Cosa sono i biocarburanti?
Combustibili solidi, liquidi o gassosi ottenuti da tempi relativamente recenti
A livello globale, i biocarburanti sono più spessoutilizzato per alimentare veicoli, riscaldare case e cucinare. L'industria dei biocarburanti si sta espandendo in Europa, Asia e America. La recente tecnologia sviluppata presso il Los Alamos National Laboratory converte persino l'inquinamento in biocarburanti rinnovabili. I biocarburanti sono biocarburanti prodotti da determinate colture e non da rifiuti come le emissioni di gas di discarica o l'olio vegetale trasformato.
Esistono due strategie di produzione comunicombustibili agricoli liquidi e gassosi. Uno è quello di coltivare colture ad alto contenuto di zucchero (canna da zucchero, barbabietola da zucchero e sorgo dolce) o amido (mais) e quindi utilizzare la fermentazione del lievito per produrre alcol etilico (etanolo). Il secondo è la coltivazione di piante che contengono grandi quantità di olio vegetale, come palma da olio, semi di soia, alghe, jatropha o pongamia pinata. Quando questi oli vengono riscaldati, la loro viscosità diminuisce e possono essere bruciati direttamente in un motore diesel, oppure possono essere trattati chimicamente per produrre combustibili come il biodiesel. Il legno ei suoi sottoprodotti possono anche essere convertiti in biocarburanti come gas di legno, metanolo o etanolo. È anche possibile produrre etanolo cellulosico da parti di piante non commestibili, ma questo può essere economicamente difficile.
Viene utilizzata anche biomassa solida. Molti materiali, come il legno e l'erba, possono essere essiccati, granulati e bruciati; può essere utilizzato per generare energia. Sebbene questo produca un po 'di clinker, viene utilizzata meno energia nel trattamento, il che può comportare una maggiore efficienza complessiva. Il clinker è un additivo ad alta resistenza, resistente al gelo, un prodotto ecologico ottenuto da speciali argille scistose refrattarie e cotto a temperature fino a 1200 ° C.
Sviluppo di modelli per la creazione di biocarburanti
John Field, ricercatore, laboratorio di ecologiaNatural Resources presso CSU, ha affermato che è difficile dimostrare la fattibilità commerciale dei biocarburanti cellulosici realizzati utilizzando parti di piante non commestibili prima della produzione di biocarburanti. Wheatgrass, un'erba autoctona che si trova in molte parti del Nord America, è un candidato leader per la produzione sostenibile di materiale vegetale.
Il team di ricerca ha utilizzatomodellazione per schemi di coltivazione del miglio, produzione di biocarburanti cellulosici, cattura e stoccaggio del carbonio, monitoraggio dell'ecosistema e flussi di carbonio. Gli scienziati hanno quindi confrontato questa modellazione con modi alternativi di immagazzinare il carbonio sulla terra, comprese le foreste in crescita o le praterie.
Cos'è la cattura e lo stoccaggio del carbonio?
Cattura e stoccaggio del carbonioLa cattura e lo stoccaggio del carbonio (CCS) è una tecnologia in grado di catturare fino al 90% delle emissioni di anidride carbonica (CO2) generate dall'uso di combustibili fossili nella produzione di energia e nei processi industriali, impedendo all'anidride carbonica di entrare nell'atmosfera. Inoltre, l’utilizzo della CCS con biomassa rinnovabile è una delle poche tecnologie di riduzione del carbonio che può essere utilizzata in modo “carbon negative”, rimuovendo efficacemente l’anidride carbonica dall’atmosfera.
La catena CCS è composta da tre parti:cattura dell’anidride carbonica, trasporto di anidride carbonica e stoccaggio sicuro delle emissioni di anidride carbonica nel sottosuolo in giacimenti di petrolio e gas esauriti o in falde acquifere saline profonde.
Innanzitutto, l’acquisizione della tecnologia consente la separazioneanidride carbonica dai gas generati durante la produzione di energia e i processi industriali in tre modi: cattura pre-combustione, cattura post-combustione e combustione con ossitaglio.
