Eine neue Studie der University of California – Riverside (UCR) hat herausgefunden, dass die Einführung einer einfachen erneuerbaren Chemikalie in der Vorbehandlungsphase die Produktion von Biokraftstoffen der nächsten Generation endlich kostengünstig und CO2-neutral machen kann . Kohlenstoff. Der erste Schritt, der Abbau von Pflanzenmaterial, war schon immer der schwierigste, wenn es darum geht, Kraftstoff aus Pflanzen herzustellen .
Damit Biokraftstoffe mit Öl konkurrieren können, müssen Bioraffineriebetriebe so konzipiert werden, dass Lignin besser genutzt wird. Lignin ist einer der Hauptbestandteile pflanzlicher Zellwände. Es verleiht Pflanzen eine größere strukturelle Integrität und Widerstandsfähigkeit gegen mikrobielle Angriffe. Diese natürlichen Eigenschaften von Lignin erschweren jedoch die Gewinnung und Verwendung aus Pflanzenmaterial, auch Biomasse genannt.
Charles Cai, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der UC Riverside, erfand CELF, was für Co-solvent Enhanced Lignocellulosic Fractionation steht. Dabei handelt es sich um eine innovative Biomasse-Vorbehandlungstechnologie, die es ermöglicht, die Ligninbindungen aufzulösen und sie so im Biokraftstoffproduktionsprozess behandelbar zu machen.
„CELF verwendet Tetrahydrofuran oder THF, um Wasser zu ergänzen und Säure während der Biomasse-Vorbehandlung zu verdünnen. Es verbessert die Gesamteffizienz und erhöht die Kapazität zur Ligninextraktion“, sagte Cai. „Und das Beste ist, dass THF aus Biomassezucker hergestellt werden kann.“
THF-Molekül, Tetrahydrofuran
In einem wichtigen Artikel über Energie- und Umweltwissenschaften wird detailliert beschrieben, inwieweit eine Bioraffinerie, die CELF nutzt, wirtschaftliche und ökologische Vorteile gegenüber Erdölkraftstoffen und früheren Biokraftstoffproduktionsmethoden bietet.
Das Papier ist eine Zusammenarbeit zwischen Cais Forschungsteam am UCR, dem von den Oak Ridge National Laboratories betriebenen Center for Bioenergy Innovation, und dem National Renewable Energy Laboratory, mit Mitteln des Office of Science des US-Energieministeriums. In dieser Studie berücksichtigen die Forscher zwei Hauptvariablen: welche Art von Biomasse am besten geeignet ist und was mit dem Lignin nach der Extraktion geschehen soll.
Biokraftstoffbetriebe der ersten Generation nutzen Nahrungspflanzen wie Mais, Sojabohnen und Zuckerrohr als Rohstoffe bzw. Rohstoffe. Da diese Rohstoffe Land und Wasser von der Lebensmittelproduktion abziehen, ist ihre Verwendung für Biokraftstoffe nicht ideal.
Betriebe der zweiten Generation nutzen nicht essbare pflanzliche Biomasse als Rohstoff. Ein Beispiel für Biomasse-Rohstoffe sind Holzrückstände aus Mühlenbetrieben, Zuckerrohrbagasse oder Maisstoppeln, allesamt reichlich vorhandene und kostengünstige Nebenprodukte forstwirtschaftlicher und landwirtschaftlicher Tätigkeiten.
Nach Angaben des Energieministeriums könnten allein in den Vereinigten Staaten bis zu einer Milliarde Tonnen Biomasse pro Jahr für die Produktion von Biokraftstoffen und Bioprodukten zur Verfügung gestellt werden, was 30 % unseres Ölverbrauchs ersetzen und landesweit neue Arbeitsplätze schaffen könnte.
Da eine CELF-Bioraffinerie Pflanzenmaterial besser nutzen kann als frühere Methoden der zweiten Generation, stellten die Forscher fest, dass ein schwererer, dichterer Rohstoff wie Hartholzpappel weniger dichten Maisstoppeln aus Kohlenstoff vorzuziehen ist, um größere wirtschaftliche und ökologische Vorteile zu erzielen.
Mithilfe von Pappelholz in einer CELF-Bioraffinerie zeigen Forscher, dass nachhaltiger Flugtreibstoff zu einem Break-Even-Preis von 3,15 US-Dollar pro Gallone Benzinäquivalent hergestellt werden könnte. Der aktuelle Durchschnittspreis für eine Gallone Kerosin liegt in den Vereinigten Staaten bei 5,96 US-Dollar. Damit wäre Biokraftstoff noch günstiger als aktuelle Flugkraftstoffe.
