バイオ燃料とは？
比較的最近に得られた固体、液体、または気体の燃料
世界的に、バイオ燃料は最も頻繁に車両への電力供給、家の暖房、料理に使用されます。バイオ燃料産業はヨーロッパ、アジア、アメリカで拡大しています。ロスアラモス国立研究所で開発された最近の技術は、汚染を再生可能なバイオ燃料にさえ変換します。アグロ燃料は、特定の作物から生産されるバイオ燃料であり、埋立地ガスの排出や処理された植物油などの廃棄物からではありません。
2つの一般的な生産戦略があります液体および気体のアグロ燃料。 1つは、砂糖（サトウキビ、テンサイ、スイートソルガム）またはデンプン（トウモロコシ）が豊富な作物を栽培し、酵母発酵を使用してエチルアルコール（エタノール）を生産することです。 2つ目は、アブラヤシ、大豆、藻類、ジャトロファ、ポンガミアピンナタなどの植物油を大量に含む植物の栽培です。これらのオイルが加熱されると、粘度が低下し、ディーゼルエンジンで直接燃焼したり、化学的に処理してバイオディーゼルなどの燃料を製造したりできます。木材とその副産物は、木材ガス、メタノール、エタノールなどのバイオ燃料に変換することもできます。非食用植物部分からセルロース系エタノールを生産することも可能ですが、これは経済的に難しい場合があります。
固体バイオマスも使用されます。木や草などの多くの材料は、乾燥、造粒、燃焼することができます。エネルギーを生成するために使用できます。これによりクリンカーが生成されますが、処理に使用されるエネルギーが少なくなるため、全体的な効率が高くなる可能性があります。クリンカーは、高強度で耐霜性のある添加剤であり、特殊な耐火性頁岩粘土から得られ、1200°Cまでの温度で焼成される環境に優しい製品です。
バイオ燃料の作成のためのモデルの開発
ジョンフィールド、リサーチフェロー、エコロジーラボCSUの天然資源は、バイオ燃料の生産前に、食べられない植物の部分を使用して作成されたセルロース系バイオ燃料の商業的実行可能性を実証することは困難であると述べました。北米の多くの地域で見られる在来のハーブであるウィートウッドは、植物材料の持続可能な生産の有力な候補です。
使用した研究チームキビ栽培スキーム、セルロース系バイオ燃料生産、炭素の回収と貯蔵、生態系の追跡、炭素フラックスのモデリング。その後、科学者たちはこのモデリングを、森林や草地の成長など、地球上に炭素を貯蔵する別の方法と比較しました。
炭素の回収と貯留とは何ですか？
二酸化炭素の回収と貯蔵炭素回収・貯留 (CCS) は、発電や工業プロセスでの化石燃料の使用によって生成される二酸化炭素 (CO2) 排出量の最大 90% を回収し、二酸化炭素が大気中に入るのを防ぐことができる技術です。さらに、再生可能バイオマスで CCS を使用することは、大気から二酸化炭素を効果的に除去する「カーボン ネガティブ」な方法で使用できる数少ない炭素削減技術の 1 つです。
CCS チェーンは 3 つの部分で構成されます。二酸化炭素の回収、二酸化炭素の輸送、そして枯渇した油田やガス田、または深部の塩分帯水層における二酸化炭素排出の地下の安全な貯蔵。
まず、テクノロジーのキャプチャにより分離が可能になります発電および工業プロセス中に発生するガスから二酸化炭素を、燃焼前回収、燃焼後回収、酸素燃料燃焼の 3 つの方法のいずれかで回収します。
二酸化炭素は次に輸送されます。パイプラインまたは船上で安全に保管します。すでに毎年何百万トンもの二酸化炭素がタンクローリー、船舶、パイプラインによって商業輸送されています。米国には、石油回収プロジェクトの強化のためにパイプラインを通じて二酸化炭素を輸送してきた 40 年の経験があります。
その後、二酸化炭素は慎重に選択された地質岩に貯蔵されます。これらの岩は通常、地表から数キロ下にあります。
生産から生産まで、CCSチェーンのすべての段階でストレージ、業界は、優れた健康と安全性能を備えた多くのよく研究された技術プロセスを自由に利用できます。 CCSの商用展開には、堅牢な監視技術と政府規制を組み合わせた、これらのCCS技術の広範な採用が含まれます。
バイオ燃料生産のための技術の使用
炭素回収および貯留技術トウモロコシを従来のバイオ燃料として処理してエタノールを生産するイリノイ州の少なくとも1つのプラントで使用されていますが、これらのシステムはまだ普及していません。研究の一環として、科学者は、セルロース系バイオ燃料処理プラントでどのように見えるかをシミュレートするモデルを作成しました。
森林再生における炭素循環農業生産から転換された土地（左）、またはキビを栽培して炭素陰性バイオ燃料を生産するために転換された土地（右）。クレジット：ジョンフィールド。
「炭素の約半分が製油所に入るキビは、炭素を捕獲して貯蔵するために使用できる副産物になります」と科学者は言います。結果として得られる高純度の二酸化炭素副産物の流れは、地下に貯蔵する前に大幅な分離や精製を必要としません。
研究チームは3つを分析しました米国でのさまざまな事例研究では、農民や土地管理者が作物栽培から切り替えたり、放牧のために牧草地を維持したりした土地では、セルロース系エタノール生産のためにキビを栽培することで、草地の回復よりも、森林再生に匹敵する1ヘクタールあたりの影響を軽減できる可能性があることがわかりました。 ..。。 （1ヘクタールは平均的なサッカー場の約2.5倍の大きさです。）
のモデル化された生態系炭素フラックスさまざまな土地利用シナリオ。ニューヨークのBPのキビ（青いバー）と木材（緑のバー）のR h（白いバー）と収量（Harv）の両方によるNPP（ピンクのバー）による生態系炭素入力と総炭素損失のDayCent推定値を示す積み上げヒストグラム（ NY）、アイオワ（アイオワ）、ルイジアナ（ロサンゼルス）のケーススタディ。結果として得られるNECBは緑色のひし形でマークされ、正の値は生態系の炭素貯蔵の増加を示します。結果は、モデリングの最初の30年間の年平均です。
科学者らは、バイオ燃料に対するいくつかのよく知られた批判が研究のきっかけになったと指摘した。
「私たちの分析によると、大規模な気候共著者のリー・リンドと、ダートマス大学の環境工学の著名な教授であるポール・E・ケノとジョアン・H・ケノは、次のように述べています。
マイナス排出と「ネットゼロ」とは何ですか?
