Vad är biobränslen?
Fasta, flytande eller gasformiga bränslen som framställts av relativt
Globalt är biobränslen oftastanvänds för att driva fordon, värma hem och laga mat. Biobränsleindustrin expanderar i Europa, Asien och Amerika. Ny teknik som utvecklats vid Los Alamos National Laboratory omvandlar till och med föroreningar till förnybara biobränslen. Jordbruksbränslen är biobränslen som produceras från vissa grödor och inte från avfall som utsläppsgaser eller bearbetad vegetabilisk olja.
Det finns två vanliga produktionsstrategierflytande och gasformiga bränslen. Det ena är att odla grödor som innehåller mycket socker (sockerrör, sockerbetor och söt sorghum) eller stärkelse (majs) och sedan använda jästjäsning för att producera etylalkohol (etanol). Den andra är att odla växter som innehåller stora mängder vegetabilisk olja, såsom palmolja, sojabönor, alger, jatropha eller pongamia pinata. När dessa oljor värms upp minskar deras viskositet och de kan brännas direkt i en dieselmotor, eller de kan kemiskt behandlas för att producera bränslen som biodiesel. Trä och dess biprodukter kan också omvandlas till biobränslen såsom vedgas, metanol eller etanol. Det är också möjligt att framställa cellulosaetanol från icke ätbara växtdelar, men detta kan vara ekonomiskt svårt.
Fast biomassa används också. Många material, såsom trä och gräs, kan torkas, granuleras och brännas; den kan användas för att generera energi. Även om detta ger en del klinker används mindre energi i behandlingen, vilket kan leda till högre total effektivitet. Clinker är en höghållfast, frostbeständig tillsats, en miljövänlig produkt som erhålls från speciella eldfasta skifferlera och eldas vid temperaturer upp till 1200 ° C.
Utveckling av modeller för att skapa biodrivmedel
John Field, stipendiat, ekologilaboratoriumNaturresurser vid CSU sa att det var utmanande att visa den kommersiella livskraften hos cellulosabiobränslen som skapats med oätliga växtdelar före produktion av biobränsle. Vetegräs, en inhemsk ört som finns i många delar av Nordamerika, är en ledande kandidat för hållbar produktion av växtmaterial.
Forskargruppen användemodellering för hirsodlingssystem, produktion av cellulosabiobränsle, koluppsamling och lagring, ekosystemspårning och kolflöden. Forskarna jämförde sedan denna simulering med alternativa sätt att lagra kol på jorden, inklusive växande skogar eller gräsmarker.
Vad är koluppsamling och lagring?
Avskiljning och lagring av koldioxid (CCS) är en teknik som kanfånga upp till 90 % av koldioxidutsläppen (CO2) som genereras av användningen av fossila bränslen i kraftproduktion och industriella processer, vilket förhindrar att koldioxid kommer ut i atmosfären.Dessutom är användningen av CCS med förnybar biomassa en av de få tekniker för att minska koldioxidutsläppen som kanAnvänds i ett "koldioxidnegativt" läge – vilket effektivt tar bort koldioxid från atmosfären.
CCS-kedjan består av tre delar: koldioxidinfångning, koldioxidtransport och säker lagring av koldioxidutsläpp under jord i uttömda olje- och gasfält eller djupa saltvattenakviferer.
För det första möjliggör avskiljningstekniken koldioxid från gaser som genereras under kraftproduktion och industriella processer på ett av tre sätt: avskiljning före förbränning, avskiljning efter förbränning och oxybränsleförbränning.
Koldioxiden transporteras sedan via rörledning eller fartyg för säker lagring.Miljontals ton koldioxid transporteras redan årligen för kommersiella ändamål med tankbilar, fartyg och rörledningar.USA har 40 års erfarenhet av att transportera koldioxid genom rörledningar för förbättrade oljeutvinningsprojekt.
Koldioxiden lagras sedan i noggrant utvalda geologiska bergarter, som vanligtvis ligger flera kilometer under jordytan.
I varje steg i CCS-kedjan, från produktion tilllagring har branschen ett antal välundersökta processer till sitt förfogande som har utmärkta hälso- och säkerhetsprestanda. Kommersiell utbyggnad av CCS kommer att omfatta en utbredd användning av dessa CCS-tekniker, kombinerat med robusta övervakningstekniker och statlig reglering.
Använda teknik för produktion av biobränsle
Koldioxidavskiljning och lagringsteknikanvänds i minst en Illinois-anläggning som bearbetar majs som ett konventionellt biobränsle för etanolproduktion, men dessa system är ännu inte allmänt antagna. Som en del av studien skapade forskare modeller för att simulera hur det skulle se ut i en anläggning för bearbetning av biobränsle med cellulosa.
Kolcykel vid återplantering av skogmark omvandlad från jordbruksproduktion (vänster) eller omvandlad till odling av hirs för att producera kolnegativa biobränslen (höger). Upphovsman: John Field.
”Vi fann att ungefär hälften av kolethirs som kommer in i raffinaderiet blir en biprodukt som kan användas för att fånga upp och lagra kol, säger forskarna. De resulterande biproduktströmmarna med hög renhet kräver inte signifikant separation eller rening före lagring under jord.
Forskargruppen analyserade treolika fallstudier i USA och fann att på mark där bönder eller markförvaltare bytte från odling av grödor eller behöll bete för bete, hade odling av hirs för produktion av cellulosaetanol potential att mildra effekterna per hektar, jämförbart med återplantering, mer än återställande av gräsmark ... (En hektar är ungefär två och en halv gånger storleken på en genomsnittlig fotbollsplan.)