L'anidride carbonica viene quindi trasportatain un oleodotto o su una nave per lo stoccaggio sicuro. Milioni di tonnellate di anidride carbonica vengono già trasportate commercialmente ogni anno tramite autocisterne, navi e oleodotti. Gli Stati Uniti hanno 40 anni di esperienza nel trasporto di anidride carbonica attraverso oleodotti per progetti potenziati di recupero del petrolio.
L'anidride carbonica viene quindi immagazzinata in rocce geologiche accuratamente selezionate, che di solito si trovano a diversi chilometri sotto la superficie terrestre.
In ogni fase della filiera CCS, dalla produzione alstoccaggio, l'industria dispone di una serie di processi ben studiati che hanno eccellenti prestazioni in materia di salute e sicurezza. La distribuzione commerciale di CCS includerà l'adozione diffusa di queste tecniche CCS, combinata con solide tecniche di monitoraggio e regolamentazione governativa.
Utilizzo della tecnologia per la produzione di biocarburanti
Tecnologie di cattura e stoccaggio del carboniosono utilizzati in almeno un impianto dell'Illinois che elabora il mais come biocarburante convenzionale per produrre etanolo, ma questi sistemi non sono ancora ampiamente adottati. Nell'ambito dello studio, gli scienziati hanno creato modelli per simulare l'aspetto che avrebbe in un impianto di trasformazione di biocarburanti cellulosici.
Ciclo del carbonio di rimboschimentoterra convertita dalla produzione agricola (a sinistra) o convertita per coltivare il miglio per produrre biocarburanti carbon-negativi (a destra). Credito: John Field.
"Abbiamo scoperto che circa la metà del carbonioil miglio che entra nella raffineria diventa un sottoprodotto che può essere utilizzato per catturare e immagazzinare il carbonio ", dicono gli scienziati. I flussi di sottoprodotti di anidride carbonica ad elevata purezza risultanti non richiederanno una separazione o purificazione significativa prima dello stoccaggio sotterraneo.
Il team di ricerca ne ha analizzati trevari casi di studio negli Stati Uniti e hanno scoperto che su terreni in cui agricoltori o gestori del territorio sono passati dalla coltivazione di colture o dalla conservazione del pascolo per il pascolo, la coltivazione del miglio per la produzione di etanolo cellulosico aveva il potenziale per mitigare gli impatti per ettaro, paragonabili al rimboschimento, più del ripristino dei prati ... (Un ettaro è circa due volte e mezzo la dimensione di un campo di calcio medio.)
Flussi di carbonio dell'ecosistema modellato perdiversi scenari di utilizzo del suolo. Istogramma in pila che mostra le stime DayCent degli input di carbonio dell'ecosistema attraverso NPP (barre rosa) e perdite totali di carbonio attraverso R h (barre bianche) e resa (Harv) di miglio (barre blu) e legno (barre verdi) per BP per gli studi di casi di New York (NY), Iowa (Iowa) e Louisiana (Los Angeles). Il NECB risultante è contrassegnato da diamanti verdi, con valori positivi che indicano un aumento dello stoccaggio del carbonio nell'ecosistema. I risultati sono medie annuali nei primi 30 anni di modellazione
Gli scienziati hanno notato che diverse critiche ben note ai biocarburanti li hanno spinti a studiare.
“La nostra analisi mostra quel grande climai benefici possono essere ottenuti con i biocarburanti se l'intento è di farlo ", hanno detto Lee Lind, coautore, e Paul E. e Joan H. Keno, Distinguished Professors in Environmental Engineering al Dartmouth College.
Cosa sono le emissioni negative e lo “zero netto”?
"Emissioni negative" - l'assunzione di gas a effetto serradall'atmosfera - probabilmente sarà necessario stabilizzare il riscaldamento globale di 1,5 gradi Celsius, un obiettivo ambizioso che i governi si sono assunti nell'accordo di Parigi.
Esistono due approcci principali: soluzioni perclima naturale (NCS) e tecnologia a emissioni negative (NET). Entrambi hanno limitazioni su quanto è possibile distribuire e potrebbero esserci degli svantaggi.
Perché "valori anomali negativi"?
Per stabilizzare il riscaldamento globale entroa qualsiasi livello è necessario eliminare le emissioni di anidride carbonica, principale gas serra; ridurli non è sufficiente. Anche altri gas serra come il metano devono essere limitati.
