Biobrandstof- en bio-energiesystemen zijn een integraal onderdeel van scenario's voor het verdringen van het gebruik van fossiele brandstoffen en het produceren van negatieve emissies door het afvangen en opslaan van koolstof. Maar het netto voordeel van deze systemen voor de beperking van broeikasgassen is controversieel, vanwege zorgen over koolstofverliezen als gevolg van veranderingen in landgebruik en gederfde vastleggingsvoordelen van alternatief landgebruik.

Een nieuwe studie onder leiding van de Colorado State University, inclusief een interdisciplinair team van plantwetenschappers, ecologen en ingenieurs voorspelden aanzienlijke klimaatvoordelen als gevolg van het gebruik van geavanceerde biobrandstoftechnologieën. Alle koolstofstromen in biobrandstofsystemen in kaart brengen en vergelijken met die in graslanden en bossen, het team ontdekte dat er duidelijke strategieën zijn voor biobrandstoffen om een ​​netto koolstofvoordeel te hebben.

Dit is een van de eerste onderzoeken waarin zowel naar huidige als toekomstige CO2-negatieve biobrandstoffen wordt gekeken.

"Robuuste wegen naar netto vermindering van broeikasgassen en negatieve emissies via geavanceerde biobrandstoffen, " werd gepubliceerd op 24 augustus in Proceedings van de National Academy of Sciences .

Biobrandstoffen verdienen nog een kijkje

Jan Veld, onderzoekswetenschapper bij het Natural Resource Ecology Lab bij CSU, zei dat het voor de biobrandstoffenindustrie een uitdaging was om de commerciële levensvatbaarheid van cellulose-biobrandstoffen aan te tonen, gemaakt met behulp van niet-eetbare delen van planten. Schakelgras, een inheems gras dat in veel delen van Noord-Amerika groeit, is een toonaangevende kandidaat voor de duurzame productie van plantaardig materiaal.

Het onderzoeksteam gebruikte modellering om switchgrass-teelt te simuleren, productie van cellulosebiobrandstof en het afvangen en opslaan van koolstof, het volgen van ecosystemen en koolstofstromen. Wetenschappers vergeleken deze modellering vervolgens met alternatieve manieren om koolstof op het land op te slaan, inclusief groeiend bos of grasland.

Technologie voor het opvangen en opslaan van koolstof wordt gebruikt door ten minste één fabriek in Illinois die maïs verwerkt als conventionele biobrandstof om ethanol te maken, maar deze systemen zijn nog niet wijdverbreid. Als onderdeel van de studie, onderzoekers creëerden modellen om te simuleren hoe dit eruit zou zien in een cellulose-biobrandstofraffinaderij.

"Wat we ontdekten, is dat ongeveer de helft van de koolstof in het switchgrass dat de raffinaderij binnenkomt, een bijproduct wordt dat beschikbaar zou zijn voor het afvangen en opslaan van koolstof. " zei Field. De resulterende bijproductstromen van zeer zuivere koolstofdioxide zouden niet veel moeten worden gescheiden of schoongemaakt voordat ze ondergronds worden opgeslagen.

Het onderzoeksteam analyseerde drie contrasterende Amerikaanse casestudies en ontdekte dat op land waar boeren of landbeheerders overgingen van het verbouwen van gewassen of het onderhouden van weiden voor begrazing, het cultiveren van switchgrass voor de productie van cellulose-ethanol had een per hectare mitigatiepotentieel vergelijkbaar met herbebossing en meerdere malen groter dan het herstel van grasland. (Een hectare is ongeveer tweeënhalf keer zo groot als een gemiddeld voetbalveld.)

Het gebruik van switchgrass kan met name nuttig zijn in delen van het land waar het planten van meer bomen geen optie is.

"In de Grote Vlakten, prairie is de meer natuurlijke dekking, " zei Field. "Die systemen zuigen niet zoveel koolstof op als een bossysteem. Als je biobrandstoffen in de mix gaat gebruiken, ze hebben tweeënhalf keer zoveel koolstofvoordelen als graslanden. Als je in een gebied bent waar grasland de inheemse dekking zou zijn, er is een duidelijk voordeel aan het gebruik van biobrandstoffen."

Field zei dat de motivatie van het team voor de studie op de hielen komt van verschillende prominente kritieken op biobrandstoffen. "We wilden zien of we tot dezelfde conclusie kwamen of niet als de onderzoekers die kritisch waren over biobrandstoffen, " hij zei.

"Onze analyse laat zien dat grote klimaatvoordelen kunnen, in feite, worden bereikt door middel van biobrandstoffen als de intentie daartoe bestaat, " zei Lee Lynd, een co-auteur en Paul E. en Joan H. Queneau Distinguished Professor in Environmental Engineering Design aan Dartmouth College.

Gebruik van biobrandstoffen noodzakelijk om klimaatdoelen te halen

Wetenschappers zeiden vanwege de huidige vertragingen bij het aanpakken van klimaatverandering, het is absoluut noodzakelijk om een ​​meer proactieve houding aan te nemen ten aanzien van biobrandstoffen en andere technologieën voor negatieve emissies als landen als de VS de gevolgen van de opwarming van de aarde willen beperken tot 1,5 graad Celsius boven het pre-industriële niveau.

"Als we dat doel willen bereiken, we moeten echt zo snel mogelijk alternatieven voor het gebruik van fossiele brandstoffen inzetten, " zei Field. Er is ook een noodzaak om koolstofvervuiling uit de atmosfeer op te ruimen en historische emissies terug te lopen, hij voegde toe.

Het opruimen van koolstofvervuiling is een idee dat veel wordt besproken sinds de Overeenkomst van Parijs in het kader van het Raamverdrag van de Verenigde Naties inzake klimaatverandering in 2016 werd gesloten.

"We zullen moeten beginnen met het opruimen van een deel van de koolstofvervuiling die in het verleden is uitgestoten, omdat we te traag zijn in het verminderen van onze uitstoot, ' zei Veld.

Er zijn verschillende manieren om deze opruiming tot stand te brengen, met het eenvoudigste idee om bomen te laten groeien om meer koolstof op het land op te slaan.

Andere alternatieven worden geschetst en geanalyseerd in de studie, inclusief het gebruik van koolstofnegatieve biobrandstoffen. Planten halen koolstof uit de atmosfeer om te groeien en de koolstof wordt gebruikt om plantenweefsels op te bouwen.

Als dat plantaardig materiaal wordt geoogst en omgezet in energie, een deel van het resulterende kooldioxide-bijproduct kan worden opgevangen en ondergronds worden gepompt naar opslag in uitgeputte oliebronnen of andere geologische formaties, in plaats van het terug de atmosfeer in te sturen.

Hetzelfde, cellulose-biobrandstoffen zijn aantrekkelijk omdat ze kunnen helpen het gebruik van fossiele brandstoffen in de luchtvaart te verminderen, verzending en vrachtvervoer, allemaal velden die uitdagend zijn om over te stappen op elektriciteit.

Vooruit gaan, het onderzoeksteam hoopt zijn modellering uit te breiden, het nationaal opschalen in plaats van naar een paar specifieke sites in het hele land te kijken.

"Veel van de onderdelen voor toekomstig gebruik van geavanceerde biobrandstoffen bestaan ​​op kleine schaal, "zei Field. "De truc is om al deze stukjes samen te voegen en ervoor te zorgen dat we steun blijven krijgen, zodat het kan gedijen en van de grond komt, zelfs wanneer de gasprijzen relatief laag zijn, zoals nu."