เชื้อเพลิงชีวภาพสมัยใหม่สามารถแทนที่น้ำมันและก๊าซได้ ค้นหาว่าเป็นเช่นนั้นหรือไม่

เชื้อเพลิงชีวภาพคืออะไร?

เชื้อเพลิงแข็ง ของเหลว หรือก๊าซ ที่ได้รับเมื่อไม่นานมานี้

วัสดุชีวภาพที่ตายแล้วหรือมีชีวิตแตกต่างจากเชื้อเพลิงฟอสซิลที่ได้มาจากวัสดุชีวภาพที่ตายไปนานแล้ว นอกจากนี้ พืชหลายชนิดและวัสดุจากพืชยังถูกนำมาใช้เพื่อผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพอีกด้วย

ทั่วโลกมักใช้เชื้อเพลิงชีวภาพใช้สำหรับเปิดเครื่องรถยนต์ทำความร้อนในบ้านและทำอาหาร อุตสาหกรรมเชื้อเพลิงชีวภาพกำลังขยายตัวในยุโรปเอเชียและอเมริกา เทคโนโลยีล่าสุดที่พัฒนาขึ้นที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอสอาลามอสแม้กระทั่งแปลงมลพิษเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพหมุนเวียน Agrofuels เป็นเชื้อเพลิงชีวภาพที่ผลิตจากพืชบางชนิดและไม่ได้มาจากของเสียเช่นก๊าซฝังกลบหรือน้ำมันพืชรีไซเคิล

มีสองกลยุทธ์การผลิตที่พบบ่อยagrofuels ของเหลวและก๊าซ วิธีหนึ่งคือการปลูกพืชที่มีน้ำตาลสูง (อ้อยหัวบีทและข้าวฟ่างหวาน) หรือแป้ง (ข้าวโพด) แล้วใช้การหมักยีสต์เพื่อผลิตเอทิลแอลกอฮอล์ (เอทานอล) ประการที่สองคือการปลูกพืชที่มีน้ำมันพืชจำนวนมากเช่นปาล์มน้ำมันถั่วเหลืองสาหร่ายสบู่ดำหรือปงกาเมียพินนาตา เมื่อน้ำมันเหล่านี้ได้รับความร้อนความหนืดจะลดลงและสามารถเผาไหม้ได้โดยตรงในเครื่องยนต์ดีเซลหรือสามารถบำบัดทางเคมีเพื่อผลิตเชื้อเพลิงเช่นไบโอดีเซล ไม้และผลพลอยได้ยังสามารถเปลี่ยนเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพเช่นก๊าซไม้เมทานอลหรือเอทานอล นอกจากนี้ยังสามารถผลิตเอทานอลเซลลูโลสจากส่วนของพืชที่ไม่สามารถรับประทานได้ แต่อาจเป็นเรื่องยากในเชิงเศรษฐกิจ

ยังใช้ชีวมวลที่เป็นของแข็ง วัสดุหลายชนิดเช่นไม้และหญ้าสามารถทำให้แห้งเป็นเม็ดและเผาได้ สามารถใช้เพื่อสร้างพลังงาน แม้ว่าสิ่งนี้จะก่อให้เกิดปูนเม็ด แต่ก็ใช้พลังงานน้อยลงในการบำบัดซึ่งอาจส่งผลให้ประสิทธิภาพโดยรวมสูงขึ้น ปูนเม็ดเป็นสารเติมแต่งที่มีความแข็งแรงสูงและทนต่อน้ำค้างแข็งซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมที่ได้จากดินเหนียวพิเศษทนไฟและเผาที่อุณหภูมิสูงถึง 1200 ° C

