Hva er biodrivstoff?
Fast, flytende eller gassformig brensel hentet fra relativt nylig
Globalt er biodrivstoff oftestbrukes til å drive kjøretøy, varme opp hjem og lage mat. Biodrivstoffindustrien utvides i Europa, Asia og Amerika. Nyere teknologi utviklet ved Los Alamos National Laboratory konverterer til og med forurensning til fornybart biodrivstoff. Agrobrensel er biodrivstoff som produseres fra visse avlinger og ikke fra avfall som utslipp av deponigass eller bearbeidet vegetabilsk olje.
Det er to vanlige produksjonsstrategierflytende og gassformige drivstoff. Den ene er å dyrke avlinger som inneholder mye sukker (sukkerrør, sukkerroer og søt sorghum) eller stivelse (mais), og deretter bruke gjærgjæring til å produsere etylalkohol (etanol). Det andre er dyrking av planter som inneholder store mengder vegetabilsk olje, som oljepalme, soyabønner, alger, jatropha eller pongamia pinnata. Når disse oljene varmes opp, reduseres viskositeten deres, og de kan brennes direkte i en dieselmotor, eller de kan kjemisk behandles for å produsere drivstoff som biodiesel. Tre og dets biprodukter kan også omdannes til biodrivstoff som tregass, metanol eller etanol. Det er også mulig å produsere cellulosetanol fra ikke-spiselige plantedeler, men dette kan være økonomisk vanskelig.
Fast biomasse brukes også. Mange materialer, som tre og gress, kan tørkes, granuleres og brennes; den kan brukes til å generere energi. Selv om dette gir noe klink, brukes mindre energi i behandlingen, noe som kan føre til høyere total effektivitet. Clinker er et frostbestandig tilsetningsstoff med høy styrke, et miljøvennlig produkt hentet fra spesielle ildfaste skiferleire og avfyrt ved temperaturer opp til 1200 ° C.
Utvikling av modeller for produksjon av biodrivstoff
John Field, stipendiat, økologilaboratoriumNatural Resources ved CSU sa at det var utfordrende å demonstrere den kommersielle levedyktigheten til cellulosebiodrivstoff laget av uspiselige plantedeler før produksjon av biodrivstoff. Hvetved, en innfødt urt som finnes i mange deler av Nord-Amerika, er en ledende kandidat for bærekraftig produksjon av plantemateriale.
Forskergruppen bruktemodellering for hirsedyrking, celluloseproduksjon av biodrivstoff, karbonfangst og -lagring, økosystemsporing og karbonstrømmer. Forskerne sammenlignet deretter denne modelleringen med alternative måter å lagre karbon på jorden, inkludert voksende skog eller gressletter.
Hva er karbonfangst og lagring?
Karbonfangst og lagringKarbonfangst og -lagring (CCS) er en teknologi som kan fange opp til 90 % av karbondioksid (CO2)-utslippene som genereres ved bruk av fossilt brensel i kraftproduksjon og industrielle prosesser, og hindrer karbondioksid i å komme inn i atmosfæren. I tillegg er bruk av CCS med fornybar biomasse en av få karbonreduksjonsteknologier som kan brukes på en "karbonnegativ" måte - effektivt fjerner karbondioksid fra atmosfæren.
CCS-kjeden består av tre deler:karbondioksidfangst, karbondioksidtransport og sikker lagring av karbondioksidutslipp under jorden i utarmete olje- og gassfelt eller dype saltholdige akviferer.
For det første gir teknologifangst mulighet for separasjonkarbondioksid fra gasser generert under kraftproduksjon og industrielle prosesser på en av tre måter: fangst før forbrenning, fangst etter forbrenning og forbrenning av oksyfuel.
Deretter transporteres karbondioksid gjennomrørledning eller på et skip for sikker lagring. Millioner av tonn karbondioksid transporteres allerede kommersielt hvert år med tankbiler, skip og rørledninger. USA har 40 års erfaring med å transportere karbondioksid gjennom rørledninger for økte oljeutvinningsprosjekter.
Kullsyre lagres deretter i nøye utvalgte geologiske bergarter, som vanligvis ligger flere kilometer under jordoverflaten.
På hvert trinn av CCS-kjeden, fra produksjon tillagring, har industrien en rekke godt undersøkt prosesser som har utmerket helse- og sikkerhetsytelse. Kommersiell distribusjon av CCS vil omfatte utbredelse av disse CCS-teknikkene, kombinert med robuste overvåkningsteknikker og myndighetsregulering.
Bruk av teknologi for produksjon av biodrivstoff
Fangst- og lagringsteknologi for karbonbrukes i minst ett anlegg i Illinois som behandler mais som konvensjonelt biodrivstoff for å produsere etanol, men disse systemene er ennå ikke allment vedtatt. Som en del av studien laget forskere modeller for å simulere hvordan det ville se ut i et prosessanlegg for cellulosebioprensing.
Gjenplanting karbon syklusland konvertert fra jordbruksproduksjon (til venstre) eller omgjort til å dyrke hirse for å produsere karbon-negative biodrivstoff (høyre). Kreditt: John Field.
“Vi fant ut at omtrent halvparten av karbonethirsen som går inn i raffineriet blir et biprodukt som kan brukes til å fange opp og lagre karbon, sier forskerne. De resulterende biproduktstrømmene med høy renhet av karbondioksid vil ikke kreve betydelig separasjon eller rensing før lagring under jorden.
Forskergruppen analyserte treforskjellige casestudier i USA og fant at på land der bønder eller landforvaltere byttet fra dyrking av avling eller beholdt beite for beiting, hadde dyrking av hirse for cellulosetanolproduksjon potensialet til å redusere påvirkninger per hektar, sammenlignet med skogplanting, mer enn restaurering av grasmark. ... (En hektar er omtrent to og en halv ganger størrelsen på en gjennomsnittlig fotballbane.)
