Het gebruik van biobrandstoffen helpt de menselijke uitstoot van broeikasgassen te verminderen. Dat is een van de redenen waarom sommige petroleummaatschappijen benzine aanbieden die tot 10% ethanol (een biobrandstof) bevat. Maar als we een reële kans willen hebben om catastrofale klimaatverandering te voorkomen, het is niet genoeg om onze uitstoot te verminderen; we moeten het proces omkeren.

We moeten streven naar "negatieve emissies". Dit betekent het verwijderen van kooldioxide uit de atmosfeer, en idealiter terugkeren naar pre-industriële atmosferische CO₂-niveaus. Dit is een ontmoedigende taak:de huidige atmosferische concentratie is 410 delen per miljoen (ppm), vergeleken met ongeveer 280 ppm vóór de industriële revolutie.

Intrigerend, recente doorbraken (zie hieronder) in het onderzoek naar biobrandstoffen hebben dit vooruitzicht een stap dichterbij gebracht. Om te begrijpen waarom, we moeten eerst iets weten over de productie van biobrandstoffen.

Overschakelen naar algen

De petroleumindustrie produceert al jaren biobrandstoffen, het gebruik van voedselgewassen zoals suikerriet, maïs en sojabonen, die door fermentatie of andere chemische processen worden omgezet in ethanol of biodiesel. Dit is controversieel, deels vanwege de negatieve gevolgen van grootschalige monocultuurteelt van deze gewassen.

Overeenkomstig, oliemaatschappijen financieren nu onderzoeksprogramma's naar zogenaamde tweede generatie biobrandstofgewassen – met name algen, die in water kan worden gekweekt in plaats van op het land. Dit zal veel van de kritiek op biobrandstoffen van de eerste generatie omzeilen.

Algen zijn er in vele vormen. Zeewier is een bekende vorm van macro-algen en er zijn ook veel micro-algen, zoals de algenbloei die van tijd tot tijd voorkomt in vervuilde rivieren en meren.

Algen zijn relatief inefficiënt in het fotosynthetiseren van CO₂. Maar recente ontdekkingen helpen dit probleem enigszins op te lossen.

Door Exxon gefinancierde onderzoekers zijn erin geslaagd algen genetisch te modificeren om de snelheid van koolstofopname te verdubbelen. Onafhankelijk, een groep onderzoekers van de Washington State University heeft zojuist ontdekt hoe je algen kunt kweken in dagen, in plaats van weken, de weg vrijmaakt voor een efficiëntere productie van biobrandstoffen.

Als we de juiste soort algen kunnen kweken, in voldoende hoeveelheden, de volgende stap zal zijn om het om te zetten in biobrandstof. Biobrandstofgewassen van de eerste generatie waren rijk aan suikers en zetmeel die door processen zoals fermentatie in brandstoffen konden worden omgezet. Algen kunnen op deze manier niet worden getransformeerd. Er is, echter, een ander proces dat kan worden gebruikt:pyrolyse.

Als je biomassa zoals algen verwarmt in aanwezigheid van zuurstof, het brandt, wat betekent dat de koolstof zich verbindt met zuurstof uit de lucht om CO₂ te vormen. Echter, als het wordt verwarmd in afwezigheid van zuurstof, het kan niet branden. Wat in plaats daarvan gebeurt, is dat verschillende oliën en gassen worden verdreven, een relatief zuivere vorm van koolstof achterlatend, bekend als char of biochar. Het proces staat bekend als pyrolyse en wordt al duizenden jaren toegepast om hout in houtskool te veranderen.

Houtskool brandt met een bijzondere intensiteit en werd historisch gewaardeerd overal waar zeer hoge temperaturen nodig waren, zoals bij de metaalbewerking. Het proces is weergegeven in onderstaande grafiek. Het gas, wanneer verbrand, produceert veel meer warmte dan nodig is om de pyrolyser te laten werken, en het overschot kan worden gebruikt om elektriciteit op te wekken. Het belangrijkste voor de aardolie-industrie, de geproduceerde oliën kunnen gemakkelijk worden geraffineerd tot transportbrandstoffen. Om deze reden, oliemaatschappijen financieren onderzoek naar pyrolyse.

Behalve branden met een intense hitte, biochar heeft nog twee andere zeer belangrijke kenmerken. Eerst, het is een gewaardeerd bodemadditief, en wordt voor dit doel in feite verkocht aan agrarische gebruikers.

Tweede, wanneer het in de grond wordt gemengd, zal het honderden jaren overleven, misschien zelfs een millennium. Het produceren van kool en het vastleggen daarvan in de bodem is daarom een ​​semi-permanente manier om koolstof af te vangen. In tegenstelling tot, bossen zijn wat minder permanent, omdat bomen uiteindelijk afsterven en rotten, terugvoeren van methaan en koolstofdioxide naar de atmosfeer; of verbranden, CO₂ terug in de atmosfeer brengen. pyrolyse, dan, biedt de mogelijkheid koolstofvastlegging op lange termijn - het is een weg naar negatieve emissies.

Het laatste om op te merken over pyrolyse is dat door de parameters van het proces te variëren, zoals de temperatuur en het type algen, men kan de relatieve verhoudingen van de output variëren. Vooral, men kan de productie van char maximaliseren, Of anders, de productie van oliën voor transportbrandstoffen. Biobrandstofonderzoekers zijn natuurlijk geïnteresseerd in het maximaliseren van dit laatste, waarbij char tot op zekere hoogte een ongewenst bijproduct is.

Echter, als de pyrolyse van algen een commercieel haalbare manier wordt om biobrandstof te produceren, de char kan worden verkocht voor bodemverrijking. Het resultaat zou een gestage stroom zijn - misschien realistischer een straaltje - van koolstof dat terug in de bodem komt.

Dit alles brengt ons verleidelijk dicht bij de grootschalige productie van houtskool, voor zijn eigen bestwil. Hetzelfde onderzoek dat commercieel levensvatbare biobrandstoffen van de tweede generatie oplevert, zou vermoedelijk kunnen worden omgeleid om de opbrengst van kool te maximaliseren. Biobrandstof zou dan een bijproduct zijn, in plaats van het primaire doel.

Helaas, de markt voor char is nog niet voldoende ontwikkeld om hier een commerciële propositie van te maken. Een aanzienlijke prijs op koolstof zou dit alles kunnen veranderen. Als we serieus zijn over het bereiken van negatieve emissies, dat is misschien de prijs die we moeten betalen. En wie weet, zodra de voordelen van char als bodemadditief beter worden vastgesteld, de commerciële waarde van char kan zodanig zijn dat de prijs op koolstof niet langer nodig zal zijn.

Kan de productie van houtskool op grote schaal ongewenste bijwerkingen hebben? We weten dat verse biochar in de bodem herbiciden snel kan deactiveren, wat leidt tot slechte onkruidbestrijding. Deze resultaten suggereren dat het gebruik van biochar zorgvuldig moet worden beheerd in landbouwsituaties die afhankelijk zijn van herbiciden die op de bodem worden aangebracht. De netto landbouwvoordelen verschijnen, echter, overweldigend zijn.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.