Журнал Королевского химического общества Energy Наука об окружающей среде недавно опубликовала исследование группы из Университета Питтсбурга и Университета Оклахомы, изучающего воздействие на весь жизненный цикл одного многообещающего «биотоплива второго поколения», произведенного из дуба с коротким оборотом. Исследование показало, что биотопливо второго поколения, изготовленное из выращиваемых деревьев и многолетних трав, может обеспечить устойчивый топливный ресурс.«Многоступенчатая торрефикация и каталитическая модернизация на месте до углеводородного биотоплива: анализ использования энергии в течение жизненного цикла и выбросов парниковых газов» (DOI: 10.1039 / C7EE00682A) представляет собой новый подход к производству биотоплива второго поколения, а также всесторонний учет всех шаги, вовлеченные в полную цепочку поставок.
«Воздействие кукурузного этанола на окружающую среду не изучалось до момента его коммерциализации», — пояснил Викас Кханна, доцент кафедры гражданского строительства и экологической инженерии Питтсбургского университета и автор исследования. «Самое замечательное в этом проекте то, что он решает вопросы устойчивости полного жизненного цикла новых источников топлива до того, как они появятся позже».В 2007 году Организация Объединенных Наций призвала к пятилетнему мораторию на пищевое биотопливо (или биотопливо первого поколения) из-за опасений, что они будут использовать сельскохозяйственные угодья и приведут к нехватке продовольствия во всем мире.
В исследовании доктора Ханна и его команды использовалась древесина дубов, поскольку их можно заготавливать круглый год, что снижает потребность в крупномасштабной инфраструктуре хранения.«Биотопливо второго поколения отличается от биотоплива первого поколения, потому что оно не поступает напрямую из пищевых культур, таких как кукуруза и соя», — сказал доктор Кханна. «Они включают древесные культуры, многолетние травы, сельскохозяйственные и лесные остатки, а также промышленные отходы».Важным показателем для определения эффективности топлива является коэффициент окупаемости инвестиций (EROI).
EROI производства нефтяной сырой нефти остается высоким и составляет около 11: 1, что означает, что вложение одной единицы энергии даст 11 единиц энергии. Тем не менее, EROI неуклонно снижается с 1986 года и будет продолжать ухудшаться по мере того, как ископаемое топливо становится все более дефицитным и труднодоступным.
Когда исследователи изучают потенциально многообещающие источники энергии, они ищут соотношение больше 1: 1. Этанол, полученный из кукурузы, например, имеет EROI 1,3: 1. Исследование показало, что средний EROI для многоступенчатых биотопливных систем второго поколения колеблется от 1,32: 1 до 3,76: 1.В Законе об энергетической независимости и безопасности 2007 года говорится, что целлюлозное биотопливо, подобное используемому в исследовании, должно превосходить выбросы парниковых газов ископаемого топлива за счет сокращения относительных выбросов на 60 процентов для получения экономических стимулов от правительства.
Исследование превзошло минимальные требования и показало снижение выбросов парниковых газов на 80 процентов по сравнению с исходным нефтяным дизельным топливом. Кроме того, потребление водорода снизилось на 40% по сравнению с одноступенчатой системой пиролиза.
«Пиролиз — это процесс нагрева биомассы до высоких температур в отсутствие кислорода и создания биотоплива», — сказал доктор Ханна. «Если это сделать быстро, за одну стадию, будет потеряно много углерода. Наше исследование показало, что многоступенчатая система пиролиза с более низкой температурой может увеличить длину углеродной цепи, создать больше жидкого топлива и улучшить выход энергии всего процесса. . "