การพัฒนาแบบจำลองสำหรับการสร้างเชื้อเพลิงชีวภาพ

John Field, นักวิจัย, Ecology Labทรัพยากรธรรมชาติที่ CSU กล่าวว่าเป็นเรื่องท้าทายที่จะแสดงให้เห็นถึงความสามารถในเชิงพาณิชย์ของเชื้อเพลิงชีวภาพเซลลูโลสที่ผลิตโดยใช้ชิ้นส่วนพืชที่กินไม่ได้ก่อนการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพ วีทกราสซึ่งเป็นสมุนไพรพื้นเมืองที่พบในหลายพื้นที่ของอเมริกาเหนือเป็นผู้สมัครชั้นนำในการผลิตวัสดุจากพืชอย่างยั่งยืน

ทีมวิจัยได้ใช้การสร้างแบบจำลองสำหรับแผนการเพาะปลูกข้าวฟ่างการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพเซลลูโลสการดักจับและการจัดเก็บคาร์บอนการติดตามระบบนิเวศและฟลักซ์คาร์บอน จากนั้นนักวิทยาศาสตร์ได้เปรียบเทียบการสร้างแบบจำลองนี้กับวิธีอื่นในการกักเก็บคาร์บอนบนโลกรวมทั้งการปลูกป่าหรือทุ่งหญ้า

การดักจับและกักเก็บคาร์บอนคืออะไร?

การดักจับและการเก็บรักษาคาร์บอนการดักจับและกักเก็บคาร์บอน (CCS) เป็นเทคโนโลยีที่สามารถดักจับการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ได้มากถึง 90% ที่เกิดจากการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลในการผลิตกระแสไฟฟ้าและกระบวนการทางอุตสาหกรรม เพื่อป้องกันไม่ให้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เข้าสู่ชั้นบรรยากาศ นอกจากนี้ การใช้ CCS กับชีวมวลหมุนเวียนเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีลดคาร์บอนไม่กี่เทคโนโลยีที่สามารถนำมาใช้ในลักษณะ "คาร์บอนเป็นลบ" โดยสามารถกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากชั้นบรรยากาศได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ห่วงโซ่ CCS ประกอบด้วยสามส่วน:การดักจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ การขนส่งก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และการจัดเก็บการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์อย่างปลอดภัยใต้ดินในแหล่งน้ำมันและก๊าซที่หมดสิ้นลงหรือชั้นหินอุ้มน้ำที่มีน้ำเค็มลึก

ประการแรก การจับเทคโนโลยีช่วยให้สามารถแยกได้คาร์บอนไดออกไซด์จากก๊าซที่เกิดขึ้นระหว่างการผลิตกระแสไฟฟ้าและกระบวนการทางอุตสาหกรรมด้วยวิธีใดวิธีหนึ่งจากสามวิธี: การจับก่อนการเผาไหม้ การจับหลังการเผาไหม้ และการเผาไหม้ด้วยออกซิเจน

จากนั้นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จะถูกส่งผ่านท่อหรือบนเรือเพื่อการจัดเก็บที่ปลอดภัย ในแต่ละปีมีการขนส่งก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์หลายล้านตันในเชิงพาณิชย์โดยรถบรรทุกน้ำมัน เรือ และท่อส่งก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ สหรัฐอเมริกามีประสบการณ์ 40 ปีในการขนส่งก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ผ่านท่อเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพโครงการนำน้ำมันกลับมาใช้ใหม่

จากนั้นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จะถูกเก็บไว้ในหินทางธรณีวิทยาที่คัดสรรมาอย่างดีซึ่งโดยปกติจะอยู่ใต้พื้นผิวโลกหลายกิโลเมตร

ในทุกขั้นตอนของห่วงโซ่ CCS ตั้งแต่การผลิตจนถึงการจัดเก็บข้อมูลอุตสาหกรรมมีกระบวนการที่ได้รับการวิจัยมาเป็นอย่างดีจำนวนมากซึ่งมีประสิทธิภาพด้านสุขภาพและความปลอดภัยที่ยอดเยี่ยม การปรับใช้ CCS ในเชิงพาณิชย์จะรวมถึงการนำเทคนิค CCS เหล่านี้ไปใช้อย่างแพร่หลายรวมกับเทคนิคการตรวจสอบที่มีประสิทธิภาพและกฎระเบียบของรัฐบาล

