O que são biocombustíveis?
Combustíveis sólidos, líquidos ou gasosos obtidos há relativamente pouco tempo
Globalmente, os biocombustíveis são mais frequentementeusado para fornecer energia a veículos, aquecer casas e cozinhar. A indústria de biocombustíveis está se expandindo na Europa, Ásia e América. A tecnologia recente desenvolvida no Laboratório Nacional de Los Alamos converte a poluição em biocombustíveis renováveis. Os agrocombustíveis são biocombustíveis produzidos a partir de certas safras e não de resíduos, como emissões de gases de aterro ou óleo vegetal processado.
Existem duas estratégias de produção comunsagrocombustíveis líquidos e gasosos. Uma é cultivar safras ricas em açúcar (cana-de-açúcar, beterraba sacarina e sorgo doce) ou amido (milho) e, em seguida, usar a fermentação com fermento para produzir álcool etílico (etanol). O segundo é o cultivo de plantas que contenham grandes quantidades de óleo vegetal, como dendê, soja, algas, jatropha ou pongamia pinnata. Quando esses óleos são aquecidos, sua viscosidade diminui e podem ser queimados diretamente em um motor a diesel, ou podem ser tratados quimicamente para produzir combustíveis como o biodiesel. A madeira e seus subprodutos também podem ser convertidos em biocombustíveis, como gás de madeira, metanol ou etanol. Também é possível produzir etanol celulósico a partir de partes não comestíveis de plantas, mas isso pode ser economicamente difícil.
Biomassa sólida também é usada. Muitos materiais, como madeira e grama, podem ser secos, granulados e queimados; pode ser usado para gerar energia. Embora isso produza algum clínquer, menos energia é usada no tratamento, o que pode resultar em maior eficiência geral. O clínquer é um aditivo de alta resistência e resistente ao gelo, um produto ecologicamente correto obtido de argilas de xisto refratárias especiais e queimado em temperaturas de até 1200 ° C.
Desenvolvimento de modelos de criação de biocombustíveis
John Field, pesquisador, laboratório de ecologiaRecursos Naturais da CSU, disse que é um desafio demonstrar a viabilidade comercial de biocombustíveis celulósicos criados com partes não comestíveis de plantas antes da produção de biocombustíveis. Wheatgrass, uma erva nativa encontrada em muitas partes da América do Norte, é um dos principais candidatos para a produção sustentável de material vegetal.
A equipe de pesquisa usoumodelagem para esquemas de cultivo de milheto, produção de biocombustível celulósico, captura e armazenamento de carbono, rastreamento de ecossistemas e fluxos de carbono. Os cientistas então compararam essa modelagem a formas alternativas de armazenar carbono na terra, incluindo o cultivo de florestas ou pastagens.
O que é captura e armazenamento de carbono?
Captura e armazenamento de carbonoA captura e armazenamento de carbono (CCS) é uma tecnologia que pode capturar até 90% das emissões de dióxido de carbono (CO2) geradas pelo uso de combustíveis fósseis na geração de energia e em processos industriais, evitando que o dióxido de carbono entre na atmosfera. Além disso, a utilização da CCS com biomassa renovável é uma das poucas tecnologias de redução de carbono que pode ser utilizada de uma forma “carbona negativa” – removendo eficazmente o dióxido de carbono da atmosfera.
A cadeia CCS consiste em três partes:captura de dióxido de carbono, transporte de dióxido de carbono e armazenamento seguro de emissões de dióxido de carbono no subsolo, em campos esgotados de petróleo e gás ou em aquíferos salinos profundos.
Primeiro, a captura de tecnologia permite a separaçãodióxido de carbono de gases gerados durante a geração de energia e processos industriais de uma das três maneiras: captura pré-combustão, captura pós-combustão e combustão de oxicorte.
O dióxido de carbono é então transportado atravésgasoduto ou em um navio para armazenamento seguro. Milhões de toneladas de dióxido de carbono já são transportadas comercialmente todos os anos por camiões-tanque, navios e oleodutos. Os EUA têm 40 anos de experiência no transporte de dióxido de carbono através de oleodutos para projetos avançados de recuperação de petróleo.
O dióxido de carbono é então armazenado em rochas geológicas cuidadosamente selecionadas, que geralmente estão localizadas vários quilômetros abaixo da superfície da Terra.
Em todas as fases da cadeia CCS, desde a produção atéarmazenamento, a indústria tem à sua disposição uma série de processos tecnológicos bem estudados e com excelentes desempenhos em saúde e segurança. A implantação comercial de CCS incluirá a ampla adoção dessas técnicas de CCS, combinadas com técnicas robustas de monitoramento e regulamentação governamental.
Utilizando tecnologia para produção de biocombustíveis
Tecnologias de captura e armazenamento de carbonosão usados em pelo menos uma planta de Illinois que processa milho como biocombustível convencional para produzir etanol, mas esses sistemas ainda não estão amplamente difundidos. Como parte do estudo, os cientistas criaram modelos para simular como seria em uma planta de processamento de biocombustível celulósico.
Ciclo de carbono de reflorestamentoterra convertida da produção agrícola (à esquerda) ou convertida para cultivar milheto para produzir biocombustíveis com carbono negativo (à direita). Crédito: John Field.
“Descobrimos que cerca de metade do carbonoo milho que entra na refinaria se torna um subproduto que pode ser usado para capturar e armazenar carbono ”, afirmam os cientistas. Os fluxos de subprodutos de dióxido de carbono de alta pureza resultantes não exigirão separação ou purificação significativa antes do armazenamento subterrâneo.
