Đột phá về nhiên liệu sinh học đưa 'phát thải tiêu cực' tiến gần hơn

Nhiên liệu sinh họcKhí thải carbonKhí hậu thay đổiNăng lượng

Tháng Mười 5th, 2021

Andrew Hopkins của Đại học Quốc gia Úc viết về cách thức nghiên cứu đột phá gần đây trong nhiên liệu sinh học đã đưa nhân loại tiến gần hơn đến việc hiện thực hóa giấc mơ đạt được “lượng khí thải carbon âm”.

 

By Andrew Hopkins

Giáo sư danh dự về xã hội học, Đại học Quốc gia Úc


 

Việc sử dụng nhiên liệu sinh học giúp giảm phát thải khí nhà kính của con người. Đó là một lý do tại sao một số loại xăng dầu công ty cung cấp xăng chứa tới 10% etanol (một loại nhiên liệu sinh học). Nhưng nếu chúng ta có bất kỳ cơ hội thực sự nào để tránh biến đổi khí hậu thảm khốc, thì việc giảm lượng khí thải của chúng ta vẫn chưa đủ; chúng ta phải đặt quá trình này ngược lại.

 

Chúng ta phải hướng tới “phát thải âm”. Điều này có nghĩa là loại bỏ carbon dioxide khỏi khí quyển và lý tưởng là trở lại mức CO₂ trong khí quyển thời tiền công nghiệp. Đây là một nhiệm vụ khó khăn: nồng độ trong khí quyển hiện tại là phần 410 triệu (ppm), so với xung quanh 280ppm trước cuộc Cách mạng Công nghiệp.

 

Thật thú vị, những đột phá gần đây (xem bên dưới) trong nghiên cứu nhiên liệu sinh học đã đưa triển vọng này đến gần hơn. Để hiểu tại sao trước tiên chúng ta phải biết một chút về sản xuất nhiên liệu sinh học.

 

Chuyển sang tảo

 

Trong nhiều năm, ngành công nghiệp dầu khí đã sản xuất nhiên liệu sinh học, sử dụng các loại cây lương thực như mía, ngô và đậu nành, được chuyển hóa bằng quá trình lên men hoặc các quá trình hóa học khác thành ethanol hoặc dầu diesel sinh học. Điều này đã gây tranh cãi, một phần là do hậu quả tiêu cực của việc độc canh quy mô lớn đối với những loại cây trồng này.

 

Theo đó, các công ty xăng dầu hiện nay tài trợ cho các chương trình nghiên cứu đối với cái gọi là cây nhiên liệu sinh học thế hệ thứ hai - đặc biệt là tảo, có thể được trồng trong nước chứ không phải trên cạn. Điều này sẽ phá vỡ nhiều lời chỉ trích về nhiên liệu sinh học thế hệ đầu tiên.

 

Tảo có nhiều các hình thức. Rong biển là một dạng tảo vĩ mô nổi tiếng và cũng có nhiều vi tảo, chẳng hạn như tảo nở hoa xảy ra theo thời gian tại các sông và hồ bị ô nhiễm.

 

Tảo quang hợp tương đối kém hiệu quả CO₂. Nhưng những khám phá gần đây đi theo một hướng nào đó để giải quyết vấn đề này.

 

Các nhà nghiên cứu do Exxon tài trợ đã thành công trong việc biến đổi gen tảo để tăng gấp đôi tỷ lệ giảm lượng carbon. Một cách độc lập, một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học Bang Washington vừa phát hiện làm thế nào để phát triển tảo trong ngày, thay vì vài tuần, mở đường cho việc sản xuất nhiên liệu sinh học hiệu quả hơn.

 

Nếu chúng ta có thể trồng đúng loại tảo, với số lượng đủ lớn, bước tiếp theo sẽ là chuyển nó thành nhiên liệu sinh học. Cây nhiên liệu sinh học thế hệ thứ nhất rất giàu đường và tinh bột có thể được chuyển hóa thành nhiên liệu bằng các quá trình như lên men. Tảo không thể được biến đổi theo cách này. Tuy nhiên, có một quy trình khác có thể được sử dụng: nhiệt phân.

 

Nếu bạn đốt nóng sinh khối như tảo trong điều kiện có oxy, nó sẽ cháy, nghĩa là carbon kết hợp với oxy từ không khí để tạo thành CO₂. Tuy nhiên, nếu đun nóng trong điều kiện không có oxy, nó không thể cháy được. Thay vào đó, điều xảy ra là các loại dầu và khí khác nhau bị loại bỏ, để lại một dạng cacbon tương đối tinh khiết, được gọi là than hoặc than sinh học. Quá trình này được gọi là nhiệt phân và đã được thực hành hàng nghìn năm để biến gỗ thành than.

