Biobrændselsgennembrud bringer negative emissioner et skridt nærmere

Anvendelsen af ​​biobrændstoffer hjælper med at reducere menneskelige drivhusgasemissioner. Det er en af ​​grundene til, at nogle olieselskaber tilbyder benzin, der indeholder op til 10% ethanol (et biobrændstof). Men hvis vi skal have en reel chance for at undgå katastrofale klimaforandringer, det er ikke nok til at reducere vores emissioner; vi må sætte processen omvendt.

Vi skal sigte mod "negative emissioner". Det betyder at fjerne kuldioxid fra atmosfæren, og ideelt tilbage til præindustrielle atmosfæriske CO₂ -niveauer. Dette er en skræmmende opgave:den nuværende atmosfæriske koncentration er 410 dele pr. Million (ppm), sammenlignet med omkring 280 sider pr. minut før den industrielle revolution.

Spændende nok, de seneste gennembrud (se nedenfor) inden for biobrændstofforskning har bragt dette perspektiv et skridt nærmere. For at forstå hvorfor, vi skal først vide lidt om produktion af biobrændstoffer.

Skift til alger

I årevis har olieindustrien produceret biobrændstoffer, brug af madafgrøder såsom sukkerrør, majs og sojabønner, som omdannes ved gæring eller andre kemiske processer til ethanol eller biodiesel. Dette har været kontroversielt, dels på grund af de negative konsekvenser af storstilet monokulturlandbrug af disse afgrøder.

Derfor, olieselskaber finansierer nu forskningsprogrammer om såkaldte anden generations biobrændstofafgrøder-især alger, som kan dyrkes i vand frem for på land. Dette vil omgå mange af kritikken af ​​første generations biobrændstoffer.

Alger findes i mange former. Tang er en velkendt form for makroalger, og der er også mange mikroalger, såsom algblomstringen, der forekommer fra tid til anden i forurenede floder og søer.

Alger er relativt ineffektive til fotosyntese af CO₂. Men de seneste opdagelser går på en måde mod at løse dette problem.

Exxon-finansierede forskere er lykkedes med at genetisk modificere alger for at fordoble hastigheden af ​​kulstofudledning. Uafhængigt, en gruppe forskere ved Washington State University har lige opdaget, hvordan man dyrker alger på få dage, frem for uger, baner vejen for mere effektiv produktion af biobrændstoffer.

Hvis vi kan dyrke den rigtige slags alger, i tilstrækkelige mængder, det næste trin vil være at konvertere det til biobrændstof. Første generations biobrændstofafgrøder var rige på sukker og stivelse, der kunne omdannes til brændstoffer ved processer som gæring. Alger kan ikke transformeres på denne måde. Der er, imidlertid, en anden proces, der kan bruges:pyrolyse.

Hvis du opvarmer biomasse som alger i nærvær af ilt, det brænder, hvilket betyder, at kulstoffet kombineres med ilt fra luften for at danne CO₂. Imidlertid, hvis det opvarmes i mangel af ilt, det kan ikke brænde. Hvad der i stedet sker, er, at forskellige olier og gasser drives af, efterlader en relativt ren form for kulstof, kendt som kul eller kul. Processen er kendt som pyrolyse og har været praktiseret i tusinder af år for at gøre træ til kul.

Trækul forbrænder med særlig intensitet og blev historisk værdsat, hvor meget høje temperaturer var påkrævet, som i metalfremstilling. Processen er vist i nedenstående diagram. Gassen, når brændt, producerer langt mere varme end nødvendigt for at køre pyrolysatoren, og overskuddet kan bruges til at generere elektricitet. Vigtigst for olieindustrien, de producerede olier raffineres let til transportbrændstoffer. Af denne grund, olieselskaber finansierer forskning i pyrolyse.

Bortset fra at brænde med en intens varme, biochar har to andre meget vigtige egenskaber. Først, det er et værdsat jordtilsætningsstof, og sælges faktisk til landbrugsbrugere til dette formål.

Sekund, når den blandes i jorden, vil den overleve i hundredvis af år, måske endda et årtusinde. At producere kul og lægge det i jord er derfor en semi-permanent måde at fange kulstof på. I modsætning, skovene er temmelig mindre permanente, fordi træer til sidst dør og rådner, returnering af metan og kuldioxid til atmosfæren; eller brænde, vender CO₂ tilbage til atmosfæren. Pyrolyse, derefter, giver mulighed for langsigtet kulstofbinding - det er en vej til negative emissioner.

Den sidste ting at bemærke om pyrolyse er, at ved at variere processens parametre, f.eks. Temperaturen og algtypen, man kan variere de relative proportioner af output. I særdeleshed, man kan maksimere produktionen af ​​kul, eller alternativt, produktion af olier, der skal bruges til transportbrændstoffer. Biobrændstofforskere er naturligvis interesserede i at maksimere sidstnævnte, med forkølelse til en vis grad et uønsket biprodukt.

Imidlertid, hvis pyrolyse af alger bliver en kommercielt levedygtig måde at producere biobrændstof på, kulen kan sælges til jordberigelse. Resultatet ville være en jævn strøm - måske mere realistisk en dryp - af kulstof, der vendte tilbage til jorden.

Alt dette bringer os pirrende tæt på storstilet kulproduktion, for sin egen skyld. Den samme forskning, der leverer kommercielt levedygtig anden generations biobrændstoffer, kan formodentlig omdirigeres for at maksimere udbyttet af kul. Biobrændstof ville så være et biprodukt, frem for det primære mål.

Desværre, markedet for kulørred er endnu ikke tilstrækkeligt udviklet til at gøre dette til et kommercielt forslag. En betydelig pris på kulstof kan ændre alt dette. Hvis vi er seriøse med at opnå negative emissioner, det kan være den pris, vi skal betale. Og hvem ved, når fordelene ved kulstof som jordadditiv bliver bedre etableret, den kommercielle værdi af kul kan være sådan, at prisen på kulstof ikke længere er nødvendig.

Kan kulproduktion i massiv skala have uønskede bivirkninger? Vi ved, at frisk biochar i jorden kan deaktivere herbicider hurtigt, hvilket fører til dårlig ukrudtsbekæmpelse. Disse resultater tyder på, at brug af biochar skal håndteres omhyggeligt i landbrugssituationer, der er afhængige af herbicider, der påføres jorden. Netto landbrugsfordele vises, imidlertid, at være overvældende.

Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på The Conversation. Læs den originale artikel.