「負の排出量」-温室効果ガスの摂取大気から-地球温暖化を摂氏1.5度安定させるために必要となる可能性があります。これは、政府がパリ協定で掲げた野心的な目標です。
2つの主要なアプローチがあります-ソリューション自然気候（NCS）と負の排出技術（NET）。どちらもデプロイできる量に制限があり、欠点がある場合があります。
なぜ「負の外れ値」なのですか？
によって地球温暖化を安定させるためにどのレベルでも、主要な温室効果ガスである二酸化炭素の排出を排除する必要があります。それらを減らすだけでは十分ではありません。メタンのような他の温室効果ガスも制限する必要があります。
ただし、農業や航空、ゼロエミッションは不可能かもしれません。したがって、唯一のアプローチは、大気から十分な温室効果ガスを抽出して残りの排出量のバランスを取り、排出量が「正味ゼロ」に達するようにすることです。
負および正の外れ値の場合バランスの取れた地球温暖化は安定するはずです。現在、ある規模で潜在的に負の排出量を持つ唯一の温室効果ガスは二酸化炭素です。
どのくらい、いつ必要ですか？
に関する政府間専門家グループ気候変動（IPCC）は2018年、パリ協定を履行するために各国政府が何をしなければならないかを概説した画期的な報告書を発表した。 IPCCは、1.5℃目標を達成するには、他の温室効果ガスの大幅な削減とともに、今世紀半ば頃までに世界中でCO2排出量実質ゼロを達成する必要があり、ほぼ確実にマイナス排出が必要になると述べた。
どれくらいかかるかは異なります排出量の削減にどこまで到達したか。これは、例えば永久凍土層に閉じ込められたメタンを放出することによって、温暖化が温室効果ガスを大気中に放出するかどうかにも依存します。
バイオ燃料は気候目標を達成するために不可欠です
科学者たちは、現在の遅れのために米国のような国が地球温暖化の影響を産業革命以前のレベルよりも摂氏1.5度に制限したい場合、気候変動との闘いはバイオ燃料やその他の負の排出技術に対してより積極的な姿勢をとる必要があります。
「この目標を達成したいのであれば、化石燃料に代わるものをできるだけ早く配備する必要が本当にあります」とフィールドは言いました。彼はまた、大気から炭素汚染を取り除き、歴史的な排出量を減らす必要があると付け加えた。
炭素汚染をなくすことはアイデアですこれは、2016年の国連気候変動枠組条約に基づくパリ協定の締結以来広く議論されてきました。
「排出量の削減が遅すぎるため、過去に発生した炭素汚染の浄化を開始する予定です」とフィールド氏は述べています。
このクリーンアップを実行するにはさまざまな方法がありますが、最も簡単な方法は、木を育てて地面により多くの炭素を貯蔵することです。
他の代替案は、で説明および分析されています炭素陰性バイオ燃料の使用を含む研究。植物は大気から炭素を引き出して成長し、炭素は植物の組織を作るために使用されます。
この植物材料が収集され、エネルギーに変換されると、結果として生じる二酸化炭素副産物の一部は、大気中に送り返す代わりに、捕獲され、地下に汲み上げられて、枯渇した油井やその他の地層に貯蔵されます。
同様に、セルロース系バイオ燃料は電気への移行が困難なすべての分野で、航空、海運、トラックでの化石燃料の使用を減らすのに役立つため、魅力的です。
今後、研究チームは、全国のいくつかの特定のサイトを調べるのではなく、モデリングを拡大して全国規模に拡大したいと考えています。
「小規模では、多くの科学者たちは、高度なバイオ燃料の将来の使用のための要素であると結論付けています。 「秘訣は、これらすべての部品をまとめて、現在のようにガス価格が比較的低い場合でも、それが繁栄し、急騰できるように、引き続きサポートを提供することです。」
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