Яким буває біопаливо?
Тверде, рідке або газоподібне паливо, отримане з відносно недавно
У світовому масштабі біопаливо найчастішевикористовується для живлення транспортних засобів, опалення будинків і приготування їжі. Промисловість біопалива розширюється в Європі, Азії та Америці. Недавня технологія, розроблена в Національній лабораторії Лос-Аламоса, дозволяє навіть перетворювати забруднення в поновлюване біопаливо. Агротопліво - це біопаливо, яке проводиться з певних сільськогосподарських культур, а не з відходів, таких як виділення газів на сміттєзвалищах або перероблене рослинне масло.
Є дві найпоширеніші стратегії виробництварідкого і газоподібного агротопліва. Одна з них - вирощувати культури з високим вмістом цукру (цукровий очерет, цукровий буряк і солодке сорго) або крохмалю (кукурудза), а потім використовувати дріжджову ферментацію для виробництва етилового спирту (етанолу). Другий - вирощування рослин, що містять велику кількість рослинного масла, таких як олійна пальма, соя, водорості, ятрофа або понгамія пінната. Коли ці масла нагріваються, їх в'язкість знижується, і їх можна спалювати безпосередньо в дизельному двигуні або їх можна хімічно обробляти для виробництва палива, такого як біодизель. Деревина та її побічні продукти також можуть бути перетворені в біопаливо, таке як деревне газ, метанол або етанол. Також можна робити целюлозний етанол з неїстівних частин рослин, але це може виявитися важким з економічної точки зору.
Також використовується тверда біомаса. Багато матеріалів, такі як дерево і трава, можна сушити, гранулювати і спалювати; це може бути використано для виробництва енергії. Хоча при цьому утвориться деяка кількість клінкеру, при обробці використовується менше енергії, що може дати більш високу загальну ефективність. Клінкер - це високоміцна, морозостійка добавка, екологічно чистий продукт, що отримується з спеціальних сланцевих тугоплавких глин і обпікає при температурі до 1 200 ° С.
Розробка моделей створення біопалива
Джон Філд, науковий співробітник лабораторії екологіїприродних ресурсів в CSU, заявив, що перед виробництвом біопалива було непросто продемонструвати комерційну життєздатність целюлозного біопалива, створеного з використанням неїстівних частин рослин. Просовнік, місцева трава, що виростає в багатьох частинах Північної Америки, є провідним кандидатом для сталого виробництва рослинного матеріалу.
Дослідницька група використовуваламоделювання для створення схем вирощування проса, виробництва целюлозного біопалива, уловлювання та зберігання вуглецю, відстеження екосистеми і потоків вуглецю. Потім учені порівняли це моделювання з альтернативними способами зберігання вуглецю на землі, включаючи вирощування лісу або лугу.
Що таке уловлювання та зберігання вуглецю?
Уловлювання та зберігання вуглецю (англ.сarbon capture and storage, CCS) - це технологія, яка може вловлювати до 90% викидів діоксиду вуглецю (CO2), що утворюються при використанні викопного палива у виробництві електроенергії та промислових процесах, запобігаючи попаданню діоксиду вуглецю в атмосферу. Крім того, використання CCS з відновлюваною біомасою є однією з небагатьох технологій зниження викидів вуглецю, які можуть використовуватися у «вуглецево-негативному» режимі – фактично видаляючи вуглекислий газ із атмосфери.
Ланцюжок CCS складається з трьох частин:уловлювання діоксиду вуглецю, транспортування діоксиду вуглецю та надійне зберігання викидів діоксиду вуглецю під землею у виснажених нафтових та газових родовищах або у глибоких солоних водоносних пластах.
По-перше, захоплення технології дозволяє поділдіоксиду вуглецю з газів, що утворюються при виробництві електроенергії та промислових процесів, одним із трьох способів: захоплення до спалювання, уловлювання після спалювання та спалювання на кисневому паливі.
