اختراقات الوقود الحيوي تقرب "الانبعاثات السلبية" خطوة أقرب

الوقود الحيويانبعاث كربونيتغير المناخالطاقــة

المشاركة تعنى الاهتمام

أكتوبر 5th، 2021

يكتب أندرو هوبكنز من الجامعة الوطنية الأسترالية عن الكيفية التي أدت بها الأبحاث الحديثة في مجال الوقود الحيوي إلى تقريب البشرية من تحقيق حلم تحقيق "انبعاثات كربونية سلبية".

 

By أندرو هوبكنز

أستاذ فخري في علم الاجتماع ، الجامعة الوطنية الأسترالية


 

يساعد استخدام الوقود الحيوي في تقليل انبعاثات غازات الدفيئة البشرية. هذا أحد أسباب بعض البترول الشركات عرض بنزين يحتوي على ما يصل إلى 10٪ من الإيثانول (وقود حيوي). ولكن إذا كان لدينا أي فرصة حقيقية لتجنب تغير المناخ الكارثي ، فلن يكفي خفض انبعاثاتنا ؛ يجب أن نعيد العملية إلى الاتجاه المعاكس.

 

يجب أن نهدف إلى "الانبعاثات السلبية". وهذا يعني إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي والعودة بشكل مثالي إلى مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي قبل الصناعة. هذه مهمة شاقة: التركيز الحالي في الغلاف الجوي هو أجزاء 410 لكل مليون (جزء في المليون)، مقارنة بحوالي 280ppm قبل الثورة الصناعية.

 

من المثير للاهتمام أن الاختراقات الأخيرة (انظر أدناه) في أبحاث الوقود الحيوي قد جعلت هذا الاحتمال يقترب خطوة. لفهم لماذا يجب أن نعرف أولاً القليل عن إنتاج الوقود الحيوي.

 

التحول إلى الطحالب

 

لسنوات ، كانت صناعة البترول تنتج الوقود الحيوي ، باستخدام المحاصيل الغذائية مثل قصب السكر والذرة وفول الصويا ، والتي تتحول عن طريق التخمير أو غيرها من العمليات الكيميائية إلى إيثانول أو وقود حيوي. كان هذا مثيرًا للجدل ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى النتائج السلبية للزراعة الأحادية على نطاق واسع لهذه المحاصيل.

 

وعليه أصبحت شركات البترول الآن تمويل برامج البحث على ما يسمى بمحاصيل الجيل الثاني من الوقود الحيوي - وخاصة الطحالب ، التي يمكن زراعتها في الماء بدلاً من الأرض. سيؤدي هذا إلى الالتفاف على العديد من الانتقادات الموجهة للجيل الأول من الوقود الحيوي.

 

تأتي الطحالب في كثير أشكال. الأعشاب البحرية هي شكل معروف من الطحالب الكبيرة وهناك أيضًا العديد من الطحالب الدقيقة ، مثل تزهر الطحالب التي تحدث من وقت لآخر في الأنهار والبحيرات الملوثة.

 

الطحالب غير فعالة نسبيًا في التمثيل الضوئي لثاني أكسيد الكربون. لكن الاكتشافات الحديثة تقطع شوطًا نحو حل هذه المشكلة.

 

باحثون ممولون من شركة إكسون نجحوا في تعديل الطحالب وراثيًا مضاعفة معدل سحب الكربون. بشكل مستقل ، قامت مجموعة من الباحثين في جامعة ولاية واشنطن للتو اكتشف كيفية زراعة الطحالب في أيام ، بدلاً من أسابيع ، مما يمهد الطريق لإنتاج وقود حيوي أكثر كفاءة.

 

إذا تمكنا من زراعة النوع الصحيح من الطحالب ، بكميات كافية ، فإن الخطوة التالية ستكون تحويلها إلى وقود حيوي. كانت محاصيل الجيل الأول من الوقود الحيوي غنية بالسكريات والنشا التي يمكن تحويلها إلى وقود من خلال عمليات مثل التخمير. لا يمكن تحويل الطحالب بهذه الطريقة. ومع ذلك ، هناك عملية أخرى يمكن استخدامها: الانحلال الحراري.

 

إذا قمت بتسخين الكتلة الحيوية مثل الطحالب في وجود الأكسجين ، فإنها تحترق ، مما يعني أن الكربون يتحد مع الأكسجين من الهواء لتكوين ثاني أكسيد الكربون. ومع ذلك ، إذا تم تسخينه في غياب الأكسجين ، فلا يمكن أن يحترق. ما يحدث بدلاً من ذلك هو أن الزيوت والغازات المختلفة يتم التخلص منها ، تاركة شكلاً نقيًا نسبيًا من الكربون ، يُعرف باسم char أو الفحم النباتي. تُعرف هذه العملية بالتحلل الحراري وقد تم ممارستها منذ آلاف السنين لتحويل الخشب إلى فحم.