Modellerte økosystem karbonstrømmer forforskjellige arealbruksscenarier. Stablet histogram som viser DayCent-estimater av økosystemets karboninngang gjennom NPP (rosa søyler) og totalt karbontap gjennom både Rh (hvite søyler) og utbytte (Harv) av hirse (blå søyler) og tre (grønne søyler) for BP for New York (NY), Iowa (Iowa) og Louisiana (Los Angeles) casestudier. Den resulterende NECB er merket med grønne diamanter, med positive verdier som indikerer en økning i økosystemets karbonlagring. Resultatene er årlige gjennomsnitt i løpet av de første 30 årene av modellering
Forskerne bemerket at flere kjente kritikker av biodrivstoff fikk dem til å studere.
“Analysen vår viser det store klimatiskefordeler kan oppnås med biodrivstoff hvis intensjonen er å gjøre det, ”sa Lee Lind, medforfatter, og Paul E. og Joan H. Keno, fremstående professorer i miljøteknikk ved Dartmouth College.
Hva er negative utslipp og "netto null"?
"Negative utslipp" - inntak av klimagasserfra atmosfæren - sannsynligvis kreves det å stabilisere den globale oppvarmingen med 1,5 grader Celsius, et ambisjonsmål som regjeringer har tatt på seg i Paris-avtalen.
Det er to hovedtilnærminger - løsninger fornaturlig klima (NCS) og negativ utslippsteknologi (NET). Begge har begrensninger på hvor mye du kan distribuere, og det kan være ulemper.
Hvorfor “negative outliers”?
For å stabilisere global oppvarming vedpå ethvert nivå er det nødvendig å eliminere utslipp av karbondioksid, den viktigste drivhusgassen; å redusere dem er ikke nok. Andre klimagasser som metan må også begrenses.
Imidlertid i sektorer som landbruk ogluftfart, kan det hende at null utslipp ikke er mulig. Derfor er den eneste tilnærmingen å trekke ut nok klimagasser fra atmosfæren til å balansere gjenværende utslipp - slik at utslippene når “netto null”.
Hvis negative og positive avvikerebalansert, global oppvarming bør stabilisere seg. For tiden er karbondioksid den eneste klimagassen med potensielle negative utslipp på en skala.
Hvor mye trengs og når?
Mellomstatlig ekspertgruppe omKlimaendringer (IPCC) publiserte en landemerkerapport i 2018 som skisserer hva regjeringer må gjøre for å implementere Parisavtalen. IPCC sa at å oppnå 1,5°C-målet ville innebære å oppnå netto null CO2-utslipp globalt rundt midten av århundret, sammen med betydelige reduksjoner i andre klimagasser, og at negative utslipp nesten helt sikkert ville være nødvendig.
Hvor mye det tar vil avhenge avhvor langt vi har kommet for å redusere utslipp. Det vil også avhenge av om oppvarming vil frigjøre klimagasser i luften, for eksempel ved å frigjøre metan fanget i permafrost.
Biodrivstoff er viktig for å oppfylle klimamålene
Forskerne sa at på grunn av nåværende forsinkelser iBekjempelse av klimaendringer må ta en mer proaktiv holdning til biodrivstoff og andre negative utslippsteknologier hvis land som USA ønsker å begrense virkningen av global oppvarming til 1,5 grader Celsius over førindustrielle nivåer.
“Hvis vi ønsker å oppnå dette målet, må videt er virkelig behov for å distribuere alternativer til fossile brensler så raskt som mulig, ”sa Field. Han la også til at det er nødvendig å fjerne karbonforurensning fra atmosfæren og redusere historiske utslipp.
Å eliminere karbonforurensning er en idésom har blitt diskutert mye siden inngåelsen av Parisavtalen under FNs rammekonvensjon om klimaendringer i 2016.
"Vi kommer til å begynne å rydde opp i karbonforurensning som har skjedd tidligere fordi vi kutter utslippene våre for sakte," sa Field.
Det er forskjellige måter å oppnå denne oppryddingen på, den enkleste er å dyrke trær for å lagre mer karbon på bakken.
Andre alternativer er beskrevet og analysert iforskning, inkludert bruk av karbon-negative biodrivstoff. Planter trekker karbon fra atmosfæren for å vokse, og karbon brukes til å lage plantevev.
Hvis dette plantematerialet samles opp ogkonvertert til energi, kan noe av det resulterende karbondioksidbiproduktet fanges opp og pumpes under bakken til lagring i utarmede oljebrønner eller andre geologiske formasjoner, i stedet for å sende det tilbake til atmosfæren.
Likeledes er cellulosebiodrivstoffattraktivt fordi det kan bidra til å redusere bruken av fossile drivstoff i luftfart, skipsfart og lastebiler, i alle områder der overgangen til elektrisitet er vanskelig.
Fremover håper forskerteamet å utvide modelleringen til å skalere nasjonalt, i stedet for å se på noen få spesifikke steder over hele landet.
“I liten skala er det mangeelementer for fremtidig bruk av avanserte biodrivstoff, konkluderer forskerne. "Trikset er å sette alle disse delene sammen og sørge for at vi fortsetter å ha støtte slik at den kan trives og skyrocket, selv når bensinprisene er relativt lave som nå."
Les også
Se hvor Perseverance-roveren flyr nå
Astronomer ser hvordan et svart hull avgir flimrende gammastråler
Russland vil ferdigstille bathyscaphe, som sank til bunnen av Mariana-grøften