بحث وزارة الطاقة: 10 من الوقود الحيوي يمكن أن تخفض انبعاثات غازات الدفيئة بنسبة 60%

أبحاث دو من التعاون في التخطيط تحدد مسارات إنتاج الوقود الحيوي ذات التأثير العالي

لقد أسفرت دراستان تمت مراجعتها من قبل الأقران من مختبر أرغون الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية، التي تم إنتاجها بالتعاون مع NREL وPNNL وINL، عن اكتشاف هام للتحول العالمي نحو الطاقة منخفضة الكربون: يمكن لعشرة مسارات محددة لإنتاج الوقود الحيوي تقليل انبعاثات غازات الدفيئة (GHG) طوال دورة الحياة بما يقرب من 60% مقارنة بالبنزين الأحفوري التقليدي.

تم إجراء البحث تحت برنامج Co-Optimization of Fuels and Engines (Co-Optima) التابع لوزارة الطاقة، الذي تتشارك في قيادته مكتب كفاءة الطاقة والطاقة المتجددة، ومكتب تقنيات الطاقة الحيوية، ومكتب تقنيات السيارات. يشمل اتحاد Co-Optima تسعة مختبرات وطنية وأكثر من 20 شريكاً من الجامعات والصناعات، جميعها تركز على الابتكار المتزامن في كيمياء الوقود وتصميم المحركات.

الأداة التحليلية الأساسية المستخدمة في كلا الدراستين هي نموذج GREET من أرغون (غازات الدفيئة والانبعاثات المنظمة والطاقة المستخدمة في التكنولوجيا) — الإطار القياسي لصناعة حسابات GHG طوال دورة الحياة لأنظمة الوقود والطاقة.

“نحن في تقاطع الابتكارات الجديدة في المحركات والوقود الحيوي،” قال تروي هوكينز، مدير مجموعة الوقود والمنتجات في أرغون. “تصميم الوقود والمحركات منخفضة الكربون لتعمل معًا يمكن أن يزيد من كفاءة الطاقة وأداء المركبات.”

منصتان لمحركين، ومسارات متعددة للمواد الخام

الدراسة 1 — محركات احتراق داخلي متعددة الوضعيات (مركبات الركاب)

فحص الباحثون 12 مساراً لإنتاج الوقود الحيوي تم تحسينه لمحركات الاحتراق الداخلي متعددة الوضعيات — أنظمة قادرة على التبديل بين أوضاع الاشتعال والاحتراق حسب ظروف القيادة. وشملت المواد الخام مخلفات الخشب، والسيلاج، وغيرهما من منتجات الزراعة والغابات. كانت تقنيات التحويل المستخدمة هي التخمر، والحفز تحت الضغط العالي ودرجة الحرارة العالية (HPHT)، والتركيبات الهجينة من كلاهما.

من بين المسارات الـ 12 التي تم تقييمها، وُجد أن سبعة منها تنافسية من حيث التكلفة مقارنة بتكاليف الوقود البترولي الحالية، استنادًا إلى تحليل تقني واقتصادي من NREL وPNNL. بشكل حاسم، أظهرت عشرة من الاثني عشر تخفيضات في غازات الدفيئة تبلغ حوالي 60% في تقييمات دورة الحياة من نموذج GREET. تشمل فئات الوقود المحددة الكحوليات، ومخاليط الفوران، والألكينات.

الدراسة 2 — محركات الاحتراق ذات الضغط المُتحكم به (الشحن/الديزل)

وسعت الدراسة الثانية التحليل ليشمل 25 مساراً لإنتاج الوقود موجهة لمحركات دورة الديزل المستخدمة أساسًا في الشحن التجاري. تراوحت المواد الخام من الكتلة الحيوية اللجنوسيلولوزية (رقائق الخشب، السيلاج) إلى الزيوت المستخلصة من النباتات (فول الصويا، البابايا) إلى مجاري النفايات الرطبة والدهون المعاد تدويرها. تضمنت تقنيات التحويل التخمر، والتحويل الغازي، والتسييل الهيدروحراري.