Tuttavia, in settori come l'agricoltura eaviazione, zero emissioni potrebbe non essere possibile. Pertanto, l'unico approccio è quello di estrarre una quantità sufficiente di gas serra dall'atmosfera per bilanciare le emissioni rimanenti, in modo che le emissioni raggiungano lo "zero netto".
Se valori anomali negativi e positiviequilibrato, il riscaldamento globale dovrebbe stabilizzarsi. Attualmente, l'unico gas serra con potenziali emissioni negative su scala è l'anidride carbonica.
Quanto è necessario e quando?
Gruppo intergovernativo di esperti suNel 2018 l’IPCC (Climate Change) ha pubblicato un rapporto storico che delinea cosa devono fare i governi per attuare l’accordo di Parigi. L’IPCC ha affermato che il raggiungimento dell’obiettivo di 1,5°C comporterebbe l’azzeramento delle emissioni nette di CO2 a livello globale entro la metà del secolo, insieme a riduzioni significative di altri gas serra, e che quasi certamente sarebbero necessarie emissioni negative.
Quanto ci vorrà dipenderàfino a che punto siamo arrivati nella riduzione delle emissioni. Ciò dipenderà anche dal fatto che il riscaldamento rilascerà gas serra nell'aria, ad esempio rilasciando metano intrappolato nel permafrost.
I biocarburanti sono essenziali per raggiungere gli obiettivi climatici
Gli scienziati hanno affermato che a causa degli attuali ritardi inLa lotta al cambiamento climatico dovrà assumere una posizione più proattiva sui biocarburanti e altre tecnologie a emissioni negative se paesi come gli Stati Uniti vogliono limitare l'impatto del riscaldamento globale a 1,5 gradi Celsius sopra i livelli preindustriali.
“Se vogliamo raggiungere questo obiettivo, noic'è davvero bisogno di distribuire alternative ai combustibili fossili il più rapidamente possibile ", ha detto Field. Ha anche aggiunto che è necessario rimuovere l'inquinamento da carbonio dall'atmosfera e ridurre le emissioni storiche.
Eliminare l'inquinamento da carbonio è un'ideache è stato ampiamente discusso dalla conclusione dell'accordo di Parigi nell'ambito della convenzione quadro delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici nel 2016.
"Inizieremo a ripulire l'inquinamento da carbonio che è accaduto in passato perché stiamo tagliando le nostre emissioni troppo lentamente", ha detto Field.
Esistono diversi modi per eseguire questa pulizia, il più semplice dei quali è far crescere alberi per immagazzinare più carbonio sul terreno.
Altre alternative sono descritte e analizzate inricerca, compreso l'uso di biocarburanti carbon-negativi. Le piante estraggono il carbonio dall'atmosfera per crescere e il carbonio viene utilizzato per produrre tessuti vegetali.
Se questo materiale vegetale viene raccolto econvertito in energia, parte del sottoprodotto di anidride carbonica risultante può essere catturato e pompato sottoterra per immagazzinarlo in pozzi petroliferi esauriti o altre formazioni geologiche, invece di rimandarlo nell'atmosfera.
Allo stesso modo, i biocarburanti cellulosici lo sonoattraente perché può aiutare a ridurre l'uso di combustibili fossili nel trasporto aereo, marittimo e camion, in tutte le aree in cui la transizione all'elettricità è difficile.
Andando avanti, il team di ricerca spera di espandere la propria modellazione su scala nazionale, piuttosto che guardare ad alcuni siti specifici in tutto il paese.
“Su piccola scala, ce ne sono moltielementi per il futuro utilizzo di biocarburanti avanzati, concludono gli scienziati. "Il trucco è mettere insieme tutti questi pezzi e assicurarci di continuare ad avere supporto in modo che possa prosperare e salire alle stelle, anche quando i prezzi del gas sono relativamente bassi come adesso".
Leggi anche
Guarda dove sta volando il rover Perseverance
Gli astronomi vedono come un buco nero emette raggi gamma tremolanti
La Russia finalizzerà il batiscafo, che affondò sul fondo della Fossa delle Marianne