Avancerede biobrændstoffer viser virkelig løfte om at erstatte nogle fossile brændstoffer

Biobrændstof- og bioenergisystemer er en integreret del af scenarier for at fortrænge brugen af ​​fossile brændstoffer og producere negative emissioner gennem kulstoffangst og -lagring. Men nettoudbyttet af drivhusgasreduktionen ved disse systemer har været kontroversiel, på grund af bekymringer omkring kulstoftab som følge af ændringer i arealanvendelse og forudgående sekvestrationsfordele ved alternative arealanvendelser.

En ny undersøgelse ledet af Colorado State University - inklusive et tværfagligt hold af planteforskere, økologer og ingeniører - forudsagde betydelige klimafordele som følge af brugen af ​​avancerede biobrændstofteknologier. At tage højde for alle kulstofstrømmene i biobrændstofsystemer og sammenligne dem med dem i græsarealer og skove, holdet fandt ud af, at der er klare strategier for, at biobrændstoffer har en nettofordel på kulstof.

Dette er en af ​​de første undersøgelser, der ser på både nuværende og fremtidige kulstofnegative biobrændstoffer.

"Robuste veje til netto reduktion af drivhusgasser og negative emissioner via avancerede biobrændstoffer, "blev offentliggjort den 24. august i Proceedings of the National Academy of Sciences .

Biobrændstoffer fortjener et nyt kig

John Field, forsker ved Natural Resource Ecology Lab ved CSU, sagde, at det har været en udfordring for biobrændstofindustrien at demonstrere kommerciel levedygtighed for celluloseholdige biobrændstoffer, skabt ved hjælp af ikke-spiselige dele af planter. Switchgrass, et indfødt græs, der vokser i mange dele af Nordamerika, er en førende kandidat til bæredygtig produktion af plantemateriale.

Forskerholdet brugte modellering til at simulere vekselgræsdyrkning, cellulosebaseret biobrændstofproduktion og kulstofopsamling og -lagring, sporing af økosystemer og kulstofstrømme. Forskere sammenlignede derefter denne modellering med alternative måder at lagre kulstof på jorden på, herunder voksende skov eller græsarealer.

Kulstofopsamlings- og lagringsteknologi bruges af mindst et anlæg i Illinois, der behandler majs som et konventionelt biobrændstof til at skabe ethanol, men disse systemer er endnu ikke udbredt. Som en del af undersøgelsen forskere skabte modeller for at simulere, hvordan dette ville se ud på et celluloseholdigt biobrændstofraffinaderi.

"Det, vi fandt, er, at omkring halvdelen af ​​kulstoffet i det skiftegræs, der kommer ind i raffinaderiet, bliver et biprodukt, der ville være tilgængeligt til kulstoffangst og -lagring, " sagde Field. De resulterende biproduktstrømme af kuldioxid med høj renhed ville ikke kræve meget separation eller oprensning, før de blev opbevaret under jorden.

Forskerholdet analyserede tre modsatrettede amerikanske casestudier og fandt ud af, at på jord, hvor landmænd eller jordforvaltere gik ud af at dyrke afgrøder eller vedligeholde græsgange til græsning, dyrkning af skiftegræs til produktion af celluloseholdig ethanol havde et afbødningspotentiale pr. (En hektar er omkring to og en halv gange så stor som en gennemsnitlig fodboldbane.)

Brug af switchgrass kan være særligt nyttigt i dele af landet, hvor plantning af flere træer ikke er en mulighed.

"I de store sletter, prærien er det mere naturlige dække, " sagde Field. "De systemer suger ikke så meget kulstof op som et skovsystem gør. Hvis du begynder at putte biobrændstoffer i blandingen, de har to en halv gange så mange kulstoffordele i forhold til græsarealer. Hvis du befinder dig i et område, hvor græsarealer ville være det oprindelige dækning, der er en klar fordel ved at bruge biobrændstoffer. "

Field sagde, at teamets motivation for undersøgelsen kommer i hælene på flere fremtrædende kritik af biobrændstoffer. "Vi ville se, om vi kom til samme konklusion eller ej som de forskere, der har været kritiske over for biobrændstoffer, " han sagde.

"Vores analyse viser, at store klimafordele kan, faktisk, opnås gennem biobrændstoffer, hvis der er en hensigt herom, " sagde Lee Lynd, en medforfatter og Paul E. og Joan H. Queneau Distinguished Professor in Environmental Engineering Design ved Dartmouth College.

Brug af biobrændstoffer er afgørende for at opfylde klimamålene

Forskere sagde på grund af de nuværende forsinkelser i at tackle klimaændringer, det er bydende nødvendigt at tage en mere proaktiv holdning til biobrændstoffer og andre negative emissionsteknologier, hvis lande som USA ønsker at begrænse virkningerne af den globale opvarmning til 1,5 grader Celsius over præindustrielt niveau.

"Hvis vi vil nå det mål, vi er virkelig nødt til at implementere alternativer til fossilt brændstof, så hurtigt vi kan, " sagde Field. Der er også behov for at rense kulstofforurening fra atmosfæren og gå tilbage til historiske emissioner, han tilføjede.

At rydde op i kulstofforurening er en idé, der har været meget diskuteret siden Paris-aftalen blev etableret inden for FN's rammekonvention om klimaændringer i 2016.

"Vi bliver nødt til at begynde at rydde op i en del af den kulstofforurening, der tidligere er blevet udsendt, fordi vi er for langsomme til at reducere vores emissioner, "sagde Field.

Der er forskellige måder at udføre denne oprydning på, med den enkleste idé at dyrke træer for at lagre mere kulstof på jorden.

Andre alternativer er skitseret og analyseret i undersøgelsen, herunder brugen af ​​kulstofnegative biobrændstoffer. Planter trækker kulstof ud af atmosfæren for at vokse, og kulstoffet bruges til at bygge plantevæv.

Hvis dette plantemateriale høstes og omdannes til energi, noget af det resulterende kuldioxidbiprodukt kan fanges og pumpes under jorden til opbevaring i udtømte oliebrønde eller andre geologiske formationer, i stedet for at sende den tilbage i atmosfæren.

Ligeledes, celluloseholdige biobrændstoffer er attraktive, fordi de kan hjælpe med at reducere brugen af ​​fossilt brændstof i luftfarten, fragt og lastbilkørsel, alle felter, der er udfordrende at flytte til el.

Bevæger sig fremad, forskerholdet håber at udvide sin modellering, skalere det op nationalt frem for at se på et par bestemte steder i hele landet.

"Mange af stykkerne til fremtidig brug af avancerede biobrændstoffer findes i en lille skala, "sagde Field." Tricket er at sætte alle disse stykker sammen og sørge for, at vi fortsat har støtte, så det kan trives og tage fart, selv når gaspriserne er relativt lave, ligesom nu."