Wat zijn biobrandstoffen?
Vaste, vloeibare of gasvormige brandstoffen die zijn afgeleid van betrekkelijk recente
Wereldwijd zijn biobrandstoffen het vaakstgebruikt voor het aandrijven van voertuigen, verwarming van huizen en koken. De biobrandstofindustrie breidt zich uit in Europa, Azië en Amerika. Recente technologie die is ontwikkeld in het Los Alamos National Laboratory, zet vervuiling zelfs om in hernieuwbare biobrandstoffen. Agrobrandstoffen zijn biobrandstoffen die worden geproduceerd uit bepaalde gewassen en niet uit afval zoals stortgasemissies of verwerkte plantaardige olie.
Er zijn twee algemene productiestrategieënvloeibare en gasvormige agrobrandstoffen. Een daarvan is om gewassen te verbouwen die rijk zijn aan suiker (suikerriet, suikerbieten en zoete sorghum) of zetmeel (maïs), en vervolgens gistfermentatie gebruiken om ethylalcohol (ethanol) te produceren. De tweede is de teelt van planten die grote hoeveelheden plantaardige olie bevatten, zoals oliepalm, sojabonen, algen, jatropha of pongamia pinnata. Wanneer deze oliën worden verhit, neemt hun viscositeit af en kunnen ze rechtstreeks in een dieselmotor worden verbrand, of ze kunnen chemisch worden behandeld om brandstoffen zoals biodiesel te produceren. Hout en zijn bijproducten kunnen ook worden omgezet in biobrandstoffen zoals houtgas, methanol of ethanol. Het is ook mogelijk om cellulose-ethanol te produceren uit niet-eetbare plantendelen, maar dit kan economisch moeilijk zijn.
Ook wordt vaste biomassa gebruikt. Veel materialen, zoals hout en gras, kunnen worden gedroogd, gegranuleerd en verbrand; het kan worden gebruikt om energie op te wekken. Hoewel dit wat klinker oplevert, wordt er minder energie gebruikt bij de behandeling, wat kan resulteren in een hoger algemeen rendement. Klinker is een zeer sterk, vorstbestendig additief, een milieuvriendelijk product dat wordt verkregen uit speciale vuurvaste leisteenkleien en gebakken bij temperaturen tot 1200 ° C.
Ontwikkeling van modellen voor het maken van biobrandstoffen
John Field, Research Fellow, Ecology LabNatural Resources bij CSU, zei dat het een uitdaging was om de commerciële levensvatbaarheid aan te tonen van cellulosehoudende biobrandstoffen die zijn gemaakt met niet-eetbare plantendelen vóór de productie van biobrandstoffen. Tarwegras, een inheems kruid dat in veel delen van Noord-Amerika voorkomt, is een vooraanstaande kandidaat voor duurzame productie van plantaardig materiaal.
Het onderzoeksteam gebruiktemodellering voor gierstkweekschema's, productie van cellulose-biobrandstoffen, opvang en opslag van koolstof, volgen van ecosystemen en koolstoffluxen. De wetenschappers vergeleken deze modellering vervolgens met alternatieve manieren om koolstof op aarde op te slaan, waaronder groeiende bossen of graslanden.
Wat is koolstofafvang en -opslag?
Koolstof winning en opslagKoolstofafvang en -opslag (CCS) is een technologie die tot 90% van de kooldioxide-uitstoot (CO2) kan opvangen die wordt gegenereerd door het gebruik van fossiele brandstoffen bij energieopwekking en industriële processen, waardoor wordt voorkomen dat kooldioxide in de atmosfeer terechtkomt. Bovendien is het gebruik van CCS met hernieuwbare biomassa een van de weinige koolstofreductietechnologieën die op een ‘koolstofnegatieve’ manier kunnen worden gebruikt, waarbij koolstofdioxide effectief uit de atmosfeer wordt verwijderd.
De CCS-keten bestaat uit drie onderdelen:opvang van kooldioxide, transport van kooldioxide en veilige ondergrondse opslag van kooldioxide-emissies in uitgeputte olie- en gasvelden of diep zoute aquifers.
Ten eerste maakt technologie-capture scheiding mogelijkkoolstofdioxide uit gassen die worden gegenereerd tijdens energieopwekking en industriële processen op een van de volgende drie manieren: opvang vóór verbranding, opvang na verbranding en oxyfuel-verbranding.
