Biobränsle- och bioenergisystem är en integrerad del av scenarier för förskjutning av fossilt bränsle och att producera negativa utsläpp genom koldioxidavskiljning och lagring. Men nettofördelarna med växthusgaser med dessa system har varit kontroversiella, på grund av oro kring koldioxidförluster från förändringar i markanvändning och förutbestämda fördelar med alternativa markanvändningar.

En ny studie ledd av Colorado State University - inklusive ett tvärvetenskapligt team av växtforskare, ekologer och ingenjörer - förutsade betydande klimatfördelar som härrör från användningen av avancerad teknik för biobränsle. Redogör för alla kolflöden i biobränslesystem och jämför dem med gräsmarker och skogar, teamet fann att det finns tydliga strategier för att biobränslen ska ha en netto koldioxidfördel.

Detta är en av de första studierna för att titta på både nuvarande och framtida koldioxidnegativa biobränslen.

"Robusta vägar till netto minskning av växthusgaser och negativa utsläpp via avancerade biodrivmedel, "publicerades 24 augusti Förfaranden från National Academy of Sciences .

Biobränslen förtjänar en ny titt

John Field, forskare vid Natural Resource Ecology Lab vid CSU, sade att det har varit en utmaning för biobränsleindustrin att visa kommersiell lönsamhet för cellulosabiobränslen, skapad med oätliga växtdelar. Switchgräs, ett inhemskt gräs som växer i många delar av Nordamerika, är en ledande kandidat för hållbar produktion av växtmaterial.

Forskargruppen använde modellering för att simulera switchgrassodling, produktion av cellulosabiobränslen och avskiljning och lagring av koldioxid, spårning av ekosystem och kolflöden. Forskare jämförde sedan denna modellering med alternativa sätt att lagra kol på marken, inklusive växande skog eller gräsmark.

Kolfångst- och lagringsteknik används av minst en anläggning i Illinois som bearbetar majs som ett konventionellt biobränsle för att skapa etanol, men dessa system är ännu inte utbredda. Som en del av studien, forskare skapade modeller för att simulera hur detta skulle se ut vid ett cellulosabaserat biobränsleraffinaderi.

"Det vi fann är att ungefär hälften av kolet i växelgräset som kommer in i raffinaderiet blir en biprodukt som skulle vara tillgänglig för koldioxidavskiljning och lagring, "sa fältet. De resulterande biproduktströmmarna av högren koldioxid skulle inte kräva mycket separation eller sanering innan de lagrades under jorden.

Forskargruppen analyserade tre kontrasterande amerikanska fallstudier och fann att på mark där bönder eller markförvaltare övergick från att odla grödor eller upprätthålla betesmarker för bete, odling av växelgräs för cellulosahaltig etanolproduktion hade en minskningspotential per hektar som var jämförbar med återskogning och flera gånger större än restaurering av gräsmarker. (En hektar är ungefär två och en halv gånger större än en genomsnittlig fotbollsplan.)

Att använda växelgräs kan vara särskilt användbart i delar av landet där plantering av fler träd inte är ett alternativ.

"På de stora slätterna, prärie är det mer naturliga omslaget, "sa Field." Dessa system suger inte upp så mycket kol som ett skogssystem gör. Om du börjar lägga biobränslen i blandningen, de har två och en halv gånger kolfördelarna över gräsmarker. Om du befinner dig i ett område där gräsmark skulle vara den ursprungliga täckningen, det finns en klar fördel med att använda biobränslen. "

Field sa att teamets motivation för studien kommer i klackarna på flera framstående kritik av biobränslen. "Vi ville se om vi kom fram till samma slutsats eller inte som de forskare som har varit kritiska till biobränslen, " han sa.

"Vår analys visar att stora klimatfördelar kan, faktiskt, uppnås genom biobränslen om det finns en avsikt att göra det, "sa Lee Lynd, en medförfattare och Paul E. och Joan H. Queneau Distinguished Professor in Environmental Engineering Design vid Dartmouth College.

Användning av biodrivmedel är absolut nödvändigt för att uppfylla klimatmålen

Forskare sa på grund av de nuvarande förseningarna i kampen mot klimatförändringar, Det är absolut nödvändigt att ta en mer proaktiv hållning till biobränslen och andra tekniker för negativa utsläpp om länder som USA vill begränsa effekterna av den globala uppvärmningen till 1,5 grader Celsius över förindustriella nivåer.

"Om vi ​​vill nå det målet, vi måste verkligen sätta in alternativ till fossilt bränsle så snabbt vi kan, "sade Field. Det finns också ett behov av att städa upp koldioxidföroreningar från atmosfären och gå tillbaka historiska utsläpp, han lade till.

Att städa upp koldioxidföroreningar är en idé som har diskuterats mycket sedan Parisavtalet upprättades inom FN:s ramkonvention om klimatförändringar 2016.

"Vi måste börja rensa upp en del av den koldioxidförorening som har släppts ut tidigare, eftersom vi är för långsamma med att minska våra utsläpp, "sa Field.

Det finns olika sätt att genomföra denna sanering, med den enklaste idén att odla träd för att lagra mer kol på marken.

Andra alternativ skisseras och analyseras i studien, inklusive användning av koldioxidnegativa biobränslen. Växter drar ut kol från atmosfären för att växa och kolet används för att bygga växtvävnader.

Om det växtmaterialet skördas och omvandlas till energi, en del av den resulterande koldioxidbiprodukten kan fångas upp och pumpas under jorden till lagring i utarmade oljebrunnar eller andra geologiska formationer, istället för att skicka tillbaka den till atmosfären.

Likaså, cellulosabiobränslen är attraktiva eftersom de kan bidra till att minska användningen av fossilt bränsle inom luftfarten, transport och transport, alla områden som är utmanande att gå över till el.

Går vidare, forskargruppen hoppas kunna utöka sin modellering, skala upp det nationellt snarare än att titta på några specifika platser över hela landet.

"Många av bitarna för framtida användning av avancerade biodrivmedel finns i liten skala, "sa Field." Tricket är att sätta ihop alla dessa bitar och se till att vi fortsätter att ha stöd så att det kan trivas och ta fart, även när gaspriserna är relativt låga, som nu."