การวิจัยของ DOE: 10 เชื้อเพลิงชีวภาพสามารถลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกได้ถึง 60%

DOE Co-Optima Research Identifies High-Impact Biofuel Pathways

สองการศึกษาที่ได้รับการตรวจสอบโดยเพื่อนจากห้องปฏิบัติการแห่งชาติอาร์โกนของกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ ซึ่งผลิตร่วมกับ NREL, PNNL และ INL ได้เสนอการค้นพบที่สำคัญสำหรับการเปลี่ยนผ่านพลังงานต่ำคาร์บอนระดับโลก: 10 เส้นทางการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพเฉพาะสามารถลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก (GHG) ตลอดอายุการใช้งานลงได้ประมาณ 60% เมื่อเปรียบเทียบกับเบนซินฟอสซิลแบบดั้งเดิม

การวิจัยดำเนินการภายใต้โปรแกรม Co-Optimization of Fuels and Engines (Co-Optima) ของ DOE โดยร่วมมือกับสำนักงานการอนุรักษ์พลังงานและพลังงานทดแทน สำนักงานเทคโนโลยีชีวพลังงาน และสำนักงานเทคโนโลยียานยนต์ กลุ่ม Co-Optima ประกอบด้วยห้องปฏิบัติการแห่งชาติ 9 แห่งและพันธมิตรจากมหาวิทยาลัยและอุตสาหกรรมมากกว่า 20 แห่ง ที่มุ่งเน้นนวัตกรรมร่วมกันในด้านเคมีน้ำมันและการออกแบบเครื่องยนต์

เครื่องมือวิเคราะห์หลักที่ใช้ในทั้งสองการศึกษาเป็น GREET model ของอาร์โกน (Greenhouse Gases, Regulated Emissions and Energy Used in Technology)—กรอบการทำงานที่เป็นมาตรฐานอุตสาหกรรมสำหรับการบัญชี GHG ตลอดอายุการใช้งานในระบบเชื้อเพลิงและพลังงาน

“เรากำลังอยู่ที่จุดตัดของนวัตกรรมใหม่ ๆ ในเครื่องยนต์และเชื้อเพลิงชีวภาพ” Troy Hawkins ผู้จัดการกลุ่มน้ำมันและผลิตภัณฑ์ของอาร์โกนกล่าว “การออกแบบเชื้อเพลิงและเครื่องยนต์ที่ต่ำคาร์บอนเพื่อทำงานร่วมกันสามารถเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานและประสิทธิภาพของยานพาหนะได้สูงสุด”

Two Engine Platforms, Multiple Feedstock Pathways

Study 1 — Multi-Mode Internal Combustion Engines (Passenger Vehicles)

นักวิจัยคัดเลือก 12 เส้นทางการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพที่ได้รับการปรับปรุงสำหรับเครื่องยนต์สันดาปภายในหลายโหมด—ระบบที่สามารถเปลี่ยนระหว่างโหมดการจุดระเบิดและการเผาไหม้ได้ตามสภาพการขับขี่ วัตถุดิบรวมถึงเศษไม้, ข้าวโพด และผลิตภัณฑ์จากการเกษตรและป่าไม้ ข technologies ที่นำมาใช้คือการหมัก, การเกิดปฏิกิริยาความดันสูง/อุณหภูมิสูง (HPHT) และการรวมกันแบบผสมผสาน

จาก 12 เส้นทางที่ประเมิน พบว่าสามารถแข่งขันด้านต้นทุนกับราคาน้ำมันปิโตรเลียมในปัจจุบันได้เจ็ดเส้นทาง ข้อสำคัญคือเส้นทางสิบในสิบสองแสดงให้เห็นถึงการลดลงของ GHG ประมาณ 60% ในการประเมินอายุการใช้งาน GREET ชนิดเชื้อเพลิงที่ระบุรวมถึงแอลกอฮอล์, การผสมฟูราน และอัลเคน

Study 2 — Hybrid Controlled Compression-Ignition Engines (Freight/Diesel)

การศึกษาครั้งที่สองขยายการวิเคราะห์ไปยัง 25 เส้นทางการผลิตที่มุ่งเป้าไปที่เครื่องยนต์ที่ใช้ในรอบดีเซลซึ่งใช้ในเชิงพาณิชย์เป็นหลัก วัตถุดิบมีตั้งแต่ชีวมวลลิกโนเซลลูโลส (ชิปไม้, ข้าวโพด) ไปจนถึงน้ำมันจากพืช (ถั่วเหลือง, มะละกอ) ไปจนถึงของเสียที่เปียกและน้ำมันรีไซเคิล เทคโนโลยีที่ใช้แปลงรวมถึงการหมัก, การก๊าซชีวภาพ, และการละลายด้วยน้ำ

สิบสองจาก 25 เส้นทางประสบความสำเร็จในการลดลงของ GHG ตลอดอายุการใช้งานเกิน 60% เส้นทางส่วนใหญ่สามารถแข่งขันด้านต้นทุนกับราคาก๊าซธรรมชาติในปัจจุบันได้ Damon Hartley หัวหน้ากลุ่มวิจัยและวิเคราะห์การดำเนินงานของ INL กล่าวว่า แม้ว่าความหลากหลายของทรัพยากรชีวมวลที่มีอยู่แทนที่พลังงานที่เกิดจากน้ำมันและเคมีภัณฑ์ จะมีศักยภาพในการทดแทนที่สำคัญ แต่ความหลากหลายของคุณภาพวัตถุดิบยังคงเป็นความท้าทายทางเทคนิคหลักที่ส่งผลต่อความสม่ำเสมอของการแปลง

