DOE: 10 biocombustíveis podem reduzir as emissões de gases de efeito estufa em 60%
Os biocombustíveis estão se tornando uma solução econômica e climaticamente amigável para reduzir as emissões de carbono de carros e caminhões, de acordo com dois novos estudos.
O Laboratório Nacional de Argonne (DOE) do Departamento de Energia dos EUA realizou a pesquisa em colaboração com o Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) do DOE, o Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico (PNNL) e o Laboratório Nacional de Idaho (INL). Os resultados mostram que os biocombustíveis combinados com design avançado de motores podem reduzir as emissões de gases de efeito estufa em cerca de 60%, além de melhorar a eficiência de combustível ou reduzir as emissões do escapamento.
têm vantagens claras sobre a gasolina fóssil. Mas a eficiência energética do próprio motor também é crucial. Projetar combustíveis de baixo carbono e motores para trabalharem juntos pode maximizar a eficiência energética e o desempenho do veículo.
“Estamos na interseção de novas inovações em motores e biocombustíveis”, disse Troy Hawkins, gerente do grupo de combustíveis e produtos da Argonne. “Nosso objetivo é desenvolver novos biocombustíveis que possam ser misturados com combustíveis convencionais para melhorar o desempenho do motor. Isso significa que um carro ou caminhão movido a gasolina pode percorrer mais distância com a mesma quantidade de combustível. Ou um carro a diesel pode atender a padrões de emissão mais rigorosos.”
Em ambos os estudos, cientistas da Argonne colaboraram com outros laboratórios nacionais para identificar combustíveis promissores para diferentes tipos de motores. Os pesquisadores consideraram custo, impacto ambiental e potencial de expansão para mercados comerciais.
A pesquisa foi apoiada pelo programa Co-Optimização de Combustíveis e Motores (Co-Optima), liderado conjuntamente pelo Escritório de Eficiência Energética e Energia Renovável, Escritório de Tecnologias de Bioenergia e Escritório de Tecnologias Automotivas do Departamento de Energia dos EUA.
A Argonne faz parte do consórcio Co-Optimas de nove laboratórios nacionais e mais de 20 parceiros universitários e da indústria. O consórcio estuda como inovar simultaneamente em combustíveis e motores para melhorar a economia de combustível e o desempenho do veículo, reduzindo as emissões.
Encontrando Caminhos para Biocombustíveis
A pesquisa no projeto Co-Optimas baseia-se no objetivo de identificar e compreender os biocombustíveis. Os biocombustíveis são produzidos a partir de material orgânico de biomassa, incluindo plantas, resíduos agrícolas e resíduos úmidos. Biocombustíveis podem ser misturados com combustíveis convencionais para reduzir emissões e melhorar o desempenho do combustível e do motor.
Trabalhando com especialistas em combustíveis do Co-Optima, os pesquisadores usaram um processo de triagem para desenvolver uma lista de biocombustíveis para seu estudo, disse Benavid.
“Trabalhamos com outros especialistas e usamos critérios específicos para reduzir os muitos candidatos a biocombustível a uma lista curta para nosso estudo”, disse Benavid, “com base no desempenho desejado e nos padrões de combustão do motor. Converter biomassa em biocombustíveis é um processo complexo que envolve variáveis na matéria-prima, tecnologia de conversão e tipo de combustível. Encontrar caminhos de biocombustíveis que atendam simultaneamente a metas econômicas, tecnológicas e energéticas é particularmente desafiador.”
Benavid é o primeiro coautor de um dos estudos. A equipe avaliou 12 caminhos de produção de biocombustíveis para otimizar motores de combustão interna multimodo. Motores de combustão interna multimodo podem alcançar maior eficiência e economia de custos usando diferentes métodos de ignição, combustão e preparação de combustível de acordo com as necessidades de condução. Os pesquisadores usaram matérias-primas de biomassa renovável derivadas de subprodutos agrícolas e florestais, como resíduos de madeira e subprodutos agrícolas, como palha de milho. As técnicas de conversão utilizadas incluíram fermentação, catálise HPHT ou uma combinação de ambas.