การใช้เทคโนโลยีในการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพ

เทคโนโลยีการดักจับและกักเก็บคาร์บอนถูกใช้ในโรงงานในรัฐอิลลินอยส์อย่างน้อยหนึ่งแห่งที่แปรรูปข้าวโพดเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพธรรมดาเพื่อผลิตเอทานอล แต่ระบบเหล่านี้ยังไม่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง ในฐานะที่เป็นส่วนหนึ่งของการศึกษานักวิทยาศาสตร์ได้สร้างแบบจำลองเพื่อจำลองว่ามันจะเป็นอย่างไรในโรงงานแปรรูปเชื้อเพลิงชีวภาพเซลลูโลส

วัฏจักรคาร์บอนในการปลูกป่าที่ดินแปลงจากการผลิตทางการเกษตร (ซ้าย) หรือแปลงปลูกข้าวฟ่างเพื่อผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพคาร์บอนลบ (ขวา) เครดิต: John Field

“ เราพบว่าประมาณครึ่งหนึ่งของคาร์บอนลูกเดือยที่เข้าสู่โรงกลั่นกลายเป็นผลพลอยได้ที่สามารถใช้ในการดักจับและกักเก็บคาร์บอน” นักวิทยาศาสตร์กล่าว กระแสผลพลอยได้จากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่มีความบริสุทธิ์สูงจะไม่ต้องการการแยกหรือการทำให้บริสุทธิ์อย่างมีนัยสำคัญก่อนที่จะเก็บไว้ใต้ดิน

ทีมวิจัยวิเคราะห์สามกรณีศึกษาต่างๆในสหรัฐอเมริกาและพบว่าบนที่ดินที่เกษตรกรหรือผู้จัดการที่ดินเปลี่ยนจากการเพาะปลูกพืชหรือทุ่งหญ้าเพื่อการเลี้ยงสัตว์การปลูกข้าวฟ่างเพื่อผลิตเอทานอลเซลลูโลสมีศักยภาพในการลดผลกระทบต่อเฮกตาร์ได้เทียบเท่ากับการปลูกป่ามากกว่าการฟื้นฟูทุ่งหญ้า ... (เฮกตาร์มีขนาดประมาณสองเท่าครึ่งของขนาดสนามฟุตบอลทั่วไป)

ฟลักซ์คาร์บอนในระบบนิเวศจำลองสำหรับสถานการณ์การใช้ที่ดินที่แตกต่างกัน ฮิสโตแกรมแบบซ้อนแสดงค่าประมาณ DayCent ของการป้อนคาร์บอนในระบบนิเวศผ่าน NPP (แท่งสีชมพู) และการสูญเสียคาร์บอนทั้งหมดผ่านทั้ง R h (แถบสีขาว) และผลผลิต (Harv) ของลูกเดือย (แท่งสีน้ำเงิน) และไม้ (แท่งสีเขียว) สำหรับกรณีศึกษา BP สำหรับนิวยอร์ก (NY) ไอโอวา (ไอโอวา) และลุยเซียนา (ลอสแองเจลิส) NECB ที่ได้จะถูกทำเครื่องหมายด้วยเพชรสีเขียวโดยมีค่าบวกแสดงถึงการเพิ่มขึ้นของการกักเก็บคาร์บอนในระบบนิเวศ ผลลัพธ์เป็นค่าเฉลี่ยรายปีในช่วง 30 ปีแรกของการสร้างแบบจำลอง

นักวิทยาศาสตร์ตั้งข้อสังเกตว่าคำวิพากษ์วิจารณ์เชื้อเพลิงชีวภาพที่รู้จักกันดีหลายประการกระตุ้นให้พวกเขาศึกษา

“ การวิเคราะห์ของเราแสดงให้เห็นว่าภูมิอากาศขนาดใหญ่คุณจะได้รับประโยชน์จากเชื้อเพลิงชีวภาพหากมีเจตนาที่จะทำเช่นนั้น” ลีลินด์ผู้เขียนร่วมและพอลอีและโจแอนเอชคีโนศาสตราจารย์ดีเด่นด้านวิศวกรรมสิ่งแวดล้อมของวิทยาลัยดาร์ทเมาท์กล่าว

การปล่อยก๊าซเรือนกระจกเชิงลบและ "ศูนย์สุทธิ" คืออะไร?

