Konventionell visdom inom biobränsleforskning menar att koldioxideffektivitet är den viktigaste faktorn för att fastställa lovande strategier för produktion av biobränslen. För forskare, det betyder att ju mer kol i grödan som slutar som kol i bränslet, desto bättre.

Men koldioxideffektivitet är kanske inte hela historien:bränslekvalitet och energikrav är också nyckelfaktorer för att välja nästa generations strategier för biobränslen, enligt en studie som publicerades idag [sept. 28, 2018] från forskare vid University of Wisconsin–Madison och Great Lakes Bioenergy Research Center (GLBRC).

I en ny tidning i tidningen Joule , GLBRC-forskarna Christos Maravelias och Peyman Fasahati syftade till att identifiera kritiska förare, utanför koleffektivitet, för att bedöma nya biobränslestrategier och fann att det finns två andra viktiga parametrar:energin som krävs för att producera bränslena i ett bioraffinaderi och bränslenas effektivitet i ett fordons motor.

För att utföra sina analyser, Maravelias, Vilas Distinguished Achievement och Paul A. Elfers Professor i kemi- och biologisk teknik; och Fasahati, en postdoktor som arbetar med Maravelias, jämförde två processer för att producera biobränslen från majsstover:biologisk omvandling till etanol (BCE) och katalytisk omvandling till alkener (CCA). Alkener är långa kolkedjor som innehåller minst en dubbelbindning; de som produceras genom CCA -processen används för att tillverka diesel.

Deras resultat visar att alla tre parametrarna – koleffektivitet, processenergibehov, och bränsleeffektivitet – är viktiga, och att den mest koldioxideffektiva strategin kanske inte automatiskt är den mest effektiva strategin totalt sett.

"Till exempel, fvt, som producerar etanol, har mycket hög koleffektivitet, men själva bränslet har lägre energiinnehåll, " säger Fasahati. "Med CCA, mindre av det ursprungliga kolet hamnar i det producerade bränslet, men bränslet har en högre verkningsgrad när du bränner det i en bil."

Fasahati och Maravelias inkluderade också elproduktion i sin beräkning av produktionsenergieffektivitet för varje strategi. El är en biprodukt av att omvandla biomassa till bränsle i ett bioraffinaderi:avfallet (främst lignin och omvandlingsrester) förbränns, resulterar i värme som driver omvandlingsprocessen och skapar elektricitet som kan säljas till nätet.

Fasahati och Maravelias insåg att när elproduktion införlivades i deras analyser, båda strategierna hade potential att producera mer total mekanisk energi för transport, eftersom den producerade elen kan användas för att driva elbilar medan själva bränslet kan driva traditionella förbränningsfordon.

Dock, processer som kräver mindre energi för omvandling producerar också mer el för distribution. På grund av detta, CCA-processen, som redan producerar ett bränsle som brinner mer effektivt (diesel), producerar också nästan 60 procent mer mekanisk energi i form av elektricitet än BCE-processen.

Alltså CCA-strategin, trots att de är mindre koleffektiva, uppnår bättre resultat totalt sett eftersom den producerar mer mekanisk energi från både el och bränsle.

Uppsatsen antyder att forskning om att optimera strategier för att producera alternativa biobränslen och bioprodukter fortfarande är viktig, även om det inte uppnår den höga koleffektiviteten i strategier som BCE som producerar etanol.

"Den allmänna förståelsen är att om du har mer kol, du kan springa längre, Fasahati säger. "Men vi visade att det finns mer i historien."

Författarna hoppas att deras papper kommer att hjälpa andra i fältet att ompröva koldioxideffektivitetsmodellen för att ta ett mer helhetsgrepp när de arbetar med att utveckla nästa generations biobränslen som kommer att hjälpa till att möta Department of Energy's Renewable Fuel Standard i framtiden.

Maravelias sa, "Går framåt, vi är glada över möjligheterna för nya strategier för produktion av biobränslen som ser utöver koldioxideffektivitet, med hänsyn till de parametrar som diskuteras i detta arbete."