حقق اثنا عشر من المسارات الـ 25 تخفيضات في غازات الدفيئة طوال دورة الحياة تفوق 60%. كانت معظم المسارات تنافسية من حيث التكلفة مقارنة بأسعار الغاز الطبيعي الحالية. أشار دامون هارتلي، رئيس مجموعة بحوث العمليات والتحليل في INL، إلى أنه بينما تمثل تنوع موارد الكتلة الحيوية المتاحة إمكانيات استبدال كبيرة للوقود والمواد الكيميائية المستمدة من البترول، تظل تقلبات جودة المواد الخام تحديًا تقنيًا رئيسيًا يؤثر على تناسق التحويل.

تداعيات على إمدادات المواد الخام الحيوية الصناعية

المواد الخام الحيوية في مركز كلتا دراستي وزارة الطاقة — مخلفات الخشب، البقايا الزراعية، منتجات الغابات — هي بالضبط المواد الخام التي تم تصميم خطوط إنتاج الحبيبات الحيوية على نطاق صناعي لمعالجتها. مع زيادة توافق الأطر السياسية والاستثمار الخاص حول مسارات الوقود منخفضة الكربون المعتمدة، تصبح قدرة التحويل الموثوقة وعالية الحجم متطلبًا استراتيجيًا في سلسلة التوريد.

تم تصميم خطوط إنتاج الحبيبات الحيوية الرطبة من Kingwood لمعالجة المواد الخام الحيوية عالية الرطوبة على نطاق واسع، متكاملةً عمليات السحق، والطحن الخشن، والتجفيف، والطحن الدقيق، والتكوير، والتعبئة الآلية في عملية مغلقة واحدة. يمكن تصميم تكوينات خطوط الإنتاج لإخراج ما يصل إلى 200,000 طن متري سنويًا، مع دمج النظام الكامل لإزالة الغبار الآلي والتلقائي بما يتوافق مع إطار ثلاثي التقييس الخاص بـ Kingwood لتصميم خطوط الحبيبات الصناعية.

للمشغلين الذين يزودون المواد الخام الحيوية إلى أسواق الوقود الحيوي أو الاحتراق المباشر، يؤثر اختيار المعدات مباشرة على مقاييس جودة الإنتاج بما في ذلك محتوى الرطوبة، والقيمة الحرارية، ومحتوى الرماد. تحقق الحبيبات الحيوية التي تنتجها Kingwood على هذه الخطوط قيمة حرارية تبلغ 4,800 كيلو كالوري/كغم، ومحتوى رطوبة أقل من 15%، ومحتوى كبريت أقل من 0.3%، ومحتوى رماد أقل من 18% — مواصفات تتماشى مع متطلبات السوق الأوروبية، ISO، والأسواق الأمريكية.

يؤكد باحثو وزارة الطاقة على أن تحليل دورة الحياة والنمذجة التقنية-الاقتصادية يجب أن توجّه قرارات أصحاب المصلحة في المراحل المبكرة حول اختيار المسارات واستثمار البنية التحتية. ينطبق نفس المبدأ على شراء المعدات: يتطلب تخطيط القدرة لخط إنتاج الحبيبات الحيوية توصيفاً مفصلاً للمواد الخام وهندسة العمليات قبل الالتزام برأس المال.

يشير باحثو Co-Optima إلى أنه بينما تركز الدراسات الحالية على وقود النقل، تعمل أرغون بنشاط على توسيع تحليل مسار الوقود الحيوي ليشمل القطاعات التي يصعب كهربتها بما في ذلك الطيران والبحرية — الأسواق التي تعتمد أيضًا على حاملات الطاقة المستمدة من الكتلة الحيوية التي تكون كثيفة ومستقرة مثل الوقود الصلب المضغوط.

“لقد كانت وزارة الطاقة تعمل على تطوير حلول إزالة الكربون المستدامة لقطاع النقل،” قال هوكينز. “سنواصل توسيع العمل المهم لـ Co-Optima.”

---

Kingwood (شركة جيانغسو Kingwood الصناعية المحدودة) هي شركة مصنعة لمعدات الحبيبات الحيوية مقرها في حديقة لويانغ تشونغوانتشون الصناعية، مقاطعة جيانغسو، الصين. تأسست الشركة في عام 1999، وقد دعمت مشاريع خطوط إنتاج الحبيبات الحيوية في 30 دولة وتحمل شهادات ISO 9001 وISO 14001 وCE. رمز السهم: 871765 (NEEQ).