirk) ili škrob (kukuruz), a zatim pomoću fermentacije kvasca proizvodi etilni alkohol (etanol). Drugi je uzgoj biljaka koje sadrže velike količine biljnog ulja, poput uljane palme, soje, algi, jatrofe ili pongamije pinnata. Kada se ta ulja zagriju, njihova viskoznost se smanjuje i mogu se izravno sagorjeti u dizelskom motoru ili se mogu kemijski obraditi za proizvodnju goriva kao što je biodizel. Drvo i njegovi nusproizvodi također se mogu pretvoriti u biogoriva poput drvnog plina, metanola ili etanola. Također je moguće proizvesti celulozni etanol iz nejestivih dijelova biljke, ali to može biti ekonomski teško.
Također se koristi čvrsta biomasa. Mnogi materijali, poput drveta i trave, mogu se osušiti, granulirati i spaliti; može se koristiti za stvaranje energije. Iako se ovim proizvodi malo klinkera, u obradi se koristi manje energije, što može rezultirati većom ukupnom učinkovitošću. Klinker je aditiv visoke čvrstoće, otporan na mraz, ekološki prihvatljiv proizvod dobiven iz posebnih vatrostalnih glina škriljevca i pečen na temperaturama do 1200 ° C.
Razvoj modela za stvaranje biogoriva
John Field, znanstveni novak, Laboratorij za ekologijuNatural Resources iz CSU-a, rekao je da je izazovno pokazati komercijalnu održivost celuloznih biogoriva izrađenih od nejestivih biljnih dijelova prije proizvodnje biogoriva. Pšenična trava, autohtona biljka koja se nalazi u mnogim dijelovima Sjeverne Amerike, vodeći je kandidat za održivu proizvodnju biljnog materijala.
Istraživački tim koji se koristiomodeliranje shema uzgoja prosa, proizvodnje celuloznih biogoriva, hvatanja i skladištenja ugljika, praćenja ekosustava i tokova ugljika. Znanstvenici su zatim ovo modeliranje usporedili s alternativnim načinima skladištenja ugljika na zemlji, uključujući uzgoj šuma ili travnjaka.
Što je hvatanje i skladištenje ugljika?
Hvatanje i skladištenje ugljikaHvatanje i skladištenje ugljika (CCS) tehnologija je koja može uhvatiti do 90% emisija ugljičnog dioksida (CO2) koje nastaju korištenjem fosilnih goriva u proizvodnji električne energije i industrijskim procesima, sprječavajući ulazak ugljičnog dioksida u atmosferu. Dodatno, korištenje CCS-a s obnovljivom biomasom jedna je od rijetkih tehnologija za smanjenje ugljika koja se može koristiti na "ugljično negativan" način—učinkovito uklanjajući ugljični dioksid iz atmosfere.
CCS lanac sastoji se od tri dijela:hvatanje ugljičnog dioksida, transport ugljičnog dioksida i sigurno skladištenje emisija ugljičnog dioksida pod zemljom u iscrpljenim naftnim i plinskim poljima ili dubokim slanim vodonosnicima.
Prvo, hvatanje tehnologije omogućuje odvajanjeugljikov dioksid iz plinova koji nastaju tijekom proizvodnje električne energije i industrijskih procesa na jedan od tri načina: hvatanje prije izgaranja, hvatanje nakon izgaranja i izgaranje kisikom.
Zatim se prenosi ugljični dioksidcjevovod ili na brod radi sigurnog skladištenja. Milijuni tona ugljičnog dioksida već se komercijalno prevoze svake godine kamionima cisternama, brodovima i cjevovodima. SAD ima 40 godina iskustva u transportu ugljičnog dioksida kroz cjevovode za poboljšane projekte izvlačenja nafte.
Zatim se ugljični dioksid pohranjuje u pažljivo odabranim geološkim stijenama, koje se obično nalaze nekoliko kilometara ispod površine zemlje.
