מהם דלקים ביולוגיים?
דלקים מוצקים, נוזליים או גזיים שהתקבלו לאחרונה יחסית
באופן כללי, דלקים ביולוגיים הם לרובמשמש להפעלת רכבים, חימום בתים ובישול. ענף הדלק הביולוגי מתרחב באירופה, אסיה ואמריקה. הטכנולוגיה האחרונה שפותחה במעבדה הלאומית של לוס אלמוס אף ממירה את הזיהום לדלקים ביו מתחדשים. דלקים אגרו הם דלקים ביולוגיים המופקים מגידולים מסוימים ולא מפסולת כמו פליטת גזים להטמנה או שמן צמחי מעובד.
ישנן שתי אסטרטגיות ייצור נפוצותאגרו-דלקים נוזליים וגזים. האחת היא לגדל יבולים עתירי סוכר (קנה סוכר, סלק סוכר, וסורגום מתוק) או עמילן (תירס), ואז להשתמש בתסיסה שמרים לייצור אלכוהול אתילי (אתנול). השנייה היא גידול צמחים המכילים כמויות גדולות של שמן צמחי, כמו דקל שמן, פולי סויה, אצות, ג'טרופה או פונגמיה פינטה. כאשר מחממים שמנים אלה צמיגותם יורדת וניתן לשרוף אותם ישירות במנוע דיזל, או לטפל בהם כימית לייצור דלקים כמו ביו-דיזל. ניתן להמיר עץ ותוצרי הלוואי שלו לדלקים ביולוגיים כמו גז עץ, מתנול או אתנול. אפשר גם לייצר אתנול תאית מחלקים צמחיים בלתי אכילים, אך זה יכול להיות קשה כלכלית.
משמש גם ביומסה מוצקה. ניתן לייבש, לגרגר ולשרוף חומרים רבים, כגון עץ ודשא; זה יכול לשמש לייצור אנרגיה. למרות שזה מייצר קצת קלינקר, פחות אנרגיה משמשת בטיפול, מה שעלול לגרום ליעילות כוללת גבוהה יותר. Clinker הוא תוסף חזק ועמיד בפני כפור, מוצר ידידותי לסביבה המתקבל מחרסות פצלים עקשן מיוחדות ונורה בטמפרטורות של עד 1200 מעלות צלזיוס.
פיתוח מודלים ליצירת דלקים ביולוגיים
ג'ון פילד, עמית מחקר, מעבדת אקולוגיהמשאבי טבע ב- CSU אמרו כי היה זה מאתגר להפגין את הכדאיות המסחרית של דלקים ביולוגיים תאיים שנוצרו באמצעות חלקי צמח בלתי אכילים לפני ייצור דלק ביולוגי. עשב חיטה, עשב ילידי שנמצא באזורים רבים בצפון אמריקה, הוא המועמד המוביל לייצור בר קיימא של חומר צמחי.
צוות המחקר השתמשדוגמנות לתכניות גידול דוחן, ייצור דלק ביולוגי תאית, לכידת ואחסון פחמן, מעקב אחר מערכות אקולוגיות ושטפי פחמן. לאחר מכן השוו המדענים דוגמנות זו לדרכים אלטרנטיביות לאגירת פחמן על פני האדמה, כולל גידול יערות או שטחי עשב.
מהו לכידת ואחסון פחמן?
לכידה ואחסון פחמןלכידה ואחסון פחמן (CCS) היא טכנולוגיה שיכולה ללכוד עד 90% מפליטות הפחמן הדו-חמצני (CO2) הנוצרות משימוש בדלקים מאובנים בייצור חשמל ותהליכים תעשייתיים, ולמנוע פחמן דו-חמצני לחדור לאטמוספירה. בנוסף, שימוש ב-CCS עם ביומסה מתחדשת היא אחת מהטכנולוגיות הבודדות להפחתת פחמן שניתן להשתמש בהן בצורה "שלילית לפחמן" - הסרה יעילה של פחמן דו חמצני מהאטמוספרה.
שרשרת CCS מורכבת משלושה חלקים:לכידת פחמן דו חמצני, הובלת פחמן דו חמצני ואחסון מאובטח של פליטת פחמן דו חמצני מתחת לאדמה בשדות נפט וגז מדוללים או באקוויפרים מלוחים עמוקים.
ראשית, לכידת טכנולוגיה מאפשרת הפרדהפחמן דו חמצני מגזים הנוצרים במהלך ייצור חשמל ותהליכים תעשייתיים באחת משלוש דרכים: לכידה לפני בעירה, לכידה לאחר בעירה ושריפת דלק חמצן.
