luckyea77 (luckyea77) wrote,
luckyea77
luckyea77

Category:

Современное биотопливо может заменить нефть и газ. Выясняем, так ли это



Системы биотоплива и биоэнергетики являются неотъемлемой частью сценариев по замене использования ископаемого топлива и созданию отрицательных выбросов за счет улавливания и хранения углерода. Но преимущество этих систем было спорным из-за опасения потерь углерода в результате изменений в землепользовании и упущенных выгодах секвестрации от альтернативных видов землепользования. Новое исследование ученых предсказало значительные преимущества для климата, связанные с использованием передовых технологий биотоплива. Учтя все потоки углерода в системах биотоплива и сравнивая их с потоками в пастбищах и лесах, исследователи обнаружили, что существуют четкие стратегии для биотоплива, позволяющие получить чистую углеродную выгоду. Это одно из первых исследований, в которых рассматривается как нынешнее, так и будущее углеродно-отрицательное биотопливо. Рассказываем о них подробнее, а также о том, каким бывает биотопливо, что такое улавливание углерода и как человечеству можно выйти в «чистый ноль»‎.

Каким бывает биотопливо?

Твердое, жидкое или газообразное топливо, полученное из относительно недавно мертвого или живого биологического материала, отличается от ископаемого топлива, которое получают из давно мертвого биологического материала. Кроме того, для производства биотоплива используются различные растения и материалы растительного происхождения.

В мировом масштабе биотопливо чаще всего используется для питания транспортных средств, отопления домов и приготовления пищи. Промышленность биотоплива расширяется в Европе, Азии и Америке. Недавняя технология, разработанная в Национальной лаборатории Лос-Аламоса, позволяет даже преобразовывать загрязнения в возобновляемое биотопливо. Агротопливо — это биотопливо, которое производится из определенных сельскохозяйственных культур, а не из отходов, таких как выделение газов на свалках или переработанное растительное масло.

Есть две распространенные стратегии производства жидкого и газообразного агротоплива. Одна из них — выращивать культуры с высоким содержанием сахара (сахарный тростник, сахарная свекла и сладкое сорго) или крахмала (кукуруза), а затем использовать дрожжевую ферментацию для производства этилового спирта (этанола). Второй — выращивание растений, содержащих большое количество растительного масла, таких как масличная пальма, соя, водоросли, ятрофа или понгамия пинната. Когда эти масла нагреваются, их вязкость снижается, и их можно сжигать непосредственно в дизельном двигателе или их можно химически обрабатывать для производства топлива, такого как биодизель. Древесина и ее побочные продукты также могут быть преобразованы в биотопливо, такое как древесный газ, метанол или этанол. Также можно производить целлюлозный этанол из несъедобных частей растений, но это может оказаться трудным с экономической точки зрения.

Также используется твердая биомасса. Многие материалы, такие как дерево и трава, можно сушить, гранулировать и сжигать; это может быть использовано для производства энергии. Хотя при этом образуется некоторое количество клинкера, при обработке используется меньше энергии, что может дать более высокую общую эффективность. Клинкер — это высокопрочная, морозостойкая добавка, экологически чистый продукт, получаемая из специальных сланцевых тугоплавких глин и обжигаемый при температуре до 1 200 °С.

Разработка моделей создания биотоплива

Джон Филд, научный сотрудник лаборатории экологии природных ресурсов в CSU, заявил, что перед производством биотоплива было непросто продемонстрировать коммерческую жизнеспособность целлюлозного биотоплива, созданного с использованием несъедобных частей растений. Просовник, местная трава, произрастающая во многих частях Северной Америки, является ведущим кандидатом для устойчивого производства растительного материала.

Исследовательская группа использовала моделирование для создание схем выращивания проса, производства целлюлозного биотоплива, улавливания и хранения углерода, отслеживания экосистемы и потоков углерода. Затем ученые сравнили это моделирование с альтернативными способами хранения углерода на земле, включая выращивание леса или луга.

Что такое улавливание и хранение углерода?

Улавливание и хранение углерода (англ. сarbon capture and storage, CCS) — это технология, которая может улавливать до 90% выбросов диоксида углерода (CO2), образующихся при использовании ископаемого топлива в производстве электроэнергии и промышленных процессах, предотвращая попадание диоксида углерода в атмосферу. Кроме того, использование CCS с возобновляемой биомассой является одной из немногих технологий снижения выбросов углерода, которые могут использоваться в «углеродно-отрицательном» режиме — фактически удаляя углекислый газ из атмосферы.

