Konvertering af affald, en restressource, til biobrændstoffer reducerer emissionerne

USA kunne producere nok energi hvert år ved at udnytte affald – fra lossepladsaffald til kogødning – til at drive staterne Oregon og Washington, alt imens man reducerer det, der svarer til 37 millioner bilers CO2-værdi.

Det viser forskning offentliggjort i Naturenergi fra UCLA industriel økolog og energiøkonom Deepak Rajagopal og byplanlægning doktorand Bo Liu.

"Fordelen ved at bruge affald er, at vi alligevel genererer affald. Det er en restressource, som vi ikke konventionelt har tænkt over, " sagde Liu.

De affaldstyper, der undersøges i papiret, passer under paraplyen af ​​bioenergi - vedvarende ressourcer, der opnås ved at omdanne plante- og animalsk materiale til elektricitet, biobrændsel eller varme. Selvom USA ikke producerer energi fra affald i stor skala, Liu sagde, processerne til at opnå energi fra organiske materialer er veletablerede. europæiske affalds-til-energianlæg, for eksempel, behandlet 106 millioner tons affald i 2017, ifølge Confederation of European Waste-to-Energy Plants.

Biobrændstof er en type bioenergi, der produceres bredt i USA - næsten alt kommer fra landbrugsafgrøder. I 2011 96 % af den ethanol, der produceres i USA, kom fra majs, ifølge Biomass Energy Data Book.

Politikere og erhvervsinteresser har promoveret biobrændstoffer fra afgrøder i årtier. I 2005, Kongressen vedtog standarder, der kræver inkorporering af vedvarende brændstoffer i benzin og andre transportbrændstoffer. USA brugte også milliarder af skatteydere på at subsidiere ethanol i løbet af de sidste 35 år.

Men afgrødebaseret ethanol skaber andre problemer - inklusiv øgede fødevarepriser og miljøskader fra ekspanderende landbrug, såsom ødelæggelse af levesteder, gødningsafstrømning og vandforbrug. Disse effekter har fået nogle eksperter til at opfordre til at reducere brugen.

"USA har prøvet biobrændstoffer, og de er vigtige, fordi vi har brug for mere vedvarende energi, men vi har brug for bedre biobrændstoffer, " sagde Rajagopal.

Brug af affald som kilde i stedet kan vise sig at være et bæredygtigt alternativ for fremtidig industrivækst. Imidlertid, ikke alt affald af biobrændstoffer er skabt lige. Fordelene varierer afhængigt af, hvilken slags affald der bruges, hvordan det behandles, hvad slutprodukterne er, og hvor de er produceret. Rajagopal og Liu undersøgte denne variabilitet ved at udføre livscyklusanalyser, eller undersøgelser af produkter fra skabelse til afslutning af livet, fire typer affald:landbrug, skovbrug, losseplads og kogødning.

Undersøgelsen omfattede 15 energikonverteringsteknologier og 29 affaldstyper. I deres analyse, forskerne kombinerede eksisterende data fra litteraturen om affaldskonverteringsteknologier med lokal affaldstilgængelighed fra basisårestimater og elporteføljer for at bestemme relative energigevinster og emissionsreduktioner.

Fordi afbrænding af bioenergiprodukter selv producerer drivhusgasemissioner, bioenergiens evne til at reducere de samlede drivhusgasser er knyttet til den udskiftede energi, gør lokal kontekst vigtig. Drivhusgasbesparelserne ved brug af bioenergi til produktion af elektricitet, for eksempel, ville være større i områder, hvor elektricitet kommer fra kulstofbaserede brændstoffer som kul, i modsætning til områder, der genererer meget sol- og vindkraft.

Samlet set, undersøgelsen viste, at USA har potentialet til at generere 3,1 til 3,8 exajoule (et mål for energi) vedvarende energi hvert år ved at bruge tilgængelige affaldsressourcer. Til sammenligning, hele staterne Washington og Oregon forbrugte omkring 3,3 exajoule energi i 2017, ifølge Energiinformationsstyrelsen. Undersøgelsen konkluderede også, at brugen af ​​affaldsprodukter har potentialet til at fortrænge 103 til 178 millioner tons kuldioxidemissioner - en mængde svarende til at tage 37 millioner passagerkøretøjer af vejen baseret på typiske emissioner fra personbiler på 4,6 tons kuldioxid hver. år.

Et centralt fund var, at ingen metode til bioenergiproduktion maksimerer netto energitilvækst, vedvarende energigevinst og klimafordele. Nogle skaber mere vedvarende energi, men kræver mere energi til at gøre det, resulterer i færre samlede drivhusgasemissionsbesparelser. Dermed, at identificere den optimale bioenergi -anvendelse i enhver situation afhænger af det tilsigtede resultat.

Politikker udelukkende baseret på opfyldelse af mål for vedvarende energi, såsom Kongressens krav om biobrændstoffer ved benzinpumper, giver muligvis ikke optimale resultater, undersøgelsen fandt. I stedet, Rajagopal sagde, politikere bør arbejde for at afklare interesser. Maksimering af brugen af ​​vedvarende energi kan fremme energiuafhængighed, men at reducere den maksimale mængde drivhusgasemissioner er en mere effektiv måde at imødegå klimaændringer på, han sagde.

Biobrændstoffer bør ikke begrænses til en enkelt anvendelse, med potentielle transportapplikationer lige fra biler og lastbiler til fly og skibe, sagde Rajagopal. Diversificering er nøglen.

Andre former for vedvarende energi, som sol og vind, give valgmuligheder for elproduktion, men store transportsektorer vil stadig have brug for brændbare brændstoffer i en overskuelig fremtid.

Flyselskaber er allerede begyndt at undersøge alternativer til biobrændstoffer. I 2016 United Airlines og flybrændstofselskabet AltAir stod i spidsen for kommerciel udbredelse af affaldsbiobrændstoffer til luftfart, ved at bruge en blanding af alternative jet- og konventionelle brændstoffer.

Undersøgelser har vist, at luftfart, skibsfart og lastbil står for omkring 8% af kulstofemissionerne globalt. I disse brancher, Rajagopal sagde, et simpelt mandat, der kræver biobrændstofintegration i brændstofblandinger, kunne være effektivt, fordi det ville tilskynde til yderligere udvikling af biobrændstofteknologier i stor skala.

"I alle disse applikationer er elektrisk køretøjsteknologi stadig ikke der. Elektriske batterier er der stadig ikke, " sagde Rajagopal. "Så vi har stadig brug for alternativer til olie. Jeg tror, ​​der er en rolle der for biobrændstoffer, hvis du gør det rigtigt. "