ترسیم مسیری برای سوخت های زیستی نسل بعدی

از خاک تا جداسازی، محققان دانشگاه پرینستون و مرکز تحقیقات بیوانرژی دریاچه‌های بزرگ مدل‌سازی کرده‌اند که زنجیره تامین سوخت‌های زیستی نسل دوم در غرب میانه ایالات متحده چگونه می‌تواند باشد.این سوخت‌های زیستی نسل بعدی به‌عنوان جایگزین پایدارتری برای بنزین و گازوئیل مشتق‌شده از سوخت‌های فسیلی در حال ظهور هستند که در صورت مدیریت دقیق، می‌توانند گازهای گلخانه‌ای بیشتری را نسبت به آنچه در طول چرخه زندگی خود منتشر می‌کنند، از جو حذف کنند. و بر خلاف سوخت‌های زیستی معمولی یا نسل اول که از محصولاتی مانند ذرت و نیشکر تولید می‌شوند که در غیر این صورت می‌توان از آنها برای غذا استفاده کرد، سوخت‌های زیستی نسل دوم از ضایعات کشاورزی یا محصولات غیرغذایی کشت‌شده در زمین‌های با بهره‌وری پایین یا اخیراً متروکه شده به دست می‌آیند.

با این حال، به عنوان یک فناوری هنوز نوپا، این سوخت های نسل بعدی باید با عدم قطعیت قابل توجهی در مورد نقش خود در آینده انرژی کم کربن دست و پنجه نرم کنند.

مطالعات قبلی در مورد سوخت‌های زیستی به دو حالت افراطی گرایش داشتند، یا تمرکز بر “زیستی” – شامل رشد محصول، بهره‌وری، و داده‌های کاربری زمین بدون در نظر گرفتن جزئیات مربوط به نگرانی‌های زنجیره تامین پایین‌دست – یا “سوخت‌ها” – ترسیم یک زنجیره تامین. و طراحی پالایشگاه زیستی با استفاده از داده های بسیار ساده زمین و محصول.

مطالعه پرینستون این دو دیدگاه را برای ارائه یک پیش‌بینی جامع‌تر از زنجیره تامین سوخت‌های زیستی در سراسر منطقه هشت ایالتی در غرب میانه، با داده‌های بسیار دقیق، متحد می‌کند. یافته های آنها در 22 می در Nature Energy منتشر شد .

کریستوس ماراولیاس، پروفسور انرژی و محیط زیست خانواده اندرسون و استاد مهندسی شیمی و بیولوژیکی، گفت: «کاری که ما با این مطالعه انجام می دهیم، گرد هم آوردن دو رویکرد متفاوت برای مطالعه سوخت های زیستی است. بسیاری از داده‌های با کیفیت بالا در مقیاس‌های فضایی خوب وارد تجزیه و تحلیل‌های ما شدند و دیدی جامع‌تر از این سیستم‌ها به ما می‌دهند.»

بهینه سازی از رشد محصول تا مکان جداسازی زنجیره تامین سوخت های زیستی پیچیده است. مواد اولیه برای سوخت های زیستی باید از یک شبکه تکه تکه شده از زمین کشت و برداشت شوند. سپس آن مواد اولیه باید به یک پالایشگاه مرکزی منتقل شوند. در این پالایشگاه، چندین فناوری مختلف می‌توانند ماده گیاهی را به سوخت زیستی مایع تبدیل کنند و هر گونه انتشار کربنی که از طریق فرآیند تبدیل تولید می‌شود، می‌تواند جذب و متعاقباً در خارج از محل جدا شود.

در نتیجه، تصمیمات اتخاذ شده در هر نقطه در طول زنجیره تامین می‌تواند منجر به سیستم‌هایی با هزینه‌های متفاوت و اثرات انتشار گازهای گلخانه‌ای شود، از محصول انتخاب شده به عنوان خوراک گرفته تا فاصله بین مزرعه و پالایشگاه و فناوری مورد استفاده برای تبدیل کارخانه به سوخت زیستی.

کالب گیسلر ، یکی از نویسندگان این مقاله، یک دانشجوی فارغ التحصیل می گوید: «حتی تصمیمات به ظاهر منزوی یا غیرمرتبط، مانند اینکه چقدر انگیزه برای جذب کربن دارید یا اینکه کدام فناوری تبدیل را دوست دارید، می تواند تأثیرات شگرفی بر طراحی چشم انداز یک اقتصاد زیستی داشته باشد. مهندسی شیمی و بیولوژیکی.