U svakoj fazi lanca CCS-a, od proizvodnje doskladište, industrija ima na raspolaganju niz dobro istraženih procesa koji imaju izvrsne zdravstvene i sigurnosne performanse. Komercijalna primjena CCS-a uključivat će široko prihvaćanje ovih CCS tehnika, u kombinaciji s robusnim tehnikama praćenja i vladinim propisima.
Korištenje tehnologije za proizvodnju biogoriva
Tehnologije hvatanja i skladištenja ugljikase koriste u barem jednoj biljci u Illinoisu koja prerađuje kukuruz kao uobičajeno biogorivo za proizvodnju etanola, ali ti sustavi još nisu rašireni. U sklopu studije znanstvenici su stvorili modele koji simuliraju kako bi to izgledalo u pogonu za preradu celuloznog biogoriva.
Ciklus ugljičnog pošumljavanjazemljište pretvoreno iz poljoprivredne proizvodnje (lijevo) ili prerađeno za uzgoj prosa za proizvodnju ugljično negativnih biogoriva (desno). Zasluge: John Field.
“Otkrili smo da oko polovice ugljikaproso koje ulazi u rafineriju postaje nusproizvod koji se može koristiti za hvatanje i skladištenje ugljika ”, kažu znanstvenici. Rezultirajući tokovi nusproizvoda ugljičnog dioksida visoke čistoće neće zahtijevati značajno odvajanje ili pročišćavanje prije skladištenja pod zemljom.
Istraživački tim analizirao je trirazne studije slučaja u Sjedinjenim Državama i otkrile su da je na zemlji gdje su poljoprivrednici ili upravitelji zemljišta prešli s uzgoja usjeva ili zadržali pašu za ispašu, uzgoj prosa za proizvodnju celuloznog etanola mogao ublažiti utjecaje po hektaru, usporedivo s pošumljavanjem, više od obnove travnjaka ... (Hektar je otprilike dva i pol puta veći od prosječnog nogometnog igrališta.)
Modelirani tokovi ugljika u ekosustavu zarazličiti scenariji korištenja zemljišta. Složeni histogram prikazuje DayCent procjene unosa ugljika u ekosustav kroz NPP (ružičaste pruge) i ukupnih gubitaka ugljika kroz R h (bijele trake) i prinos (Harv) prosa (plave pločice) i drva (zelene pločice) za BP za studije slučaja iz New Yorka (NY), Iowe (Iowa) i Louisiane (Los Angeles). Rezultirajući NECB označen je zelenim dijamantima, s pozitivnim vrijednostima koje ukazuju na povećanje skladištenja ugljika u ekosustavu. Rezultati su godišnji prosjeci tijekom prvih 30 godina modeliranja
Znanstvenici su primijetili da ih je nekoliko dobro poznatih kritika biogoriva potaknulo na istraživanje.
“Naša analiza pokazuje da je velika klimatskakoristi se mogu postići biogorivima ako se to želi ", rekli su Lee Lind, koautor, te Paul E. i Joan H. Keno, ugledni profesori inženjerstva zaštite okoliša na Dartmouth Collegeu.
Što su negativne emisije i "neto nula"?
"Negativne emisije" - unos stakleničkih plinovaiz atmosfere - koja će vjerojatno biti potrebna za stabilizaciju globalnog zatopljenja za 1,5 Celzijevih stupnjeva, težnji koji su vlade preuzele Pariškim sporazumom.
Dva su glavna pristupa - rješenja zaprirodna klima (NCS) i tehnologija negativnih emisija (NET). Oboje imaju ograničenja koliko možete rasporediti i možda postoje nedostaci.
Zašto "negativni outliers"?
Da bi se stabiliziralo globalno zagrijavanje dona bilo kojoj je razini potrebno eliminirati emisije ugljičnog dioksida, glavnog stakleničkog plina; njihovo smanjenje nije dovoljno. Ostale stakleničke plinove poput metana također treba ograničiti.
Međutim, u sektorima kao što su poljoprivreda izrakoplovstva, nulta emisija možda neće biti moguća. Stoga je jedini pristup izvući dovoljno stakleničkih plinova iz atmosfere da uravnoteži preostale emisije - tako da emisije dosegnu "neto nulu".
