Исследование DOE: 10 биотоплив могут сократить выбросы парниковых газов на 60%
Исследование Co-Optima Министерства энергетики выявляет высокоэффективные пути производства биотоплива
Два рецензируемых исследования из лаборатории Аргонн Министерства энергетики США, выполненные в сотрудничестве с NREL, PNNL и INL, представили значительное открытие для глобального перехода на низкоуглеродную энергетику: 10 конкретных путей производства биотоплива могут снизить выбросы парниковых газов (ПГ) на примерно 60% по сравнению с традиционным ископаемым бензином.
Исследования проводились в рамках программы Министерства энергетики Co-Optimization of Fuels and Engines (Co-Optima), которую совместно возглавляют Управление по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии, Управление биотопливных технологий и Управление автомобильными технологиями. Консорциум Co-Optima включает девять национальных лабораторий и более 20 университетов и промышленных партнеров, все из которых сосредоточены на одновременной инновации в химии топлива и дизайне двигателей.
Основным аналитическим инструментом, использованным в обоих исследованиях, является модель GREET Аргонны (Greenhouse Gases, Regulated Emissions and Energy Used in Technology) — стандартная отрасль для учета жизненных циклов ПГ в системах топлива и энергии.
“Мы находимся на пересечении новых инноваций в двигателях и биотопливах,” сказал Трой Хокинс, менеджер группы топлив и продуктов Аргонны. “Проектирование низкоуглеродных топлив и двигателей для совместной работы может максимизировать энергоэффективность и производительность транспортных средств.”
Две платформы двигателей, множество путей сырья
Исследование 1 — Многофункциональные двигатели внутреннего сгорания (Легковые автомобили)
Исследователи отобрали 12 путей производства биотоплива, оптимизированных для многофункциональных двигателей внутреннего сгорания — систем, способных переключаться между режимами зажигания и сгорания в зависимости от условий движения. Сырье включало древесные отходы, стебли кукурузы и другие сельскохозяйственные и лесные побочные продукты. Примененные технологии конверсии включали ферментацию, катализ высокое давление/высокая температура (HPHT) и гибридные комбинации обоих.
Из 12 оцененных путей семь оказались конкурентоспособными по стоимости с текущими ценами на нефтяное топливо, согласно технико-экономическому анализу от NREL и PNNL. Критически важно, что десять из двенадцати продемонстрировали снижение ПГ на примерно 60% в оценках жизненного цикла GREET. Выявленные классы топлива включают спирты, смеси фуранов и алкены.
Исследование 2 — Гибридные контролируемые двигатели с сжатым зажиганием (Грузовые/Дизельные)
Во втором исследовании был расширен анализ до 25 путей производства, ориентированных на дизельные циклы, используемые преимущественно в коммерческом грузовом транспорте. Сырьевые материалы варьировались от лигноцеллюлозной биомассы (древесные чипсы, стебли кукурузы) до растительных масел (соевые, папайя), а также влажных отходов и переработанного жира. Технологии конверсии включали ферментацию, газификацию и гидротермальную сжижение.
Двенадцать из 25 путей достигли снижения ПГ жизненного цикла, превышающего 60%. Большинство путей были конкурентоспособны по цене относительно текущих цен на природный газ. Деймон Хартли, глава группы операций и анализа INL, отметил, что разнообразие доступных ресурсов биомассы представляет собой значительный потенциал замещения нефтепродуктов и химикатов, однако изменчивость качества сырья остается основной технической проблемой, влияющей на последовательность конверсии.
Последствия для поставок промышленной биомассы
Сырьевые материалы для биомассы, находящиеся в центре обоих исследований DOE — древесные отходы, сельскохозяйственные остатки, лесные побочные продукты — это именно те сырьевые материалы, для обработки которых спроектированы производственные линии по производству биомассовых гранул промышленного масштаба. Поскольку политические рамки и частные инвестиции все больше согласуются вокруг проверенных путей низкоуглеродного топлива, надежная, высокомасштабная мощность конверсии сырья становится стратегическим требованием цепочки поставок.
Производственные линии по производству гранул влажной биомассы компании Kingwood спроектированы для обработки сырой биомассы с высоким содержанием влаги в больших объемах, интегрируя дробление, грубую и тонкую переработку, сушку, гранулирование и автоматическую упаковку в едином замкнутом процессе. Конфигурации производственных линий могут быть спроектированы для выпуска до 200,000 метрических тонн в год, при этом полная система включает интегрированное удаление пыли и автоматизацию, соответствующую Трехстандартизационной структуре Kingwood для проектирования промышленных грануляторных линий.