Implications for Industrial Biomass Feedstock Supply

วัตถุดิบชีวมวลที่อยู่ในศูนย์กลางของการศึกษาทั้งสองของ DOE—เศษไม้, ผลผลิตทางการเกษตร, ผลผลิตจากป่าไม้—เป็นวัสดุดิบที่สายการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพระดับอุตสาหกรรมออกแบบมาเพื่อประมวลผล เมื่อกรอบนโยบายและการลงทุนจากเอกชนมีแนวโน้มไปในทิศทางเดียวกันรอบเส้นทางเชื้อเพลิงต่ำคาร์บอนที่ได้รับการตรวจสอบ ความสามารถในการแปลงวัตถุดิบที่เชื่อถือได้และมีปริมาณมากจึงกลายเป็นความต้องการเชิงกลยุทธ์ในห่วงโซ่อุปทาน

สายการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพที่เปียกของ Kingwood ถูกออกแบบมาเพื่อจัดการกับชีวมวลดิบที่มีความชื้นสูงในระดับใหญ่ โดยรวมการบด, การบดหยาบ, การอบแห้ง, การบดละเอียด, การทำพ pellets และการบรรจุอัตโนมัติในกระบวนการที่ปิดผนึกเดียว ระบบการผลิตสามารถออกแบบให้สามารถผลิตได้ถึง 200,000 ตันเมตริกต่อปี โดยระบบทั้งหมดรวมถึงการขจัดฝุ่นและระบบอัตโนมัติตามมาตรฐาน Three-Standardization Framework ของ Kingwood สำหรับการออกแบบสายการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพ

สำหรับผู้ดำเนินการที่จัดหาวัตถุดิบชีวมวลเข้าสู่ตลาดเชื้อเพลิงชีวภาพหรือการเผาไหม้โดยตรง การเลือกอุปกรณ์มีผลโดยตรงต่อเมตริกคุณภาพการผลิตรวมถึงเนื้อหาความชื้น, ค่าแคลอรี, และเนื้อหาขี้เถ้า วัสดุชีวมวล biomass pellets ของ Kingwood ที่ผลิตบนสายการผลิตเหล่านี้มีค่าความร้อน 4,800 kcal/kg, ความชื้นต่ำกว่า 15%, เนื้อหาซัลเฟอร์ต่ำกว่า 0.3%, และเนื้อหาขี้เถ้าต่ำกว่า 18%—ข้อกำหนดที่สอดคล้องกับข้อกำหนดตลาด EU, ISO, และสหรัฐฯ

นักวิจัย DOE เน้นว่า การวิเคราะห์อายุการใช้งานและการสร้างแบบจำลองเทคโนโลยีเศรษฐกิจควรกำหนดการตัดสินใจของผู้มีส่วนได้ส่วนเสียในช่วงเริ่มต้นเกี่ยวกับการเลือกเส้นทางและการลงทุนในโครงสร้างพื้นฐาน สำหรับการจัดซื้ออุปกรณ์ หลักการเดียวกันใช้ได้: การวางแผนความจุสำหรับสายการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพ จำเป็นต้องมีการวิเคราะห์คุณลักษณะวัตถุดิบที่ละเอียดและวิศวกรรมกระบวนการก่อนการลงทุน

นักวิจัย Co-Optima ระบุว่า แม้การศึกษาในปัจจุบันจะมุ่งเน้นไปที่เชื้อเพลิงการขนส่ง แต่ Argonne กำลังขยายการวิเคราะห์เส้นทางเชื้อเพลิงชีวภาพไปยังภาคส่วนที่ยากต่อการไฟฟ้า รวมถึงการบินและการเดินเรือ—ตลาดที่ยังคงพึ่งพาพลังงานที่เกิดจากชีวมวลที่หนาแน่นและมีเสถียรภาพ เช่น เชื้อเพลิงแข็งที่อัดเป็นเม็ด

“DOE กำลังทำงานเพื่อพัฒนาวิธีการลดคาร์บอนอย่างยั่งยืนสำหรับภาคการขนส่ง” Hawkins กล่าว “เราจะดำเนินการขยายงานที่สำคัญของ Co-Optima ต่อไป”

---

Kingwood (Jiangsu Kingwood Industrial Co., Ltd.) เป็นผู้ผลิตอุปกรณ์เชื้อเพลิงชีวภาพที่มีสำนักงานใหญ่อยู่ใน Liyang Zhongguancun Industrial Park, มณฑลเจียงซู, ประเทศจีน ก่อตั้งขึ้นในปี 1999, Kingwood ได้สนับสนุนโครงการสายการผลิตชีวมวลใน 30 ประเทศและมีการรับรอง ISO 9001, ISO 14001 และ CE รหัสหุ้น: 871765 (NEEQ).