Modellerade ekosystemkolflöden förolika scenarier för markanvändning. Staplat histogram som visar DayCent-uppskattningar av ekosystemets koltillförsel genom NPP (rosa staplar) och totala kolförluster genom både Rh (vita staplar) och utbyte (Harv) av hirs (blå staplar) och trä (gröna staplar) för BP för fallstudier i New York (NY), Iowa (Iowa) och Louisiana (Los Angeles). Den resulterande NECB är märkt med gröna diamanter, med positiva värden som indikerar en ökning av ekosystemets kollagring. Resultaten är årliga medelvärden under de första 30 åren av modellering
Forskarna noterade att de föranleddes att studera av flera välkända kritiker mot biobränslen.
”Vår analys visar det stora klimatetfördelar kan uppnås med biodrivmedel om avsikten är att göra det, säger Lee Lind, medförfattare, och Paul E. och Joan H. Keno, framstående professorer i miljöteknik vid Dartmouth College.
Vad är negativa utsläpp och nettonollutsläpp?
"Negativa utsläpp" - intaget av växthusgaserfrån atmosfären - sannolikt behövs för att stabilisera den globala uppvärmningen med 1,5 grader Celsius, ett ambitiöst mål som regeringarna har tagit på sig i Parisavtalet.
Det finns två huvudmetoder - lösningar förnaturligt klimat (NCS) och negativa utsläppstekniker (NET). Båda har begränsningar för hur mycket du kan distribuera och det kan finnas nackdelar.
Varför ”negativa avvikelser”?
För att stabilisera den globala uppvärmningen genompå alla nivåer är det nödvändigt att eliminera utsläpp av koldioxid, den viktigaste växthusgasen. att minska dem räcker inte. Andra växthusgaser som metan måste också begränsas.
Men inom sektorer som jordbruk ochluftfart, kanske inga utsläpp är möjliga. Därför är det enda tillvägagångssättet att extrahera tillräckligt med växthusgaser från atmosfären för att balansera de återstående utsläppen - så att utsläppen når ”netto noll”.
Om negativa och positiva avvikarebalanserad global uppvärmning bör stabiliseras. För närvarande är koldioxid den enda växthusgasen med potentiella negativa utsläpp i en skala.
Hur mycket behövs och när?
FN:s klimatpanel IPCC publicerade 2018 en banbrytande rapport som beskriver vad regeringar måste göra för att genomföra Parisavtalet.IPCC sa att för att uppnå 1,5-gradersmålet krävs att nettonollutsläpp av CO2 uppnås globalt i mitten av århundradet, tillsammans med betydande minskningar av andra växthusgaser, och att negativa utsläpp nästan säkert kommer att krävas.
Hur mycket det tar beror påhur långt vi har kommit för att minska utsläppen. Det beror också på om uppvärmningen kommer att släppa ut växthusgaser i luften, till exempel genom att släppa ut metan fångad i permafrost.
Biodrivmedel är väsentliga för att uppnå klimatmålen
Forskarna sa att på grund av nuvarande förseningar iAtt bekämpa klimatförändringarna kommer att behöva ta en mer proaktiv hållning på biodrivmedel och andra negativa utsläppstekniker om länder som USA vill begränsa effekterna av den globala uppvärmningen till 1,5 grader Celsius över föreindustriella nivåer.
”Om vi vill uppnå detta mål, gör vi detdet finns verkligen ett behov av att distribuera alternativ till fossila bränslen så snabbt som möjligt, säger Field. Han tillade också att det är nödvändigt att ta bort koldioxidföroreningar från atmosfären och minska historiska utsläpp.
Att eliminera koldioxidföroreningar är en idésom har diskuterats i stor utsträckning sedan Parisavtalet ingicks under FN: s ramkonvention om klimatförändringar 2016.
"Vi kommer att börja städa upp koldioxidföroreningar som har hänt tidigare eftersom vi minskar våra utsläpp för långsamt," sa Field.
Det finns olika sätt att åstadkomma denna sanering, det enklaste är att odla träd för att lagra mer kol på marken.
Andra alternativ beskrivs och analyseras iforskning, inklusive användning av kolnegativa biodrivmedel. Växter drar kol från atmosfären för att växa och kol används för att tillverka växtvävnader.
Om detta växtmaterial samlas in ochomvandlad till energi kan en del av den resulterande koldioxidbiprodukten fångas upp och pumpas under jord för att lagras i utarmade oljebrunnar eller andra geologiska formationer istället för att skicka tillbaka den till atmosfären.
På samma sätt är cellulosabiobränslen detattraktivt eftersom det kan bidra till att minska användningen av fossila bränslen inom flyg, sjöfart och lastbilar, i alla områden där övergången till el är svår.
Framöver hoppas forskargruppen att utvidga sin modell för att skala nationellt snarare än att titta på några specifika platser över hela landet.
”I liten skala finns det mångaelement för framtida användning av avancerade biodrivmedel, avslutar forskarna. "Tricket är att sätta ihop alla dessa bitar och se till att vi fortsätter att ha stöd så att det kan blomstra och skjuta i höjden även när bensinpriserna är relativt låga som nu."
Läs också
Se vart Perseverance-roveren flyger nu
Astronomer ser hur ett svart hål avger flimrande gammastrålar
Ryssland kommer att slutföra badyscaphe, som sjönk till botten av Mariana-diken