Ako su negativni i pozitivni outliersuravnoteženo globalno zagrijavanje trebalo bi se stabilizirati. Trenutno je jedini staklenički plin s potencijalno negativnim emisijama na ljestvici ugljični dioksid.
Koliko je potrebno i kada?
Međuvladina skupina stručnjaka zaKlimatske promjene (IPCC) objavile su značajno izvješće 2018. u kojemu se navodi što vlade moraju učiniti kako bi provele Pariški sporazum. IPCC je rekao da bi postizanje cilja od 1,5°C uključivalo postizanje nulte neto emisije CO2 na globalnoj razini do sredine stoljeća, zajedno sa značajnim smanjenjem ostalih stakleničkih plinova, te da bi negativne emisije gotovo sigurno bile potrebne.
O tome koliko će trebati ovisit ćedokle smo stigli u smanjenju emisija. Ovisit će i o tome hoće li zagrijavanje ispuštati stakleničke plinove u zrak, na primjer, ispuštanjem metana zarobljenog u vječnom ledu.
Biogoriva su ključna za postizanje klimatskih ciljeva
Znanstvenici su rekli da zbog trenutnih kašnjenja uBorba protiv klimatskih promjena morat će zauzeti proaktivniji stav prema biogorivima i drugim tehnologijama negativnih emisija ako zemlje poput Sjedinjenih Država žele ograničiti utjecaj globalnog zatopljenja na 1,5 stupnjeva Celzija iznad predindustrijske razine.
“Ako želimo postići taj cilj, mizaista postoji potreba da se što prije primene alternative fosilnim gorivima ”, rekao je Field. Također je dodao da je potrebno ukloniti zagađenje ugljikom iz atmosfere i smanjiti povijesne emisije.
Uklanjanje zagađenja ugljikom je idejao čemu se naveliko raspravljalo od zaključenja Pariškog sporazuma prema Okvirnoj konvenciji Ujedinjenih naroda o klimatskim promjenama 2016. godine.
"Počet ćemo s čišćenjem onečišćenja ugljikom koje se dogodilo u prošlosti jer presporo smanjujemo emisije", rekao je Field.
Postoje različiti načini za ovo čišćenje, od kojih je najjednostavniji uzgoj drveća radi skladištenja više ugljika na zemlji.
Ostale mogućnosti opisane su i analizirane uistraživanja, uključujući upotrebu ugljično negativnih biogoriva. Biljke izvlače ugljik iz atmosfere da bi rastao, a ugljik se koristi za stvaranje biljnih tkiva.
Ako se sakuplja ovaj biljni materijal ipretvoreni u energiju, dio nastalog nusproizvoda ugljičnog dioksida može se uhvatiti i pumpati pod zemljom u skladište u iscrpljenim naftnim bušotinama ili drugim geološkim formacijama, umjesto da se pošalje natrag u atmosferu.
Isto tako, celulozna biogoriva jesuatraktivan jer može pomoći u smanjenju upotrebe fosilnih goriva u zrakoplovstvu, brodarstvu i kamionima u svim područjima u kojima je prijelaz na električnu energiju težak.
Krećući se naprijed, istraživački se tim nada da će proširiti svoje modeliranje skaliranjem na nacionalnoj razini, umjesto da istražuje nekoliko specifičnih mjesta u cijeloj zemlji.
“U malim razmjerima ima ih mnogoelementi za buduću upotrebu naprednih biogoriva, zaključuju znanstvenici. "Trik je spojiti sve ove dijelove i osigurati da i dalje imamo potporu kako bi mogla cvjetati i rasti čak i kad su cijene plina relativno niske kao sada."
Pročitajte i
Pogledajte kamo sada leti rover Perseverance
Astronomi vide kako crna rupa emitira trepereće gama zrake
Rusija će dovršiti Bathyscaphe koji je potonuo na dnu Marijanskog rova