بنابراین، گیسلر گفت، طراحی بهینه منظر به اهداف آغازین بستگی دارد: چه مقدار سوخت زیستی باید تولید شود، به چه قیمتی، و با چه شدت کربن؟

در حالی که محققان هشدار دادند که مدل آنها به طور خاص به عنوان یک ابزار تصمیم گیری طراحی نشده است، Maravelias گفت که بینش های ارزشمندی در مورد اثرات اقتصادی و زیست محیطی یک اقتصاد زیستی آینده ارائه می دهد. و از آنجایی که سوخت‌های زیستی نسل دوم هنوز به تجاری‌سازی گسترده دست پیدا نکرده‌اند، تحقیقات پیشگیرانه در حال حاضر می‌تواند تلاش‌هایی را برای اطمینان از اجرای معنی‌دار سوخت‌ها در سیستم انرژی آینده ایجاد کند.

مارولیاس گفت: «این مدل تمام اجزای سیستم را به حساب می‌آورد، بنابراین می‌توانیم از آن برای پاسخگویی به انواع مختلف سؤالات استفاده کنیم. ما می‌توانیم از آن برای شناسایی راه بهینه برای تولید مقدار معینی از سوخت‌های زیستی و در عین حال به حداقل رساندن هزینه‌های اقتصادی استفاده کنیم. می‌توانیم از آن برای شناسایی سیستمی که همان مقدار سوخت را تولید می‌کند و در عین حال اثرات زیست‌محیطی را به حداقل می‌رساند، استفاده کنیم. یا می‌توانیم سیستمی را طراحی کنیم. که تعادلی بین این دو برقرار می کند.”

برجسته کردن تأثیر سیاست

با استفاده از مدل خود، تیم تحقیقاتی همچنین می‌تواند نقش مشوق‌های سیاست را در شکل‌دهی به فناوری‌های ترجیحی و تأثیر انتشار یک زنجیره تامین سوخت‌های زیستی بررسی کند.

به عنوان مثال، تیم دریافت که اعتبار مالیاتی 45Q برای جذب کربن، که 85 دلار به ازای هر تن کربن جدا شده را فراهم می کند، به اندازه کافی جذب کربن را در سراسر سیستم تشویق می کند. با این حال، ارزش اعتبار مالیاتی زیر 60 دلار به ازای هر تن کربن – اعتبار مالیاتی 45 Q قبل از قانون کاهش تورم 2022 فقط 50 دلار ارزش داشت – برای سرمایه گذاری در جذب و جداسازی کربن کافی نبود. در این مورد، این سیستم به جای حذف انتشار کربن تولید می‌کند، هرچند که در مقایسه با سوخت‌های فسیلی امروزی انتشار بسیار کمتری تولید می‌کند.

گیسلر می‌گوید: «حتی اگر ارزش یک انگیزه تغییر کند، باز هم می‌خواستیم نتایج ما آموزنده باشد. همچنین راهی برای آگاه کردن سیاستگذاران در مورد اینکه چگونه مشوق‌های مختلف از فناوری‌ها و پیکربندی‌های مختلف برای سیستم پشتیبانی می‌کنند، است.»

و در حالی که طرح‌های تشویقی فعلی فقط ارزش پولی برای کربن جذب شده در خود پالایشگاه تعیین می‌کنند، محققان سناریوهای جایگزینی را نیز مدل‌سازی کردند که به دنبال به حداقل رساندن انتشار گازهای گلخانه‌ای از کل زنجیره تامین بود، از جمله انتشار مستقیم از حمل و نقل و انتشار غیرمستقیم در برق مورد استفاده. برای قدرت دادن به سیستم

این سناریوهای جایگزین، مبادلات بیشتری را برجسته کردند. اعتبار مالیاتی باید حداقل 79 دلار در هر تن باشد تا انگیزه جذب کربن در پالایشگاه آغاز شود و حدود 100 دلار در هر تن برای جذب کربن در هر پالایشگاهی نصب شود. کمتر از این مقادیر، کاهش حمل و نقل و جبران انتشار گازهای گلخانه ای از برق خریداری شده قبل از سرمایه گذاری در جذب کربن، اغلب مقرون به صرفه تر است.

محققان حتی مسیرهایی را ترسیم کردند که انتشار کربن را فراتر از انگیزه‌های مالی کاهش می‌داد، با استفاده از پتانسیل‌های ترسیب کربن در خاک و تصمیم‌های مدیریتی، مانند اینکه آیا کوددهی شود یا نه، تا یک طراحی منظر با بیشترین مزایای کلی زیست‌محیطی به دست آورد.

مارولیاس گفت: «از آنجایی که این سوخت‌های زیستی نسل بعدی هنوز به عنوان یک فناوری در حال ظهور هستند، مدلی که ما توسعه داده‌ایم به ما امکان می‌دهد مطمئن شویم که این سیستم‌ها را به درستی طراحی می‌کنیم.» مهم است که در حال حاضر تا آنجا که ممکن است اطلاعات داشته باشیم، قبل از اینکه خود را در فناوری‌ها و پیکربندی‌های سیستمی نه چندان ایده‌آل قفل کنیم.»