Потім діоксид вуглецю транспортується потрубопроводу або на кораблі для безпечного зберігання. Мільйони тонн вуглекислого газу вже щорічно перевозяться з комерційною метою автоцистернами, кораблями та трубопроводами. США має 40-річний досвід транспортування вуглекислого газу трубопроводами для проектів збільшення нафтовіддачі.
Потім вуглекислий газ зберігається в ретельно відібраних геологічних гірських породах, які зазвичай розташовані на кілька кілометрів нижче поверхні землі.
На кожному етапі ланцюжка CCS, від виробництва дозберігання, промисловість має в своєму розпорядженні ряд добре вивчених технологічних процесів, які мають відмінні показники по охороні здоров'я і безпеки. Комерційне розгортання CCS буде включати повсюдне впровадження цих методів CCS в поєднанні з надійними методами моніторингу та державним регулюванням.
Використання технології для виробництва біопалива
Технології уловлювання та зберігання вуглецювикористовуються принаймні на одному підприємстві в Іллінойсі, яке переробляє кукурудзу в якості звичайного біопалива для виробництва етанолу, але ці системи ще не набули широкого поширення. В рамках дослідження вчені створили моделі, щоб змоделювати, як це буде виглядати на заводі з переробки целюлозного біопалива.
Кругообіг вуглецю при лісовідновленніземель, які перейшли з-під сільськогосподарського виробництва (зліва), або перетворення під вирощування проса для виробництва вуглецево-негативного біопалива (праворуч). Надано: Джон Філд.
«Ми виявили, що близько половини вуглецюпроса, що надходить на нафтопереробний завод, стає побічним продуктом, який може використовуватися для уловлювання та зберігання вуглецю », - заявляють вчені. Отримані потоки побічних продуктів діоксиду вуглецю високої чистоти не зажадають значного поділу або очищення перед зберіганням під землею.
Дослідницька група проаналізувала трирізних тематичних дослідження в США і виявила, що на землях, де фермери або землевпорядники переходили від вирощування сільськогосподарських культур або зберігали пасовища для випасу худоби, вирощування проса для виробництва целюлозного етанолу мало потенціал пом'якшення впливу на гектар, який можна порівняти з лісооновлення, більше, ніж відновлення пасовищ . (Гектар приблизно в два з половиною рази більше середнього футбольного поля.)
Змодельовані потоки вуглецю екосистеми длярізних сценаріїв землекористування. Гістограма з накопиченням, що показує оцінки DayCent надходження вуглецю в екосистему через NPP (рожеві стовпчики) і загальних втрат вуглецю як через R h (білі стовпчики), так і за рахунок врожаю (Harv) проса проса (сині стовпці) і деревини (зелені стовпці) для BP для New Йорк (Нью-Йорк), Айова (Айова) і Луїзіана (Лос-Анджелес) тематичні дослідження. Отриманий NECB відзначений зеленими ромбами, позитивні значення якого вказують на збільшення накопичення вуглецю в екосистемі. Результати представляють собою середньорічні значення за перші 30 років моделювання
Вчені зазначили, що до дослідження їх підштовхнуло кілька відомих критичних зауважень щодо біопалива.
«Наш аналіз показує, що великі кліматичніпереваги можуть бути досягнуті за допомогою біопалива, якщо є намір зробити це », - сказав Лі Лінд, співавтор, і Пол Е. і Джоан Х. Кено, заслужені професори в області інженерного проектування навколишнього середовища в Дартмутського коледжу.
Що таке негативні викиди і «чистий нуль»?
«Негативні викиди» - паркан парникових газівз атмосфери - ймовірно, буде потрібно для стабілізації глобального потепління на 1,5 градуса Цельсія, бажаної мети, яку уряди взяли на себе в Паризькому угоді.
Існує два основні підходи - рішення дляприродного клімату (NCS) і технології з негативними викидами (NET). У обох є обмеження щодо того, скільки їх можна розгорнути, і можуть бути недоліки.
Чому «негативні викиди»?