A equipe de pesquisa analisou trêsvários estudos de caso nos Estados Unidos e descobriram que em terras onde os agricultores ou administradores de terras mudaram de cultivo ou conservação de pastagem para pastagem, cultivar painço para produzir etanol celulósico tinha o potencial de mitigar impactos por hectare, comparável ao reflorestamento, mais do que restauração de pastagens ... (Um hectare é cerca de duas vezes e meia o tamanho de um campo de futebol médio.)
Fluxos de carbono do ecossistema modelado paradiferentes cenários de uso da terra. Histograma empilhado mostrando estimativas do DayCent de entrada de carbono do ecossistema por meio de NPP (barras rosa) e perdas totais de carbono por R h (barras brancas) e rendimento (Harv) de painço (barras azuis) e madeira (barras verdes) para os estudos de caso da BP para Nova York (NY), Iowa (Iowa) e Louisiana (Los Angeles). O NECB resultante é marcado com diamantes verdes, com valores positivos indicando um aumento no armazenamento de carbono do ecossistema. Os resultados são médias anuais durante os primeiros 30 anos de modelagem
Os cientistas observaram que várias críticas bem conhecidas aos biocombustíveis os levaram a estudar.
“Nossa análise mostra que grandesbenefícios podem ser alcançados com biocombustíveis se a intenção for fazê-lo ”, disse Lee Lind, co-autor, e Paul E. e Joan H. Keno, Distinguished Professors in Environmental Engineering no Dartmouth College.
O que são emissões negativas e “net zero”?
"Emissões negativas" - a ingestão de gases de efeito estufada atmosfera - provavelmente necessária para estabilizar o aquecimento global em 1,5 graus Celsius, uma meta aspiracional que os governos assumiram no Acordo de Paris.
Existem duas abordagens principais - soluções paraclima natural (NCS) e tecnologia de emissões negativas (NET). Ambos têm limitações sobre quanto você pode implantar e pode haver desvantagens.
Por que “outliers negativos”?
Para estabilizar o aquecimento global porem qualquer nível, é necessário eliminar as emissões de dióxido de carbono, principal gás de efeito estufa; reduzi-los não é suficiente. Outros gases de efeito estufa, como o metano, também precisam ser limitados.
No entanto, em setores como agricultura eaviação, emissões zero podem não ser possíveis. Portanto, a única abordagem é extrair gases de efeito estufa suficientes da atmosfera para equilibrar as emissões restantes - de modo que as emissões atinjam “zero líquido”.
Se outliers negativos e positivosequilibrado, o aquecimento global deve se estabilizar. Atualmente, o único gás de efeito estufa com emissões potencialmente negativas em escala é o dióxido de carbono.
Quanto é necessário e quando?
Grupo Intergovernamental de Peritos emAs Alterações Climáticas (IPCC) publicaram um relatório histórico em 2018 descrevendo o que os governos devem fazer para implementar o Acordo de Paris. O IPCC afirmou que atingir a meta de 1,5°C envolveria atingir zero emissões líquidas de CO2 a nível mundial por volta de meados do século, juntamente com reduções significativas de outros gases com efeito de estufa, e que seriam quase certamente necessárias emissões negativas.
Quanto vai demorar vai dependeraté onde chegamos na redução de emissões. Isso também dependerá de o aquecimento liberar gases de efeito estufa no ar, por exemplo, ao liberar metano preso no permafrost.
Os biocombustíveis são essenciais para atender às metas climáticas
Os cientistas disseram que devido aos atrasos atuais emA luta contra a mudança climática precisará adotar uma postura mais proativa em relação aos biocombustíveis e outras tecnologias de emissões negativas, se países como os EUA quiserem limitar o impacto do aquecimento global a 1,5 grau Celsius acima dos níveis pré-industriais.
“Se quisermos atingir esse objetivo,realmente é necessário implantar alternativas aos combustíveis fósseis o mais rápido possível ”, disse Field. Ele acrescentou que é necessário remover a poluição de carbono da atmosfera e reduzir as emissões históricas.
Eliminar a poluição do carbono é uma ideiaque tem sido amplamente discutido desde a conclusão do Acordo de Paris no âmbito da Convenção-Quadro das Nações Unidas sobre Mudança do Clima em 2016.
“Vamos começar a limpar a poluição de carbono que aconteceu no passado porque estamos cortando nossas emissões muito lentamente”, disse Field.
Existem diferentes maneiras de realizar essa limpeza, a mais fácil delas é cultivar árvores para armazenar mais carbono no solo.
Outras alternativas são descritas e analisadas empesquisa, incluindo o uso de biocombustíveis de carbono negativo. As plantas puxam carbono da atmosfera para crescer e o carbono é usado para fazer tecidos vegetais.
Se este material vegetal for coletado econvertido em energia, parte do subproduto de dióxido de carbono resultante pode ser capturado e bombeado no subsolo para armazenamento em poços de petróleo esgotados ou outras formações geológicas, em vez de enviá-lo de volta para a atmosfera.
Da mesma forma, os biocombustíveis celulósicos sãoatraente porque pode ajudar a reduzir o uso de combustíveis fósseis na aviação, navegação e caminhões, em todas as áreas onde a transição para a eletricidade é difícil.
Seguindo em frente, a equipe de pesquisa espera expandir sua modelagem em escala nacional, ao invés de olhar para alguns locais específicos em todo o país.
“Em pequena escala, existem muitoselementos para o uso futuro de biocombustíveis avançados, concluem os cientistas. "O truque é colocar todas essas peças juntas e garantir que continuemos a ter suporte para que ela possa florescer e disparar, mesmo quando os preços do gás estão relativamente baixos como agora."
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