לאחר מכן מועבר פחמן דו חמצניצינור או על ספינה לאחסון בטוח. מיליוני טונות של פחמן דו חמצני כבר מועברים באופן מסחרי מדי שנה באמצעות משאיות טנקים, ספינות וצינורות. לארה"ב יש 40 שנות ניסיון בהובלת פחמן דו חמצני דרך צינורות לפרויקטים משופרים של שחזור נפט.
לאחר מכן מאוחסן הפחמן הדו-חמצני בסלעים גיאולוגיים שנבחרו בקפידה, אשר בדרך כלל ממוקמים כמה קילומטרים מתחת לפני האדמה.
בכל שלב של רשת CCS, מייצור ועדבתעשייה, עומדים לרשות התעשייה מספר תהליכים נחקרים היטב, אשר בעלי ביצועים מצוינים בתחום הבריאות והבטיחות. פריסה מסחרית של CCS תכלול אימוץ נרחב של טכניקות CCS אלה, בשילוב טכניקות פיקוח חזקות ורגולציה ממשלתית.
שימוש בטכנולוגיה לייצור דלק ביולוגי
טכנולוגיות לכידת ואחסון פחמןמשמשים לפחות במפעל אחד באילינוי שמעבד תירס כדלק ביולוגי קונבנציונאלי לייצור אתנול, אך מערכות אלה אינן נפוצות עדיין. כחלק מהמחקר, מדענים יצרו מודלים להדמיה כיצד היה נראה במפעל לעיבוד דלק ביולוגי תאית.
מחזור מחזור מחדש של פחמןאדמה שהוסבה מייצור חקלאי (משמאל) או שהוסבה לעיבוד דוחן לייצור דלקים ביולוגיים שליליים מפחמן (מימין). קרדיט: ג'ון פילד.
"גילינו שכמחצית מהפחמןהדוחן שנכנס לבית הזיקוק הופך למוצר לוואי שניתן להשתמש בו ללכידת ואחסון פחמן, "אומרים המדענים. זרמי תוצר לוואי דו-תחמוצת הפחמן הדו-חמצני הגבוהים שנוצרו לא ידרשו הפרדה או טיהור משמעותיים לפני האחסון מתחת לפני הקרקע.
צוות המחקר ניתח שלושהמחקרי מקרה שונים בארצות הברית ומצאו כי באדמות בהן חקלאים או מנהלי קרקעות עברו מגידול יבולים או שמרו על מרעה לרעה, לגידול דוחן לייצור אתנול תאית היה פוטנציאל להפחית את ההשפעות לדונם, בהשוואה ליערות מחדש, יותר משחזור אדמות עשב ... (דונם גדול פי שניים וחצי מגודל מגרש כדורגל ממוצע.)
שטפי פחמן אקולוגיים מעוצבים עבורתרחישים שונים לשימוש בקרקע. היסטוגרמה מוערמת המציגה הערכות של DayCent לגבי תשומות הפחמן במערכת האקולוגית דרך NPP (סורגים ורודים) והפסדי פחמן כוללים דרך Rh (סורגים לבנים) ותשואה (Harv) של דוחן (סורגים כחולים) ועץ (סורגים ירוקים) עבור BP ללימודי מקרה בניו יורק (ניו יורק), איווה (איווה) ולואיזיאנה (לוס אנג'לס). ה- NECB שהתקבל מסומן ביהלומים ירוקים, עם ערכים חיוביים המצביעים על עלייה באחסון הפחמן במערכת האקולוגית. התוצאות הן ממוצעים שנתיים בשלושים השנים הראשונות של הדוגמנות
המדענים ציינו שכמה ביקורות ידועות על דלק ביולוגי הניעו אותם ללמוד.
"הניתוח שלנו מראה כי אקלים גדולניתן להשיג יתרונות באמצעות דלק ביולוגי אם הכוונה היא לעשות זאת, "אמר לי לינד, מחבר משותף, ופול א 'וג'ואן ה. קינו, פרופסורים נכבדים להנדסה סביבתית במכללת דארטמות'.
מהן פליטות שליליות ו"אפס נטו"?
"פליטות שליליות" - צריכת גזי חממהמהאטמוספרה - ככל הנראה תידרש לייצב את ההתחממות הגלובלית ב -1.5 מעלות צלזיוס, מטרה שאפתית שהממשלות קיבלו על עצמה בהסכם פריז.
ישנן שתי גישות עיקריות - פתרונות עבוראקלים טבעי (NCS) וטכנולוגיית פליטה שלילית (NET). לשניהם מגבלות על כמה אתה יכול לפרוס וייתכנו חסרונות.
מדוע "מתעללים שליליים"?
לייצב את ההתחממות הגלובלית מאתבכל רמה, יש צורך לבטל פליטת פחמן דו חמצני, גז החממה העיקרי; הקטנתם אינה מספיקה. גם גזי חממה אחרים כמו מתאן צריכים להיות מוגבלים.
