生物燃料的突破使“负排放”更近了一步

生物燃料碳排放气候变化能量

十月5th,2021

澳大利亚国立大学的安德鲁·霍普金斯 (Andrew Hopkins) 写道,最近生物燃料方面的突破性研究如何使人类更接近实现“负碳排放”的梦想。

 

By 安德鲁·霍普金斯

澳大利亚国立大学社会学名誉教授


 

使用生物燃料有助于减少人类温室气体排放。 这就是为什么一些石油 公司 提供含有高达 10% 乙醇的汽油(一种生物燃料)。 但是,如果我们真的有机会避免灾难性的气候变化,仅仅减少排放是不够的; 我们必须颠倒这个过程。

 

我们必须以“负排放”为目标。 这意味着从大气中去除二氧化碳并理想地恢复到工业化前的大气二氧化碳水平。 这是一项艰巨的任务:目前的大气浓度是 每百万零件410(PPM),与周围相比 280ppm 在工业革命之前。

 

有趣的是,最近生物燃料研究的突破(见下文)使这一前景更近了一步。 要理解为什么我们必须首先了解一些生物燃料生产。

 

转向藻类

 

多年来,石油工业一直在生产生物燃料,使用甘蔗、玉米和大豆等粮食作物,这些作物通过发酵或其他化学过程转化为乙醇或生物柴油。 这一直存在争议,部分原因是这些作物的大规模单一栽培的负面影响。

 

因此,石油公司现在 资助研究计划 所谓的第二代生物燃料作物——尤其是藻类,它们可以在水中而不是在陆地上生长。 这将规避许多对第一代生物燃料的批评。

 

藻类有很多 形式. 海藻是一种众所周知的大型藻类,也有许多微藻类,例如 藻类大量繁殖 不时发生在受污染的河流和湖泊中。

 

藻类光合作用二氧化碳的效率相对较低。 但是最近的发现在某种程度上解决了这个问题。

 

埃克森美孚资助的研究人员 已经成功地对藻类进行基因改造,以便 翻番 碳下降的速度。 独立地,华盛顿州立大学的一组研究人员刚刚 发现 如何在几天而不是几周内种植藻类,为更高效的生物燃料生产铺平道路。

 

如果我们可以种植足够数量的合适种类的藻类,下一步将是将其转化为生物燃料。 第一代生物燃料作物富含糖类和淀粉,可以通过发酵等过程转化为燃料。 藻类不能以这种方式转化。 但是,可以使用另一个过程: 热解.

 

如果在有氧的情况下加热藻类等生物质,它就会燃烧,这意味着碳与空气中的氧结合形成 CO₂。 但是,如果在没有氧气的情况下加热,它就不能燃烧。 相反,会发生各种油和气体被驱除,留下相对纯净的碳形式,称为炭或 生物炭. 这个过程被称为热解,并且已经被实践了数千年以将木材变成木炭。

 

具有特殊强度的木炭燃烧在历史上在需要非常高温度的地方(如金属制造)受到重视。 该过程如下图所示。 气体燃烧时产生的热量远远超过运行热解器所需的热量,多余的热量可用于发电。 对于石油工业最重要的是,生产的油很容易被提炼成运输燃料。 出于这个原因,石油公司正在资助热解研究。

 

热解输入和输出

 

除了高温燃烧外,生物炭还有另外两个非常重要的特性。 首先,它是一种有价值的土壤添加剂,事实上,为此目的出售给农业用户。

 

其次,当混入土壤中时,它可以存活数百年,甚至一千年。 因此,产生炭并将其隔离在土壤中是一种半永久性的碳捕获方式。 相比之下,森林的永久化程度较低,因为树木最终会死亡和腐烂,将甲烷和二氧化碳返回到大气中; 或燃烧,将二氧化碳返回到大气中。 因此,热解提供了长期固碳的可能性—— 这是一条通往负排放的道路.

 

关于热解的最后一件事是,通过改变过程的参数,如温度和藻类的类型,可以改变输出的相对比例。 特别是,可以最大限度地提高炭的产量,或者,可以最大限度地提高用于运输燃料的油的产量。 生物燃料研究人员当然对最大化后者感兴趣,在某种程度上,炭是一种不需要的副产品。

 

然而,如果藻类的热解成为生产生物燃料的商业上可行的方式,那么炭可以出售用于土壤富集。 结果将是稳定的碳流——也许更现实的是涓涓细流——返回土壤。

 

所有这些都让我们非常接近大规模炭生产,就其本身而言。 提供商业上可行的第二代生物燃料的相同研究大概可以重新定向以最大化炭的产量。 生物燃料将成为副产品,而不是主要目标。

 

不幸的是,焦炭市场尚未充分发展,无法使其成为商业命题。 碳的显着价格可能会改变这一切。 如果我们真的要实现负排放,那可能就是我们需要付出的代价。 谁知道,一旦炭作为土壤添加剂的好处变得 更好地建立,炭的商业价值可能使得碳价格不再是必要的。

 

大规模生产炭会产生不必要的副作用吗? 我们 知道 土壤中的新鲜生物炭可以迅速使除草剂失活,导致杂草控制不佳。 这些结果表明,在依赖施用于土壤的除草剂的农业情况下,需要谨慎管理生物炭的使用。 然而,净农业收益似乎是 压倒性.

 

本文最初由对话发表于 30 年 2017 月 XNUMX 日,并已按照 知识共享署名-非商业性-无衍生品4.0国际公共许可证。 您可以阅读原始文章 点击此处. 本文中表达的观点仅代表作者的观点,而不是 WorldRef 的观点。


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