Для операторов, поставляющих сырьевые материалы биомассы на рынки биотоплива или прямого сжигания, выбор оборудования непосредственно влияет на показатели качества продукции, включая содержание влаги, теплотворную способность и содержание золы. Гранулы биомассы, произведенные на этих линиях, достигают теплотворной способности 4,800 ккал/кг, содержание влаги ниже 15%, содержание серы ниже 0.3% и содержание золы ниже 18% — характеристики, соответствующие требованиям рынков ЕС, ISO и США.
Исследователи DOE подчеркивают, что анализ жизненного цикла и технико-экономическое моделирование должны направлять решения заинтересованных сторон на ранних стадиях относительно выбора путей и инвестиций в инфраструктуру. Для закупок оборудования действует тот же принцип: планирование мощности для линии производства гранул биомассы требует детальной характеристики сырья и проектирования процесса перед капитальными вложениями.
Исследователи Co-Optima отмечают, что, хотя текущие исследования сосредоточены на транспортных топливах, Аргонна активно расширяет анализ путей биотоплива на секторы, трудно поддающиеся электрификации, включая авиацию и морской транспорт — рынки, которые также зависят от плотных, стабильных носителей энергии, полученных из биомассы, таких как гранулированное твердое топливо.
“Министерство энергетики работает над разработкой устойчивых решений по декарбонизации для транспортного сектора,” сказал Хокинс. “Мы продолжим расширять важную работу Co-Optima.”
Kingwood (Jiangsu Kingwood Industrial Co., Ltd.) является производителем оборудования для гранул биомассы, расположенным в Парке промышленности Чжунгуанцунь Лиян, Провинция Цзянсу, Китай. Основанная в 1999 году, Kingwood поддерживала проекты производственных линий биомассы в 30 странах и имеет сертификаты ISO 9001, ISO 14001 и CE. Код акций: 871765 (NEEQ).
FAQ
Насколько биотоплива могут сократить выбросы парниковых газов по сравнению с ископаемым бензином?
Согласно анализу жизненного цикла с использованием модели GREET Министерства энергетики США, 10 определенных путей биотоплива имеют потенциальную возможность сократить выбросы парниковых газов примерно на 60% по сравнению с традиционными ископаемыми бензинами.
Какие национальные лаборатории США проводили исследования в области биотоплива?
Исследование проводилось Национальной лабораторией Аргонне в сотрудничестве с Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (NREL), Тихоокеанской северо-западной национальной лабораторией (PNNL) и Национальной лабораторией Айдахо (INL) в рамках программы Министерства энергетики США по сооптимизации топлив и двигателей (Co-Optima).
Какие источники биомассы были оценены в исследованиях био топлив Министерства энергетики США?
Исследователи оценили сырьё, включая побочные продукты сельского и лесного хозяйства, такие как древесные отходы и стебли кукурузы, растительные масла из соевых бобов, влажные отходы и переработанный жир. Эти материалы тесно связаны с сырьевыми вводами, используемыми в производственных линиях для экологически чистых biomass pellets.
Являются ли пути производства биотоплива конкурентоспособными с ископаемыми видами топлива?
Технико-экономические оценки, проведенные NREL и PNNL, показали, что большинство исследованных путей получения биотоплива являются конкурентоспособными по цене с текущими ценами на нефтяное топливо, хотя исследователи предостерегают от закрепления цен, учитывая волатильность на рынках природного газа.
Какие типы двигателей были изучены в биотопливных исследованиях DOE?
Были изучены две категории двигателей: мульти-режимные внутренние двигатели сгорания для легковых автомобилей и гибридные управляемые дизельные двигатели, в основном используемые в грузоперевозках. Биотопливо оценивалось по производительности, выбросам и гибкости сырья в обоих контекстах.
Какие классы химических биотоплив показали наибольший потенциал сокращения парниковых газов?
Анализ жизненного цикла GREET выявил спирты, смеси фуранов и алкены в числе классов биотоплив с наибольшим потенциалом сокращения парниковых газов — до 60% ниже базовых уровней ископаемого бензина.
Как исследование биотоплива Министерства энергетики США связано с промышленным производством биомассовых пеллет?
Исходные материалы, выделенные в исследованиях DOE — древесные отходы, сельскохозяйственные остатки, лесные побочные продукты — это одни и те же сырьевые материалы, которые обрабатываются на промышленных линиях по производству биомассовых пеллет Kingwood. По мере роста спроса на низкоуглеродное биомассовое топливо оборудование для производства пеллет высокой мощности становится критически важным элементом цепочки поставок.