עם זאת, בענפים כמו חקלאותתעופה, יתכן ואפשר פליטת אפס. לכן הגישה היחידה היא להפיק מספיק גזי חממה מהאטמוספרה כדי לאזן את פליטות הנותרים - כך שהפליטות יגיעו לאפס "נטו".
אם מתעללים שליליים וחיובייםההתחממות הגלובלית מאוזנת צריכה להתייצב. נכון לעכשיו, גז החממה היחיד עם פליטות שליליות אפשריות בקנה מידה הוא פחמן דו חמצני.
כמה צריך ומתי?
קבוצת מומחים בין-ממשלתית בנושאשינויי אקלים (IPCC) פרסמו דו"ח ציון דרך בשנת 2018 המתאר מה על ממשלות לעשות כדי ליישם את הסכם פריז. ה-IPCC אמר כי השגת היעד של 1.5 מעלות צלזיוס כרוכה בהשגת פליטת CO2 אפסית נטו ברחבי העולם בסביבות אמצע המאה, יחד עם הפחתה משמעותית בגזי חממה אחרים, וכי כמעט בוודאות יידרשו פליטות שליליות.
כמה ייקח תלויכמה רחוק הגענו להפחתת פליטות. זה יהיה תלוי גם אם ההתחממות תשחרר גזי חממה לאוויר, למשל על ידי שחרור מתאן שנלכד בפקפרפר.
דלקים ביולוגיים חיוניים בכדי לעמוד ביעדי האקלים
המדענים אמרו כי בגלל העיכובים הנוכחייםהמאבק נגד שינויי האקלים יצטרך לנקוט עמדה יוזמת יותר על דלקים ביולוגיים וטכנולוגיות פליטה שליליות אחרות, אם מדינות כמו ארצות הברית תרצו להגביל את השפעת ההתחממות הגלובלית ל -1.5 מעלות צלזיוס מעל לרמות הטרום-תעשייתיות.
"אם אנו רוצים להשיג מטרה זו, אנובאמת יש צורך לפרוס אלטרנטיבות לדלקים מאובנים בהקדם האפשרי, "אמר פילד. הוא הוסיף כי יש צורך להסיר זיהום פחמן מהאטמוספרה ולהפחית את הפליטות ההיסטוריות.
ביטול זיהום הפחמן הוא רעיוןשנדון בהרחבה מאז כריתת הסכם פריז במסגרת אמנת המסגרת של האו"ם בנושא שינויי אקלים בשנת 2016.
"אנו מתחילים לנקות את זיהום הפחמן שקרה בעבר מכיוון שאנו מפחיתים את הפליטות שלנו לאט מדי," אמר פילד.
ישנן דרכים שונות לבצע ניקוי זה, שהפשוט ביותר הוא לגדל עצים לאגור יותר פחמן בשטח.
אלטרנטיבות אחרות מתוארות ומנותחות ב-מחקר, כולל שימוש בדלקים ביולוגיים שליליים. צמחים מושכים פחמן מהאטמוספרה לגדול, ופחמן משמש לייצור רקמות צמחיות.
אם חומר צמחי זה נאסףלאחר המרה לאנרגיה, ניתן לתפוס חלק מתוצר הלוואי הפחמן הדו-חמצני שנוצר ולהעבירו מתחת לאדמה לאחסון בבארות נפט מדולקות או בתצורות גיאולוגיות אחרות במקום להחזיר אותו לאטמוספירה.
כמו כן, דלקים ביולוגיים תאית הםאטרקטיבי מכיוון שהוא יכול לסייע בצמצום השימוש בדלקים מאובנים בתעופה, שילוח ומשאיות, בכל התחומים בהם המעבר לחשמל קשה.
בצוות המחקר, מקווה צוות המחקר להרחיב את הדוגמניות שלהם לקנה מידה לאומי, במקום לבחון כמה אתרים ספציפיים ברחבי הארץ.
"בקנה מידה קטן, ישנם רביםמסכמים המדענים כי יסודות לשימוש עתידי בדלקים ביולוגיים מתקדמים. "החוכמה היא להרכיב את כל החלקים האלה ולוודא שנמשיך להיות עם תמיכה כך שהיא תוכל לפרוח ולהרקיע שחקים גם כשמחירי הדלק נמוכים יחסית כמו עכשיו."
קרא גם
ראה לאן רודף ההתמדה טס עכשיו
אסטרונומים רואים כיצד חור שחור פולט קרני גמא מהבהבות
רוסיה תסיים סופית את המרחץ הרוח, ששקע לקרקעית תעלת מריאנה