Щоб стабілізувати глобальне потепління набудь-якому рівні, необхідно усунути викиди двоокису вуглецю, основного парникового газу; їх зменшення недостатньо. Інші парникові гази, такі як метан, також необхідно обмежити.
Однак в таких секторах, як сільське господарство іавіація, зведення викидів до нуля може виявитися неможливим. Отже, єдиний підхід полягає в тому, щоб витягти з атмосфери достатню кількість парникових газів, щоб збалансувати залишилися викиди - так, щоб викиди досягли «чистого нуля».
Якщо негативні і позитивні викидизбалансовані, глобальне потепління має стабілізуватися. В даний час єдиним парниковим газом, для якого можливі негативні викиди в масштабі, є діоксид вуглецю.
Скільки потрібно і коли?
Міжурядова група експертів ззміни клімату (МГЕЗК) опублікувала в 2018 році знаменний звіт, в якому викладається, що уряди повинні робити, щоб виконати Паризьку угоду. МГЕЗК заявила, що досягнення цільового показника 1,5 °C передбачає досягнення чистих нульових викидів CO2 в усьому світі приблизно до середини століття разом із значним скороченням інших парникових газів, і майже напевно будуть потрібні негативні викиди.
Скільки буде потрібно, буде залежати від того,наскільки далеко просунулися в скороченні викидів. Це також буде залежати від того, чи призведе потепління до викиду парникових газів в повітря, наприклад, за рахунок вивільнення метану, який застряг у вічній мерзлоті.
Використання біопалива необхідно для досягнення кліматичних цілей
Вчені заявили, що через поточні затримок вборотьбі зі зміною клімату необхідно зайняти більш активну позицію щодо біопалива та інших технологій з негативними викидами, якщо такі країни, як США, хочуть обмежити вплив глобального потепління на 1,5 градуса Цельсія в порівнянні з доіндустріальним рівнем.
«Якщо ми хочемо досягти цієї мети, намдійсно потрібно якомога швидше розгорнути альтернативи використанню викопного палива », - сказав Філд. Він також додав, що необхідно прибрати вуглецеве забруднення з атмосфери і скоротити історичні викиди.
Усунення вуглецевого забруднення - це ідея,яка широко обговорювалася з моменту укладення Паризького угоди в рамках Рамкової конвенції Організації Об'єднаних Націй про зміну клімату в 2016 році.
«Ми збираємося почати очищення від вуглецевого забруднення, яке відбувалося в минулому, тому що ми занадто повільно скорочуємо наші викиди», - сказав Філд.
Є різні способи виконати цю очистку, найпростіший з них - вирощувати дерева, щоб зберегти більше вуглецю на землі.
Інші альтернативи описані і проаналізовані вдослідженні, включаючи використання вуглецево-негативного біопалива. Рослини витягають вуглець з атмосфери для зростання, а вуглець використовується для створення тканин рослин.
Якщо цей рослинний матеріал зібрати іперетворити в енергію, частина утворюється побічний продукт двоокису вуглецю може бути уловлена і закачана під землю в сховище в виснажених нафтових свердловинах або інших геологічних формаціях замість того, щоб відправляти його назад в атмосферу.
Точно так же целюлозне біопаливо єпривабливим, тому що воно може допомогти скоротити використання викопного палива в авіації, судноплавстві та вантажних автомобілях, у всіх областях, де складно перейти на електрику.
Рухаючись вперед, дослідницька група сподівається розширити свою моделювання, масштабуючи його на національному рівні, замість того, щоб розглядати кілька конкретних ділянок по всій країні.
«У невеликому масштабі існує безлічелементів для майбутнього використання передового біопалива, - роблять висновок вчені. - Виверт полягає в тому, щоб зібрати всі ці частини разом і переконатися, що у нас і далі буде підтримка, щоб вона могла процвітати і злітати, навіть коли ціни на газ відносно низькі, як зараз ».
Читати також
Подивіться, де зараз летить марсохід Perseverance
Астрономи побачили, як чорна діра випускає мерехтливе гамма-випромінювання
У Росії допрацюють батискаф, який опустився на дно Маріанської западини