"การปล่อยก๊าซเชิงลบ" - การบริโภคก๊าซเรือนกระจกจากชั้นบรรยากาศ - น่าจะจำเป็นในการรักษาเสถียรภาพของภาวะโลกร้อนที่ 1.5 องศาเซลเซียสซึ่งเป็นเป้าหมายอันยิ่งใหญ่ที่รัฐบาลได้ดำเนินการในข้อตกลงปารีส

มีสองแนวทางหลัก - โซลูชันสำหรับสภาพอากาศตามธรรมชาติ (NCS) และเทคโนโลยีการปล่อยมลพิษเชิงลบ (NET) ทั้งสองอย่างมีข้อ จำกัด ในการปรับใช้และอาจมีข้อเสีย

ทำไม "ค่าผิดปกติเชิงลบ"

เพื่อรักษาเสถียรภาพของภาวะโลกร้อนโดยในทุกระดับจำเป็นต้องกำจัดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกหลัก การลดลงนั้นไม่เพียงพอ ก๊าซเรือนกระจกอื่น ๆ เช่นมีเธนก็ต้องถูก จำกัด เช่นกัน

อย่างไรก็ตามในภาคต่างๆเช่นเกษตรกรรมและการบินการปล่อยมลพิษเป็นศูนย์อาจเป็นไปไม่ได้ ดังนั้นวิธีการเดียวคือการดึงก๊าซเรือนกระจกออกจากชั้นบรรยากาศให้เพียงพอเพื่อปรับสมดุลการปล่อยก๊าซที่เหลืออยู่ - เพื่อให้การปล่อยก๊าซมีค่า“ สุทธิศูนย์”

หากค่าผิดปกติเชิงลบและเชิงบวกภาวะโลกร้อนที่สมดุลควรคงที่ ปัจจุบันก๊าซเรือนกระจกชนิดเดียวที่มีโอกาสปล่อยก๊าซเรือนกระจกในระดับหนึ่งคือคาร์บอนไดออกไซด์

จำเป็นแค่ไหนและเมื่อไร?

กลุ่มผู้เชี่ยวชาญระหว่างรัฐบาลเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ (IPCC) เผยแพร่รายงานสำคัญในปี 2018 โดยสรุปสิ่งที่รัฐบาลต้องทำเพื่อปฏิบัติตามข้อตกลงปารีส IPCC กล่าวว่าการบรรลุเป้าหมาย 1.5°C จะเกี่ยวข้องกับการบรรลุการปล่อย CO2 สุทธิเป็นศูนย์ทั่วโลกภายในประมาณกลางศตวรรษ พร้อมกับการลดก๊าซเรือนกระจกอื่นๆ อย่างมีนัยสำคัญ และเกือบจะจำเป็นต้องมีการปล่อยก๊าซเรือนกระจกเชิงลบอย่างแน่นอน

จะขึ้นอยู่กับเราลดการปล่อยมลพิษไปได้ไกลแค่ไหน นอกจากนี้ยังขึ้นอยู่กับว่าภาวะโลกร้อนจะปล่อยก๊าซเรือนกระจกสู่อากาศหรือไม่เช่นโดยการปล่อยก๊าซมีเทนที่ติดอยู่ในดินถาวร