“Descobrimos que não apenas os sete biocombustíveis eram econômicos de produzir, mas também variavam nas matérias-primas e tecnologias de conversão utilizadas”, disse Buterin. “Isso significa que as biorrefinarias têm mais flexibilidade para escolher onde e como construir suas instalações.” Pesquisadores do NREL e PNNL realizaram uma avaliação técnico-econômica dos caminhos de produção de biocombustíveis, analisando custos e desempenho técnico. “Nossas descobertas sugerem que muitos biocombustíveis são competitivos com os custos atuais dos combustíveis de petróleo”, disse Phillips.
Os pesquisadores também analisaram os impactos ambientais. Uma análise de ciclo de vida dos caminhos usando o modelo GREET (Gases de Efeito Estufa, Emissões Regulamentadas e Energia Utilizada em Tecnologia) da Argonne mostra resultados impressionantes. Dez biocombustíveis têm potencial para reduzir as emissões de gases de efeito estufa em 60% em comparação com a gasolina fóssil. A lista inclui álcoois, misturas de furano e alcenos.
Perspectivas de Biocombustíveis para Motores a Diesel
O segundo estudo foi coautorado por Butlin. Os pesquisadores analisaram 25 caminhos otimizados para produzir biocombustíveis para melhorar a combustão em motores de ignição por compressão de controle híbrido. Este é um motor a diesel usado principalmente para transporte de carga. Para desenvolver caminhos de produção de biocombustíveis, os pesquisadores usaram uma variedade de matérias-primas, desde material vegetal, como cavacos de madeira ou palha de milho, até óleos de soja e mamão, resíduos úmidos e gordura reciclada. As tecnologias de conversão utilizadas incluem fermentação, gaseificação e liquefação hidrotérmica.
Damon Hartley, chefe do Grupo de Pesquisa Operacional e Análise do INL, disse que os diversos recursos de biomassa disponíveis têm enorme potencial para substituir alguns combustíveis e produtos químicos derivados de petróleo. Um dos maiores obstáculos, no entanto, é a qualidade variável das matérias-primas. Isso tem um grande impacto em como o material se comporta nas transições. Como no primeiro estudo, a maioria das técnicas teve bom desempenho. A maioria dos biocombustíveis é economicamente competitiva com os preços atuais do gás natural.
Em termos de impacto ambiental, de acordo com a análise de ciclo de vida do GREET, 12 dos 25 caminhos reduziram as emissões de gases de efeito estufa em mais de 60%. “Avaliamos as emissões de gases de efeito estufa do ciclo de vida para cada caminho de motor de ignição por compressão de controle híbrido”, disse Hawkins. “emissões a montante.”
Criando Caminhos para Biocombustíveis
Os pesquisadores não planejam desenvolver uma lista definitiva de biocombustíveis, disse Benavid. Em vez disso, esses estudos fornecem orientação para as partes interessadas escolherem o caminho de biocombustível que melhor atenda às suas necessidades. “Fornecemos orientação a pesquisadores e indústria para avaliações de biocombustíveis com base em muitas variáveis complexas”, disse ele. “A análise de ciclo de vida e técnico-econômica é importante para orientar as partes interessadas desde o início. Não podemos dizer às partes interessadas quais escolhas fazer. Mas essas ferramentas podem apontá-las na direção certa desde o início.” Embora muitos caminhos de biocombustíveis possam ser economicamente competitivos, é muito cedo para fixar preços em um mercado volátil de gás natural.
A longo prazo, disse Hawkins, o desafio é oferecer preços competitivos. Embora esses caminhos de produção de biocombustíveis estejam visando carros de passeio e caminhões a diesel, os pesquisadores da Argonne também estão investigando seu potencial para uso em indústrias difíceis de eletrificar, como aviação e marítima. O objetivo é introduzir biocombustíveis no mercado em uma variedade de indústrias o mais rápido possível.
“O Departamento de Energia dos EUA (DOE) tem trabalhado para desenvolver soluções sustentáveis de descarbonização para o setor de transportes”, disse Hawkins, com os biocombustíveis sendo uma grande parte disso. “Continuaremos a expandir o importante trabalho do Co-Optimas.”
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