Användningen av biobränslen bidrar till att minska mänskliga utsläpp av växthusgaser. Det är en anledning till att vissa petroleumbolag erbjuder bensin som innehåller upp till 10 % etanol (ett biobränsle). Men om vi ska ha någon verklig chans att undvika katastrofala klimatförändringar, det räcker inte att minska våra utsläpp; vi måste vända processen.

Vi måste sikta på "negativa utsläpp". Detta innebär att man tar bort koldioxid från atmosfären, och helst återgå till förindustriella atmosfäriska CO₂-nivåer. Detta är en skrämmande uppgift:den nuvarande atmosfäriska koncentrationen är 410 delar per miljon (ppm), jämfört med cirka 280 ppm före den industriella revolutionen.

Spännande nog, de senaste genombrotten (se nedan) inom biobränsleforskningen har fört denna utsikt ett steg närmare. För att förstå varför, vi måste först veta lite om biobränsleproduktion.

Går över till alger

I flera år har petroleumindustrin producerat biobränslen, använda matgrödor som sockerrör, majs och sojabönor, som genom jäsning eller andra kemiska processer omvandlas till etanol eller biodiesel. Detta har varit kontroversiellt, delvis på grund av de negativa konsekvenserna av storskalig monokulturodling av dessa grödor.

Följaktligen, petroleumbolag finansierar nu forskningsprogram om så kallade andra generationens biobränslegrödor – särskilt alger, som kan odlas i vatten snarare än på land. Detta kommer att kringgå många av kritiken mot första generationens biobränslen.

Alger finns i många former. Tång är en välkänd form av makroalger och det finns också många mikroalger, som den algblomning som då och då förekommer i förorenade floder och sjöar.

Alger är relativt ineffektiva när det gäller att fotosyntetisera CO₂. Men de senaste upptäckterna går en bit på vägen för att lösa detta problem.

Exxon-finansierade forskare har lyckats genetiskt modifiera alger för att fördubbla hastigheten för kolavtag. Oberoende av, en grupp forskare vid Washington State University har precis upptäckt hur man odlar alger på flera dagar, snarare än veckor, banar väg för en effektivare produktion av biobränsle.

Om vi ​​kan odla rätt sorts alger, i tillräckliga mängder, nästa steg blir att omvandla det till biobränsle. Första generationens biobränslegrödor var rika på socker och stärkelse som kunde omvandlas till bränslen genom processer som jäsning. Alger kan inte omvandlas på detta sätt. Det finns, dock, en annan process som kan användas:pyrolys.

Om du värmer biomassa som alger i närvaro av syre, det svider, vilket betyder att kolet kombineras med syre från luften för att bilda CO₂. Dock, om den värms upp i frånvaro av syre, det kan inte brinna. Det som händer istället är att olika oljor och gaser drivs bort, lämnar en relativt ren form av kol, känd som röding eller biokol. Processen är känd som pyrolys och har använts i tusentals år för att förvandla trä till träkol.

Träkol brinner med särskild intensitet och värderades historiskt varhelst mycket höga temperaturer krävdes, som vid metalltillverkning. Processen visas i diagrammet nedan. Gasen, när den bränns, producerar mycket mer värme än vad som är nödvändigt för att köra pyrolysatorn, och överskottet kan användas för att generera el. Viktigast för petroleumindustrin, de producerade oljorna raffineras lätt till transportbränslen. Av denna anledning, petroleumbolag finansierar forskning om pyrolys.

Förutom att brinna med en intensiv hetta, biokol har två andra mycket viktiga egenskaper. Först, det är en uppskattad jordtillsats, och säljs faktiskt till jordbruksanvändare för detta ändamål.

Andra, när den blandas i jorden kommer den att överleva i hundratals år, kanske till och med ett årtusende. Att producera röding och binda den i jord är därför ett semipermanent sätt att fånga upp kol. I kontrast, skogarna är mindre permanenta, eftersom träd så småningom dör och ruttnar, återföra metan och koldioxid till atmosfären; eller bränna, återför CO₂ till atmosfären. Pyrolys, sedan, erbjuder möjligheten till långsiktig kolbindning - det är en väg till negativa utsläpp.

Det sista att notera om pyrolys är att genom att variera parametrarna för processen såsom temperaturen och typen av alger, man kan variera de relativa proportionerna av utgångar. Särskilt, man kan maximera produktionen av röding, eller alternativt, produktion av oljor som ska användas för transportbränslen. Biobränsleforskare är naturligtvis intresserade av att maximera det senare, där röding i viss mån är en oönskad biprodukt.

Dock, om pyrolys av alger blir ett kommersiellt gångbart sätt att producera biobränsle, rödingen kan säljas för markanrikning. Resultatet skulle bli en stadig ström - kanske mer realistiskt en rännil - av kol som återvände till jorden.

Allt detta för oss lockande nära storskalig rödingproduktion, för sin egen skull. Samma forskning som levererar kommersiellt gångbara andra generationens biobränslen skulle förmodligen kunna omdirigeras för att maximera utbytet av röding. Biobränsle skulle då vara en biprodukt, snarare än det primära målet.

Tyvärr, marknaden för röding är ännu inte tillräckligt utvecklad för att göra detta till ett kommersiellt förslag. Ett betydande pris på kol skulle kunna förändra allt detta. Om vi ​​menar allvar med att uppnå negativa utsläpp, det kan vara priset vi måste betala. Och vem vet, när väl fördelarna med röding som jordtillsats blir bättre etablerade, det kommersiella värdet av röding kan vara sådant att priset på kol inte längre är nödvändigt.

Kan produktion av röding i stor skala ha oönskade biverkningar? Vi vet att färsk biokol i marken kan avaktivera ogräsmedel snabbt vilket leder till dålig ogräsbekämpning. Dessa resultat tyder på att användningen av biokol måste hanteras noggrant i jordbrukssituationer som är beroende av herbicider som appliceras på jorden. Jordbrukets nettofördelar visas, dock, att vara överväldigande.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.