Цепочка CCS состоит из трех частей: улавливание диоксида углерода, транспортировка диоксида углерода и надежное хранение выбросов диоксида углерода под землей в истощенных нефтяных и газовых месторождениях или в глубоких соленых водоносных пластах.

Во-первых, захват технологии позволяет разделение диоксида углерода из газов, образующихся при производстве электроэнергии и промышленных процессов, одним из трех способов: захвата до сжигания, улавливания после сжигания и сжигания на кислородном топливе.

Затем диоксид углерода транспортируется по трубопроводу или на корабле для безопасного хранения. Миллионы тонн углекислого газа уже ежегодно перевозятся в коммерческих целях автоцистернами, кораблями и по трубопроводам. У США есть 40-летний опыт транспортировки углекислого газа по трубопроводам для проектов увеличения нефтеотдачи.

Затем углекислый газ хранится в тщательно отобранных геологических горных породах, которые обычно расположены на несколько километров ниже поверхности земли.



На каждом этапе цепочки CCS, от производства до хранения, промышленность имеет в своем распоряжении ряд хорошо изученных технологических процессов, которые имеют отличные показатели по охране здоровья и безопасности. Коммерческое развертывание CCS будет включать повсеместное внедрение этих методов CCS в сочетании с надежными методами мониторинга и государственным регулированием.

Использование технологии для производства биотоплива

Технологии улавливания и хранения углерода используются по крайней мере на одном предприятии в Иллинойсе, которое перерабатывает кукурузу в качестве обычного биотоплива для производства этанола, но эти системы еще не получили широкого распространения. В рамках исследования ученые создали модели, чтобы смоделировать, как это будет выглядеть на заводе по переработке целлюлозного биотоплива.


Круговорот углерода при лесовосстановлении земель, перешедших из-под сельскохозяйственного производства (слева), или преобразовании под выращивание проса для производства углеродно-отрицательного биотоплива (справа). Предоставлено: Джон Филд.

«Мы обнаружили, что около половины углерода проса, поступающего на нефтеперерабатывающий завод, становится побочным продуктом, который может использоваться для улавливания и хранения углерода» , — заявляют ученые. Полученные потоки побочных продуктов диоксида углерода высокой чистоты не потребуют значительного разделения или очистки перед хранением под землей.

Исследовательская группа проанализировала три различных тематических исследования в США и обнаружила, что на землях, где фермеры или землеустроители переходили от выращивания сельскохозяйственных культур или сохраняли пастбища для выпаса скота, выращивание проса для производства целлюлозного этанола имело потенциал смягчения воздействия на гектар, сопоставимый с лесовозобновлением, больше, чем восстановление пастбищ. (Гектар примерно в два с половиной раза больше среднего футбольного поля.)


Смоделированные потоки углерода экосистемы для различных сценариев землепользования. Гистограмма с накоплением, показывающая оценки DayCent поступления углерода в экосистему через NPP (розовые столбцы) и общих потерь углерода как через R h (белые столбцы), так и за счет урожая (Harv) проса проса (синие столбцы) и древесины (зеленые столбцы) для BP для New Йорк (Нью-Йорк), Айова (Айова) и Луизиана (Лос-Анджелес) тематические исследования. Полученный NECB отмечен зелеными ромбиками, положительные значения которого указывают на увеличение накопления углерода в экосистеме. Результаты представляют собой среднегодовые значения за первые 30 лет моделирования

Ученые отметили, что к исследованию их подтолкнуло несколько известных критических замечаний по поводу биотоплива.

«Наш анализ показывает, что большие климатические преимущества могут быть достигнуты с помощью биотоплива, если есть намерение сделать это», — сказал Ли Линд, соавтор, и Пол Э. и Джоан Х. Кено, заслуженные профессора в области инженерного проектирования окружающей среды в Дартмутском колледже.

Что такое отрицательные выбросы и «чистый ноль»‎?

«Отрицательные выбросы» — забор парниковых газов из атмосферы — вероятно, потребуется для стабилизации глобального потепления на 1,5 градуса Цельсия, желательной цели, которую правительства взяли на себя в Парижском соглашении.

