Conventionele wijsheid in onderzoek naar biobrandstoffen stelt dat koolstofefficiëntie de belangrijkste factor is voor het bepalen van veelbelovende strategieën voor de productie van biobrandstoffen. Voor onderzoekers, dit betekent dat hoe meer koolstof er in het gewas terechtkomt als koolstof in de brandstof, des te beter.

Maar koolstofefficiëntie is misschien niet het hele verhaal:brandstofkwaliteit en energievereisten zijn ook sleutelfactoren voor het selecteren van strategieën voor de volgende generatie biobrandstoffen, volgens een studie die vandaag [sept. 28, 2018] van onderzoekers van de Universiteit van Wisconsin-Madison en het Great Lakes Bioenergy Research Center (GLBRC).

In een nieuw artikel in het tijdschrift Joule , GLBRC-onderzoekers Christos Maravelias en Peyman Fasahati waren gericht op het identificeren van kritieke drijfveren, buiten koolstofefficiëntie, voor het beoordelen van nieuwe strategieën voor biobrandstoffen en ontdekte dat er twee andere essentiële parameters zijn:de energie die nodig is om de brandstoffen in een bioraffinaderij te produceren en de efficiëntie van de brandstoffen in de motor van een voertuig.

Om hun analyses uit te voeren, Maravelia's, Vilas Distinguished Achievement en Paul A. Elfers Hoogleraar chemische en biologische engineering; en Fasahati, een postdoctoraal onderzoeker die werkt met Maravelias, vergeleek twee processen voor de productie van biobrandstoffen uit maïskolven:biologische conversie naar ethanol (BCE) en katalytische conversie naar alkenen (CCA). Alkenen zijn lange koolstofketens die ten minste één dubbele binding bevatten; die geproduceerd door het CCA-proces worden gebruikt om diesel te maken.

Hun resultaten laten zien dat alle drie de parameters – koolstofefficiëntie, proces energie eisen, en brandstofefficiëntie – zijn belangrijk, en dat de meest koolstofefficiënte strategie niet automatisch de meest effectieve strategie hoeft te zijn.

"Bijvoorbeeld, v.Chr., die ethanol produceert, heeft een zeer hoge koolstofefficiëntie, maar de brandstof zelf heeft een lagere energie-inhoud, " zegt Fasahati. "Met CCA, minder van de oorspronkelijke koolstof in de geproduceerde brandstof terechtkomt, maar de brandstof heeft een hoger rendement als je het in een auto verbrandt."

Fasahati en Maravelias hielden ook rekening met elektriciteitsopwekking in hun berekening van de energie-efficiëntie van de productie voor elke strategie. Elektriciteit is een bijproduct van het omzetten van biomassa in brandstof in een bioraffinaderij:het afval (meestal lignine en conversieresidu) wordt verbrand, wat resulteert in warmte die het conversieproces aandrijft en elektriciteit creëert die aan het net kan worden verkocht.

Fasahati en Maravelias erkenden dat wanneer elektriciteitsopwekking werd opgenomen in hun analyses, beide strategieën hadden het potentieel om meer totale mechanische energie voor transport te produceren, omdat de geproduceerde elektriciteit zou kunnen worden gebruikt om elektrische auto's aan te drijven, terwijl de brandstof zelf traditionele verbrandingsvoertuigen zou kunnen aandrijven.

Echter, processen die minder energie nodig hebben voor conversie, produceren ook meer elektriciteit voor distributie. Daarom, het CCA-proces, die al een brandstof produceert die efficiënter verbrandt (diesel), produceert ook bijna 60 procent meer mechanische energie in de vorm van elektriciteit dan het BCE-proces.

Dus de CCA-strategie, ondanks dat ze minder koolstofefficiënt zijn, behaalt in het algemeen betere resultaten omdat het meer mechanische energie uit zowel elektriciteit als brandstof produceert.

De paper suggereert dat onderzoek naar het optimaliseren van strategieën om alternatieve biobrandstoffen en bioproducten te produceren belangrijk blijft, zelfs als het niet de hoge koolstofefficiëntie bereikt van strategieën zoals BCE die ethanol produceren.

"Het algemene begrip is dat als je meer koolstof hebt, je kunt langer rennen, "zegt Fasahati. "Maar we hebben laten zien dat er meer aan de hand is."

De auteurs hopen dat hun paper anderen in het veld zal helpen het koolstofefficiëntiemodel te heroverwegen om een ​​meer holistische benadering te volgen terwijl ze werken aan de ontwikkeling van de volgende generatie biobrandstoffen die zullen helpen om in de toekomst te voldoen aan de Renewable Fuel Standard van het Department of Energy.

Maravelias zei, "Vooruit gaan, we zijn enthousiast over de mogelijkheden voor nieuwe strategieën voor de productie van biobrandstoffen die verder kijken dan koolstofefficiëntie, rekening houdend met de parameters besproken in dit werk."