Die US-Regierung vergibt Gutschriften für die Biokraftstoffproduktion in Form von Renewable ID Credits, einer Subvention zur Unterstützung der heimischen Biokraftstoffproduktion. Die Höhe dieser Gutschriften für Biokraftstoffe der zweiten Generation, die D3-Stufe, liegt typischerweise bei 1 US-Dollar pro Gallone oder mehr. Bei diesem Preis pro Kredit können Sie laut dem Papier mit einer Rendite von mehr als 20 % des Deals rechnen.
„Wenn man etwas mehr für einen kohlenstoffreicheren Rohstoff wie Pappel ausgibt, ergeben sich immer noch mehr wirtschaftliche Vorteile als für einen billigeren Rohstoff wie Maisstoppeln, weil man daraus mehr Treibstoff und Chemikalien gewinnen kann“, sagte Cai.
Das Papier zeigt auch, wie der Einsatz von Lignin einen positiven Beitrag zur Gesamtwirtschaftlichkeit der Bioraffinerie leisten und den CO2-Fußabdruck so gering wie möglich halten kann. In älteren Bioraffineriemodellen, in denen Biomasse in Wasser und Säure gekocht wird, ist Lignin über seinen Heizwert hinaus meist unbrauchbar.
„Alte Modelle haben sich dafür entschieden, Lignin zu verbrennen, um die Wärme und den Strom dieser Bioraffinerien zu ergänzen, weil sie nur Zucker aus Biomasse nutzen konnten – ein teures Unterfangen, bei dem viel Wert verloren ging“, sagte Cai.
Neben einer besseren Nutzung von Lignin schlägt das CELF-Bioraffineriemodell auch die Produktion erneuerbarer Chemikalien vor. Diese Chemikalien könnten als Bausteine für Biokunststoffe und Aromastoffe für Lebensmittel und Getränke verwendet werden. Diese Chemikalien absorbieren einen Teil des in der Pflanzenbiomasse vorhandenen Kohlenstoffs, der nicht in Form von CO2 in die Atmosphäre abgegeben würde.
„Die Zugabe von THF trägt dazu bei, die Energiekosten der Vorbehandlung zu senken und das Lignin zu isolieren, sodass es nicht mehr verbrannt werden muss. Darüber hinaus können wir erneuerbare Chemikalien produzieren, die uns dabei helfen, das globale Erwärmungspotenzial nahe Null zu erreichen“, sagte Cai. „Ich denke, das verschiebt den Schwerpunkt von Biokraftstoffen der zweiten Generation auf Biokraftstoffe der zweiten Generation.“
Dank der jüngsten Erfolge des Teams gewährte das Büro für Bioenergietechnologie des Energieministeriums Forschern einen Zuschuss in Höhe von 2 Millionen US-Dollar für den Bau einer kleinen CELF-Pilotanlage an der UCR. Cai hofft, dass die Demonstration der Pilotanlage zu umfangreichen Investitionen in die Technologie führen wird, da die Nutzung fossiler Brennstoffe zur globalen Erwärmung beiträgt und dem Planeten schadet.
„Ich habe diese Arbeit vor mehr als zehn Jahren begonnen, weil ich etwas bewirken wollte. Ich wollte eine praktikable Alternative zu fossilen Brennstoffen finden, und meine Kollegen und ich haben Erfolg gehabt“, sagte Cai. „Mit CELF haben wir gezeigt, dass es möglich ist, kostengünstige Kraftstoffe aus Biomasse und Lignin herzustellen und dazu beizutragen, unseren Beitrag zu den Kohlenstoffemissionen in die Atmosphäre zu reduzieren.“
Damit eröffnet sich für Biokraftstoffe eine neue Produktions- und Wirtschaftsperspektive, die vor allem endlich wirtschaftlich erträglich ist und nicht mehr eine Art Bedrohung für die Leistungsfähigkeit des Bürgers darstellt.
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Der Artikel „Eine Innovation macht die Kosten von Biokraftstoffen endlich wettbewerbsfähig“ stammt von Economic Scenarios .
Dies ist eine Übersetzung eines Artikels, der am Mon, 04 Mar 2024 06:15:48 +0000 im italienischen Blog Scenari Economici unter der URL https://scenarieconomici.it/una-innovazione-rende-il-costo-dei-biocarburanti-finalmente-competitivo/ veröffentlicht wurde.