Существует два основных подхода — решения для естественного климата (NCS) и технологии с отрицательными выбросами (NET). У обоих есть ограничения в отношении того, сколько их можно развернуть, и могут быть недостатки.

Почему «отрицательные выбросы»?

Чтобы стабилизировать глобальное потепление на любом уровне, необходимо устранить выбросы двуокиси углерода, основного парникового газа; их уменьшения недостаточно. Другие парниковые газы, такие как метан, также необходимо ограничить.

Однако в таких секторах, как сельское хозяйство и авиация, сведение выбросов к нулю может оказаться невозможным. Следовательно, единственный подход состоит в том, чтобы извлечь из атмосферы достаточное количество парниковых газов, чтобы сбалансировать оставшиеся выбросы — так, чтобы выбросы достигли «чистого нуля».

Если отрицательные и положительные выбросы сбалансированы, глобальное потепление должно стабилизироваться. В настоящее время единственным парниковым газом, для которого возможны отрицательные выбросы в масштабе, является диоксид углерода.

Сколько нужно и когда?

Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) опубликовала в 2018 году знаменательный отчет, в котором излагается, что правительства должны делать, чтобы выполнить Парижское соглашение. МГЭИК заявила, что достижение целевого показателя 1,5 °C предполагает достижение чистых нулевых выбросов CO2 во всем мире примерно к середине века вместе с значительным сокращением других парниковых газов, и что почти наверняка потребуются отрицательные выбросы.

Сколько потребуется, будет зависеть от того, насколько далеко продвинулись в сокращении выбросов. Это также будет зависеть от того, приведет ли потепление к выбросу парниковых газов в воздух, например, за счет высвобождения метана, застрявшего в вечной мерзлоте.

Использование биотоплива необходимо для достижения климатических целей

Ученые заявили, что из-за текущих задержек в борьбе с изменением климата необходимо занять более активную позицию в отношении биотоплива и других технологий с отрицательными выбросами, если такие страны, как США, хотят ограничить воздействие глобального потепления на 1,5 градуса Цельсия по сравнению с доиндустриальным уровнем.

«Если мы хотим достичь этой цели, нам действительно нужно как можно быстрее развернуть альтернативы использованию ископаемого топлива», — сказал Филд. Он также добавил, что необходимо убрать углеродное загрязнение из атмосферы и сократить исторические выбросы.

Устранение углеродного загрязнения — это идея, которая широко обсуждалась с момента заключения Парижского соглашения в рамках Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата в 2016 году.

«Мы собираемся начать очистку от углеродного загрязнения, которое происходило в прошлом, потому что мы слишком медленно сокращаем наши выбросы», — сказал Филд.

Есть разные способы выполнить эту очистку, самый простой из них — выращивать деревья, чтобы сохранить больше углерода на земле.

Другие альтернативы описаны и проанализированы в исследовании, включая использование углеродно-отрицательного биотоплива. Растения вытягивают углерод из атмосферы для роста, а углерод используется для создания тканей растений.

Если этот растительный материал собрать и преобразовать в энергию, часть образующегося побочного продукта двуокиси углерода может быть уловлена ​​и закачана под землю в хранилище в истощенных нефтяных скважинах или других геологических формациях вместо того, чтобы отправлять его обратно в атмосферу.

Точно так же целлюлозное биотопливо является привлекательным, потому что оно может помочь сократить использование ископаемого топлива в авиации, судоходстве и грузовых автомобилях, во всех областях, где сложно перейти на электричество.

Двигаясь вперед, исследовательская группа надеется расширить свое моделирование, масштабируя его на национальном уровне, вместо того, чтобы рассматривать несколько конкретных участков по всей стране.

«В небольшом масштабе существует множество элементов для будущего использования передового биотоплива, — заключают ученые. — Уловка состоит в том, чтобы собрать все эти части вместе и убедиться, что у нас и дальше будет поддержка, чтобы она могла процветать и взлетать, даже когда цены на газ относительно низкие, как сейчас».

Tags: биотопливо
Subscribe

Posts from This Journal “биотопливо” Tag

promo luckyea77 июнь 19, 23:05 11
Buy for 10 tokens
Часть 1 Часть 2 Часть 3 Часть 4 Часть 5 Март 2018 года Индустриализация стала основным инструментом достижения экономического богатства стран, начиная с появления прядильных машин в конце XVIII века; при смене технологических укладов менялись местами мировые промышленные лидеры. Какой…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 2 comments