 

تم تقييم حرق الفحم بكثافة خاصة وتاريخيًا حيثما كانت درجات الحرارة عالية جدًا مطلوبة ، كما هو الحال في صناعة المعادن. يتم تمثيل العملية في الرسم البياني أدناه. ينتج الغاز ، عند الاحتراق ، حرارة أكثر بكثير مما هو ضروري لتشغيل المحلل الحراري ، ويمكن استخدام الفائض لتوليد الكهرباء. والأهم بالنسبة لصناعة البترول ، أن الزيوت المنتجة يتم تكريرها بسهولة لتحويلها إلى وقود للنقل. لهذا السبب ، تمول شركات البترول الأبحاث حول الانحلال الحراري.

 

مدخلات ومخرجات الانحلال الحراري

 

بصرف النظر عن الاحتراق بالحرارة الشديدة ، فإن biochar له خاصيتان أخريان مهمتان للغاية. أولاً ، إنها مادة مضافة للتربة ذات قيمة ، وفي الواقع ، يتم بيعها للمستخدمين الزراعيين لهذا الغرض.

 

ثانيًا ، عند مزجها بالتربة ، فإنها ستعيش لمئات السنين ، وربما حتى ألف عام. لذلك فإن إنتاج الفحم وعزله في التربة هو طريقة شبه دائمة لالتقاط الكربون. في المقابل ، تعتبر الغابات أقل ديمومة إلى حد ما ، لأن الأشجار تموت وتعفن في نهاية المطاف ، مما يؤدي إلى عودة غاز الميثان وثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي ؛ أو حرق ، وإعادة CO₂ إلى الغلاف الجوي. إذن ، يوفر الانحلال الحراري إمكانية عزل الكربون على المدى الطويل - إنه طريق للانبعاثات السلبية.

 

آخر شيء يجب ملاحظته حول الانحلال الحراري هو أنه من خلال تغيير معلمات العملية مثل درجة الحرارة ونوع الطحالب ، يمكن للمرء تغيير النسب النسبية للمخرجات. على وجه الخصوص ، يمكن تعظيم إنتاج الفحم ، أو بدلاً من ذلك ، إنتاج الزيوت المستخدمة في وقود النقل. يهتم باحثو الوقود الحيوي بالطبع بتعظيم الأخير ، مع كون شار إلى حد ما منتج ثانوي غير مرغوب فيه.

 

ومع ذلك ، إذا أصبح الانحلال الحراري للطحالب طريقة مجدية تجاريًا لإنتاج الوقود الحيوي ، فيمكن بيع الفحم لتخصيب التربة. وستكون النتيجة دفقًا ثابتًا - ربما بشكل أكثر واقعية - من الكربون العائد إلى التربة.

 

كل هذا يجعلنا قريبين بشكل محير من إنتاج الفحم على نطاق واسع ، من أجل حد ذاته. يُفترض أن نفس البحث الذي يقدم الجيل الثاني من الوقود الحيوي القابل للتطبيق تجاريًا يمكن إعادة توجيهه لزيادة إنتاجية الفحم. سيكون الوقود الحيوي بعد ذلك منتجًا ثانويًا ، وليس الهدف الأساسي.

 

لسوء الحظ ، لم يتم تطوير سوق شار بما يكفي لجعل هذا عرضًا تجاريًا. يمكن أن يغير سعر الكربون الكبير كل هذا. إذا كنا جادين في تحقيق انبعاثات سلبية ، فقد يكون هذا هو الثمن الذي يتعين علينا دفعه. ومن يدري ، بمجرد أن تصبح فوائد الفحم كمادة مضافة للتربة إنشاء أفضل، قد تكون القيمة التجارية للفحم بحيث لم يعد سعر الكربون ضروريًا.

 

هل يمكن أن يكون لإنتاج الفحم على نطاق واسع آثار جانبية غير مرغوب فيها؟ نحن علم أن biochar الطازج في التربة يمكن أن يعطل مبيدات الأعشاب بسرعة مما يؤدي إلى ضعف السيطرة على الحشائش. تشير هذه النتائج إلى أن استخدام الفحم الحيوي سيحتاج إلى إدارته بعناية في المواقف الزراعية التي تعتمد على مبيدات الأعشاب المطبقة على التربة. ومع ذلك ، يبدو أن صافي الفوائد الزراعية سيكون كذلك ساحق.

 

تم نشر هذا المقال في الأصل بواسطة The Conversation ، في 30 أغسطس 2017 ، وتم إعادة نشره وفقًا لـ Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International Public License. يمكنك قراءة المقال الأصلي هنا. الآراء المعبر عنها في هذا المقال هي آراء المؤلف وحده وليست من WorldRef.


استكشف خدمات WorldRef لتتعلم كيف نجعل توسعك العالمي أسهل واقتصاديًا!

الطاقة الحرارية والتوليد المشترك | التعدين والمعادن | التحكم في تلوث الهواء | أنظمة مناولة المواد | معالجة المياه والصرف الصحي |المعدات الصناعية المستعملة | قطع الغيار والأدوات والمواد الاستهلاكية | المشتريات الصناعية