Kooldioxide wordt er vervolgens doorheen getransporteerdpijpleiding of op een schip voor veilige opslag. Miljoenen tonnen kooldioxide worden elk jaar al commercieel getransporteerd door tankwagens, schepen en pijpleidingen. De VS hebben 40 jaar ervaring met het transporteren van koolstofdioxide door pijpleidingen voor verbeterde oliewinningsprojecten.
De kooldioxide wordt vervolgens opgeslagen in zorgvuldig geselecteerde geologische gesteenten, die zich meestal enkele kilometers onder het aardoppervlak bevinden.
In elke fase van de CCS-keten, van productie totopslag heeft de industrie een aantal goed onderzochte processen tot haar beschikking die uitstekende gezondheids- en veiligheidsprestaties hebben. Commerciële inzet van CCS omvat de brede acceptatie van deze CCS-technieken, gecombineerd met robuuste monitoringtechnieken en overheidsregulering.
Technologie gebruiken voor de productie van biobrandstoffen
Technologieën voor het afvangen en opslaan van koolstofworden gebruikt in ten minste één fabriek in Illinois die maïs verwerkt als conventionele biobrandstof om ethanol te produceren, maar deze systemen worden nog niet algemeen toegepast. Als onderdeel van de studie hebben wetenschappers modellen gemaakt om te simuleren hoe het eruit zou zien in een verwerkingsfabriek voor cellulosehoudende biobrandstoffen.
Koolstofcyclus bij herbebossingland omgezet van landbouwproductie (links), of omgezet om gierst te verbouwen om koolstofnegatieve biobrandstoffen te produceren (rechts). Krediet: John Field.
“We ontdekten dat ongeveer de helft van de koolstofgierst die de raffinaderij binnenkomt, wordt een bijproduct dat kan worden gebruikt om koolstof op te vangen en op te slaan ”, zeggen de wetenschappers. De resulterende stromen van koolstofdioxide met een hoge zuiverheid zullen geen significante scheiding of zuivering vereisen voordat ze ondergronds worden opgeslagen.
Het onderzoeksteam analyseerde er drieverschillende casestudy's in de Verenigde Staten en ontdekten dat op land waar boeren of landbeheerders overschakelden van de teelt van gewassen of behouden weiland voor begrazing, het telen van gierst voor de productie van cellulose-ethanol het potentieel had om de impact per hectare te verzachten, vergelijkbaar met herbebossing, meer dan graslandherstel ... (Een hectare is ongeveer tweeënhalf keer zo groot als een gemiddeld voetbalveld.)
Gemodelleerde koolstofstromen van ecosystemen voorverschillende scenario's voor landgebruik. Gestapeld histogram met DayCent-schattingen van de koolstofinput van ecosystemen via NPP (roze balken) en totale koolstofverliezen door zowel Rh (witte balken) als opbrengst (Harv) van gierst (blauwe balken) en hout (groene balken) voor BP voor casestudy's in New York (NY), Iowa (Iowa) en Louisiana (Los Angeles). De resulterende NECB is gemarkeerd met groene diamanten, met positieve waarden die duiden op een toename van de koolstofopslag in het ecosysteem. Resultaten zijn jaargemiddelden over de eerste 30 jaar van modellering
De wetenschappers merkten op dat verschillende bekende kritiekpunten op biobrandstoffen hen tot onderzoek aanzetten.
“Onze analyse toont aan dat grote klimatologischevoordelen kunnen worden behaald met biobrandstoffen als het de bedoeling is om dat te doen, ”aldus Lee Lind, co-auteur, en Paul E. en Joan H. Keno, Distinguished Professors in Environmental Engineering aan Dartmouth College.
Wat zijn negatieve emissies en ‘netto nul’?
"Negatieve emissies" - de opname van broeikasgassenuit de atmosfeer - waarschijnlijk nodig om de opwarming van de aarde met 1,5 graden Celsius te stabiliseren, een ambitieuze doelstelling die regeringen hebben aangenomen in de Overeenkomst van Parijs.
Er zijn twee hoofdbenaderingen - oplossingen voornatuurlijk klimaat (NCS) en negatieve emissietechnologieën (NET). Beide hebben beperkingen voor hoeveel u kunt inzetten en er kunnen nadelen zijn.
Waarom "negatieve uitschieters"?
Om de opwarming van de aarde te stabiliseren doorop elk niveau is het noodzakelijk om de uitstoot van kooldioxide, het belangrijkste broeikasgas, te elimineren; het verminderen ervan is niet genoeg. Andere broeikasgassen zoals methaan moeten ook worden beperkt.