 

Đốt than với cường độ đặc biệt và trong lịch sử được đánh giá cao ở bất cứ nơi nào yêu cầu nhiệt độ rất cao, như trong sản xuất kim loại. Quá trình được trình bày trong biểu đồ bên dưới. Khí, khi bị đốt cháy, tạo ra nhiều nhiệt hơn mức cần thiết để chạy bộ nhiệt phân và lượng dư thừa có thể được sử dụng để tạo ra điện. Quan trọng nhất đối với ngành công nghiệp dầu khí, các loại dầu sản xuất được dễ dàng tinh chế thành nhiên liệu vận tải. Vì lý do này, các công ty xăng dầu đang tài trợ cho nghiên cứu nhiệt phân.

 

Đầu vào và đầu ra nhiệt phân

 

Ngoài việc đốt cháy với nhiệt độ cao, than sinh học có hai đặc điểm rất quan trọng khác. Đầu tiên, nó là một chất phụ gia có giá trị cho đất, và trên thực tế, nó được bán cho những người sử dụng nông nghiệp cho mục đích này.

 

Thứ hai, khi trộn vào đất, nó sẽ tồn tại hàng trăm năm, thậm chí có thể cả thiên niên kỷ. Do đó, sản xuất than và cô lập nó trong đất là một cách bán vĩnh viễn để thu giữ carbon. Ngược lại, rừng khá ít vĩnh cửu, bởi vì cây cối cuối cùng chết và thối rữa, trả lại khí mê-tan và carbon dioxide cho bầu khí quyển; hoặc đốt cháy, trả lại CO₂ cho bầu khí quyển. Do đó, quá trình nhiệt phân cung cấp khả năng cô lập carbon lâu dài - nó là một con đường để phát thải tiêu cực.

 

Điều cuối cùng cần lưu ý về quá trình nhiệt phân là bằng cách thay đổi các thông số của quá trình như nhiệt độ và loại tảo, người ta có thể thay đổi tỷ lệ đầu ra tương đối. Đặc biệt, người ta có thể tối đa hóa việc sản xuất than đá, hoặc cách khác, sản xuất dầu để sử dụng cho nhiên liệu vận tải. Các nhà nghiên cứu nhiên liệu sinh học tất nhiên quan tâm đến việc tối đa hóa thứ sau, với than ở một mức độ nào đó là một sản phẩm phụ không mong muốn.

 

Tuy nhiên, nếu quá trình nhiệt phân tảo trở thành một cách sản xuất nhiên liệu sinh học khả thi về mặt thương mại, thì than đá có thể được bán để làm giàu đất. Kết quả sẽ là một dòng ổn định - có lẽ thực tế hơn là một dòng nhỏ - carbon quay trở lại đất.

 

Tất cả những điều này đưa chúng ta đến gần với việc sản xuất than quy mô lớn, vì lợi ích của chính nó. Cũng chính nghiên cứu cung cấp nhiên liệu sinh học thế hệ thứ hai khả thi về mặt thương mại có thể được chuyển hướng để tối đa hóa năng suất than. Nhiên liệu sinh học khi đó sẽ là một sản phẩm phụ chứ không phải là mục tiêu chính.

 

Thật không may, thị trường cho char vẫn chưa đủ phát triển để biến điều này trở thành một đề xuất thương mại. Một mức giá đáng kể đối với carbon có thể thay đổi tất cả những điều này. Nếu chúng ta nghiêm túc về việc đạt được lượng khí thải tiêu cực, đó có thể là cái giá mà chúng ta cần phải trả. Và ai biết được, một khi lợi ích của than như một chất phụ gia cho đất trở nên thành lập tốt hơn, giá trị thương mại của than đá có thể đến mức giá carbon sẽ không còn cần thiết nữa.

 

Việc sản xuất than đá trên quy mô lớn có thể có những tác dụng phụ không mong muốn không? chúng tôi Biết rằng than sinh học tươi trong đất có thể làm mất tác dụng của thuốc diệt cỏ nhanh chóng dẫn đến việc kiểm soát cỏ dại kém. Những kết quả này cho thấy rằng việc sử dụng than sinh học sẽ cần được quản lý cẩn thận trong các tình huống nông nghiệp dựa vào thuốc diệt cỏ bón vào đất. Tuy nhiên, lợi ích nông nghiệp ròng dường như là áp đảo.

 

Bài viết này được xuất bản lần đầu bởi Cuộc trò chuyện, vào ngày 30 tháng 2017 năm XNUMX, và đã được tái bản theo Giấy phép Creative Commons Ghi công-Phi thương mại-Không dẫn xuất 4.0 Giấy phép Công cộng Quốc tế. Bạn có thể đọc bài báo gốc nhấn vào đây.. Các quan điểm được trình bày trong bài viết này là của riêng tác giả và không phải của WorldRef.


Khám phá các dịch vụ của WorldRef để tìm hiểu cách chúng tôi đang làm cho việc mở rộng toàn cầu của bạn trở nên dễ dàng và tiết kiệm hơn!

Nhiệt điện và đồng phát | Khai thác và Khoáng sản | Kiểm soát ô nhiễm không khí | Hệ thống xử lý vật liệu | Xử lý nước và nước thải |

Thiết bị công nghiệp đã qua sử dụng | Phụ tùng, Dụng cụ và Vật dụng | Mua sắm công nghiệp