เชื้อเพลิงชีวภาพมีความสำคัญต่อการบรรลุเป้าหมายด้านสภาพอากาศ

นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าเนื่องจากความล่าช้าในปัจจุบันการต่อสู้กับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศจะต้องมีท่าทีเชิงรุกมากขึ้นเกี่ยวกับเชื้อเพลิงชีวภาพและเทคโนโลยีการปล่อยมลพิษเชิงลบอื่น ๆ หากประเทศเช่นสหรัฐอเมริกาต้องการ จำกัด ผลกระทบของภาวะโลกร้อนให้สูงกว่าระดับก่อนอุตสาหกรรมถึง 1.5 องศาเซลเซียส

“ ถ้าเราต้องการบรรลุเป้าหมายนี้เรามีความจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องปรับใช้ทางเลือกอื่นแทนเชื้อเพลิงฟอสซิลโดยเร็วที่สุด” ฟิลด์กล่าว นอกจากนี้เขายังกล่าวเพิ่มเติมว่าจำเป็นต้องขจัดมลพิษคาร์บอนออกจากชั้นบรรยากาศและลดการปล่อยมลพิษในอดีต

การขจัดมลพิษคาร์บอนเป็นความคิดซึ่งมีการพูดคุยกันอย่างกว้างขวางตั้งแต่การสรุปข้อตกลงปารีสภายใต้กรอบอนุสัญญาสหประชาชาติว่าด้วยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศในปี 2559

“ เรากำลังจะเริ่มทำความสะอาดมลพิษคาร์บอนที่เกิดขึ้นในอดีตเนื่องจากเรากำลังลดการปล่อยของเราช้าเกินไป” ฟิลด์กล่าว

มีหลายวิธีในการทำความสะอาดนี้ให้สำเร็จวิธีที่ง่ายที่สุดคือการปลูกต้นไม้เพื่อกักเก็บคาร์บอนไว้บนพื้นดิน

ทางเลือกอื่น ๆ มีการอธิบายและวิเคราะห์ไว้ในการวิจัยรวมถึงการใช้เชื้อเพลิงชีวภาพคาร์บอนลบ พืชดึงคาร์บอนจากชั้นบรรยากาศเพื่อเจริญเติบโตและคาร์บอนถูกใช้เพื่อสร้างเนื้อเยื่อพืช

หากมีการรวบรวมวัสดุปลูกและเปลี่ยนเป็นพลังงานผลพลอยได้ของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่เกิดขึ้นบางส่วนสามารถจับและสูบลงใต้ดินไปเก็บไว้ในบ่อน้ำมันที่หมดหรือการก่อตัวทางธรณีวิทยาอื่น ๆ แทนที่จะส่งกลับสู่ชั้นบรรยากาศ

ในทำนองเดียวกันเชื้อเพลิงชีวภาพเซลลูโลสคือน่าสนใจเพราะสามารถช่วยลดการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลในการบินการขนส่งและรถบรรทุกในทุกพื้นที่ที่การเปลี่ยนไปใช้ไฟฟ้าทำได้ยาก

ในอนาคตทีมวิจัยหวังว่าจะขยายการสร้างแบบจำลองของตนไปสู่ระดับประเทศแทนที่จะดูที่ไซต์เฉพาะบางแห่งทั่วประเทศ

“ ในระดับเล็ก ๆ มีมากมายองค์ประกอบสำหรับการใช้เชื้อเพลิงชีวภาพขั้นสูงในอนาคตนักวิทยาศาสตร์สรุป "เคล็ดลับคือรวบรวมชิ้นส่วนเหล่านี้ทั้งหมดเข้าด้วยกันและตรวจสอบให้แน่ใจว่าเรายังคงมีการสนับสนุนเพื่อให้สามารถเติบโตและพุ่งสูงขึ้นแม้ว่าราคาก๊าซจะค่อนข้างต่ำในขณะนี้ก็ตาม"

อ่านยัง

ดูว่ารถแลนด์โรเวอร์แห่งความเพียรบินอยู่ที่ไหน

นักดาราศาสตร์เห็นว่าหลุมดำปล่อยรังสีแกมมาริบหรี่ได้อย่างไร

รัสเซียจะจัดการอาบน้ำที่จมลงสู่ก้นร่องลึกมาเรียนา