生物燃料的突破使“负排放”更加接近

生物燃料的使用有助于减少人体温室气体排放。这就是为什么一些石油公司提供含有高达10%乙醇(生物燃料)的汽油的原因之一。但是,如果我们真的有机会避免灾难性的气候变化,那么减少排放量是不够的;我们必须把这个过程颠倒过来。

我们必须以“负排放”为目标。这意味着从大气中除去二氧化碳,理想的是回到工业化前的大气CO 2水平。这是一项艰巨的任务:目前的大气浓度为百万分之410(ppm),而工业革命前为280ppm左右。

  
    
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有趣的是,最近生物燃料研究的突破(见下文)使这一前景更加接近。要了解原因,我们必须首先了解生物燃料的生产。

转移到藻类

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大规模单作养殖的负面影响。

因此,石油公司现在正在资助所谓的第二代生物燃料作物的研究项目 – 特别是藻类,它们可以在水中而不是在陆地上生长。这将绕过许多对第一代生物燃料的批评。

藻类有多种形式。海藻是一种众所周知的大型藻类,还有许多微藻,例如在污染的河流和湖泊中不时出现的藻类。

藻类在光合作用CO 2时效率较低。但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成功地对藻类进行了基因改造,从而使碳减排速度加倍。独立地,华盛顿州立大学的一组研究人员刚刚发现如何在数天而不是数周内种植藻类,为更有效的生物燃料生产铺平了道路。

如果我们能够种植足够数量的正确种类的藻类,下一步就是将其转化为生物燃料。第一代生物燃料作物富含糖和淀粉,可通过发酵等过程转化为燃料。藻类不能以这种方式转化。然而,可以使用另一种方法:热解。

如果在氧气存在下加热生物质如藻类,它会燃烧,这意味着碳与空气中的氧气结合形成二氧化碳。但是,如果在没有氧气的情况下加热,则不能燃烧。相反的是,各种油和气体被驱除,留下相对纯净的碳,称为炭或生物炭。该过程被称为热解,并且已经实践了数千年以将木材变成木炭。

木炭燃烧具有特定的强度,并且历史上在需要非常高的温度时被评估,如在金属制造中那样。该过程如下图所示。燃烧时的气体产生的热量远远超过运行热解器所需的热量,并且多余的气体可用于发电。最重要的是,对于石油工业,所生产的油很容易精炼成运输燃料。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。
              Andrew Hopkins,作者提供
            
          

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

其次,当混入土壤时,它将存活数百年,甚至可能存在一千年。因此,生产炭并将其隔离在土壤中是一种捕获碳的半永久性方式。相比之下,森林不那么永久,因为树木最终死亡和腐烂,甲烷和二氧化碳返回大气;或燃烧,将二氧化碳返回大气。因此,热解提供了长期碳封存的可能性 – 它是通向负排放的途径。

关于热解的最后一点需要注意的是,通过改变过程的参数,例如温度和藻类的类型,可以改变输出的相对比例。特别地,可以最大化炭的产生,或者可选地,生产用于运输燃料的油。生物燃料研究人员当然对最大化后者感兴趣,因为焦炭在某种程度上是不需要的副产品。

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,则可以出售用于土壤富集的炭。结果将是一个稳定的流 – 可能更真实地涓涓细流

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