In sectoren zoals landbouw enluchtvaart, is nulemissie misschien niet mogelijk. Daarom is de enige benadering om voldoende broeikasgassen uit de atmosfeer te halen om de resterende emissies in evenwicht te brengen - zodat de emissies "netto nul" bereiken.
Als negatieve en positieve uitschietersevenwichtig, zou de opwarming van de aarde moeten stabiliseren. Momenteel is kooldioxide het enige broeikasgas met potentieel negatieve emissies.
Hoeveel is er nodig en wanneer?
Intergouvernementele groep van deskundigen overClimate Change (IPCC) publiceerde in 2018 een baanbrekend rapport waarin werd uiteengezet wat regeringen moeten doen om de Overeenkomst van Parijs te implementeren. Het IPCC zei dat het bereiken van de 1,5°C-doelstelling zou inhouden dat er rond het midden van de eeuw wereldwijd netto nul CO2-emissies moeten worden bereikt, samen met aanzienlijke verminderingen van andere broeikasgassen, en dat negatieve emissies vrijwel zeker nodig zouden zijn.
Hoeveel het kost, hangt af vanhoe ver we zijn gekomen in het verminderen van emissies. Het zal ook afhangen van de vraag of bij opwarming broeikasgassen in de lucht terechtkomen, bijvoorbeeld door methaan vrij te laten dat in permafrost zit.
Biobrandstoffen zijn essentieel om de klimaatdoelstellingen te halen
De wetenschappers zeiden dat vanwege de huidige vertragingen inDe strijd tegen klimaatverandering zal een meer proactieve houding moeten aannemen ten aanzien van biobrandstoffen en andere negatieve emissietechnologieën als landen als de VS de impact van de opwarming van de aarde willen beperken tot 1,5 graden Celsius boven het pre-industriële niveau.
“Als we dit doel willen bereiken, wijhet is echt nodig om zo snel mogelijk alternatieven voor fossiele brandstoffen in te zetten ”, aldus Field. Hij voegde er ook aan toe dat het noodzakelijk is om koolstofvervuiling uit de atmosfeer te verwijderen en historische emissies te verminderen.
Het elimineren van koolstofvervuiling is een ideewaarover veel is gesproken sinds de sluiting van de Overeenkomst van Parijs in het kader van het Raamverdrag van de Verenigde Naties inzake klimaatverandering in 2016.
"We gaan beginnen met het opruimen van koolstofvervuiling die in het verleden is gebeurd omdat we onze uitstoot te langzaam verminderen", zei Field.
Er zijn verschillende manieren om deze opruiming uit te voeren, de gemakkelijkste is om bomen te laten groeien om meer koolstof op de grond op te slaan.
Andere alternatieven worden beschreven en geanalyseerd inonderzoek, waaronder het gebruik van koolstofnegatieve biobrandstoffen. Planten halen koolstof uit de atmosfeer om te groeien, en koolstof wordt gebruikt om plantenweefsels te maken.
Als dit plantmateriaal wordt verzameld enomgezet in energie, kan een deel van het resulterende kooldioxide-bijproduct worden opgevangen en ondergronds worden gepompt naar opslag in uitgeputte oliebronnen of andere geologische formaties, in plaats van het terug te sturen naar de atmosfeer.
Evenzo zijn cellulose-biobrandstoffenaantrekkelijk omdat het kan helpen het gebruik van fossiele brandstoffen in de luchtvaart, scheepvaart en vrachtwagens te verminderen, op alle gebieden waar de overgang naar elektriciteit moeilijk is.
Vooruitkijkend hoopt het onderzoeksteam hun modellen uit te breiden naar nationale schaal, in plaats van naar een paar specifieke sites in het hele land te kijken.
“Op kleine schaal zijn dat er veelelementen voor het toekomstige gebruik van geavanceerde biobrandstoffen, concluderen de wetenschappers. "De truc is om al deze onderdelen samen te voegen en ervoor te zorgen dat we ondersteuning blijven krijgen, zodat het kan gedijen en omhoogschieten, zelfs als de gasprijzen relatief laag zijn zoals ze nu zijn."
Lees ook
Kijk waar de Perseverance rover nu vliegt
Astronomen zien hoe een zwart gat flikkerende gammastralen uitzendt
Rusland zal de bathyscaaf afmaken, die naar de bodem van de Mariana Trench is gezonken