เชื้อเพลิงชีวภาพรุ่นที่สอง
เชื้อเพลิงชีวภาพรุ่นที่สองหรือที่รู้จักกันในชื่อเชื้อเพลิงชีวภาพขั้นสูง คือเชื้อเพลิงที่สามารถผลิตได้จาก ชีวมวลที่ไม่ใช่อาหารประเภทต่างๆชีวมวลในบริบทนี้หมายถึงวัสดุจากพืชและของเสียจากสัตว์ที่ใช้เป็นแหล่งเชื้อเพลิงโดยเฉพาะ[ 1 ]
เชื้อเพลิงชีวภาพรุ่นแรกผลิตจากวัตถุดิบน้ำตาล-แป้ง (เช่นอ้อยและข้าวโพด ) และวัตถุดิบน้ำมันพืช (เช่นน้ำมันเรพซีดและ น้ำมัน ถั่วเหลือง ) ซึ่งโดยทั่วไปจะถูกแปลงเป็นไบโอเอทานอลและไบโอดีเซลตามลำดับ[ 2 ]
เชื้อเพลิงชีวภาพรุ่นที่สองผลิตจากวัตถุดิบที่แตกต่างกัน ดังนั้นจึงอาจต้องใช้เทคโนโลยีที่แตกต่างกันในการสกัดพลังงานที่มีประโยชน์จากวัตถุดิบเหล่านั้น วัตถุดิบรุ่นที่สอง ได้แก่ชีวมวลลิกโนเซลลูโลสหรือพืชไม้ เศษเหลือทางการเกษตรหรือของเสีย รวมถึงพืชพลังงานที่ไม่ใช่พืชอาหารที่ปลูกบนที่ดินชายขอบที่ไม่เหมาะสมสำหรับการผลิตอาหาร[ 3 ]
คำว่าเชื้อเพลิงชีวภาพรุ่นที่สองถูกใช้ในความหมายกว้างๆ เพื่ออธิบายทั้งเทคโนโลยี 'ขั้นสูง' ที่ใช้ในการแปรรูปวัตถุดิบเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพ แต่ยังรวมถึงการใช้พืชที่ไม่ใช่พืชอาหาร ชีวมวล และของเสียเป็นวัตถุดิบในเทคโนโลยีการแปรรูปเชื้อเพลิงชีวภาพ 'มาตรฐาน' หากเหมาะสม[ 4 ]ซึ่งทำให้เกิดความสับสนอย่างมาก ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องแยกแยะความแตกต่างระหว่างวัตถุดิบรุ่นที่สองและเทคโนโลยีการแปรรูปเชื้อเพลิงชีวภาพรุ่นที่สอง
การพัฒนาเชื้อเพลิงชีวภาพรุ่นที่สองได้รับการกระตุ้นอย่างมากนับตั้งแต่เกิด ข้อถกเถียง เรื่องอาหารกับเชื้อเพลิงเกี่ยวกับความเสี่ยงของการเปลี่ยนพื้นที่เพาะปลูกหรือพืชผลทางการเกษตรไป ผลิต เชื้อเพลิงชีวภาพซึ่งอาจส่งผลเสียต่อปริมาณอาหาร การถกเถียง เรื่องเชื้อเพลิงชีวภาพและราคาอาหาร นั้น เกี่ยวข้องกับมุมมองที่หลากหลาย และเป็นประเด็นที่ถกเถียงกันมายาวนานในแวดวงวิชาการ
การแนะนำ
เทคโนโลยีเชื้อเพลิงชีวภาพรุ่นที่สองได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อให้สามารถใช้วัตถุดิบเชื้อเพลิงชีวภาพที่ไม่ใช่พืชอาหารได้ เนื่องจากความกังวลเกี่ยวกับความมั่นคงทางอาหารที่เกิดจากการใช้พืชอาหารในการผลิต เชื้อเพลิง ชีวภาพรุ่นแรก[ 5 ]การเบี่ยงเบนชีวมวลอาหารที่กินได้ไปใช้ในการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพอาจส่งผลให้เกิดการแข่งขันกับการใช้อาหารและที่ดินสำหรับพืชอาหารได้ในทางทฤษฎี
เอทานอลชีวภาพรุ่นแรกผลิตโดยการหมักน้ำตาลจากพืชให้เป็นเอทานอลโดยใช้กระบวนการที่คล้ายคลึงกับที่ใช้ใน การผลิต เบียร์และไวน์ (ดูการหมักเอทานอล ) กระบวนการนี้ต้องใช้พืชอาหารและพืชอาหารสัตว์ เช่นอ้อย ข้าวโพดข้าวสาลีและหัวบีทข้อกังวลคือ หากนำพืชอาหารเหล่านี้มาใช้ในการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพ ราคาอาหารอาจสูงขึ้นและอาจเกิดภาวะขาดแคลนในบางประเทศ นอกจากนี้ ข้าวโพด ข้าวสาลี และหัวบีท ยังต้องการปัจจัยการผลิตทางการเกษตรสูงในรูปของปุ๋ยซึ่งจำกัด การลด ก๊าซเรือนกระจกที่สามารถทำได้ไบโอดีเซลที่ผลิตโดยกระบวนการทรานส์เอสเตอริฟิเคชันจากน้ำมันเรพซีดน้ำมันปาล์มหรือน้ำมันพืชอื่นๆ ก็ถือเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพรุ่นแรกเช่นกัน
เป้าหมายของกระบวนการเชื้อเพลิงชีวภาพรุ่นที่สองคือการขยายปริมาณเชื้อเพลิงชีวภาพที่สามารถผลิตได้อย่างยั่งยืนโดยใช้ชีวมวลที่ประกอบด้วย ส่วนที่ ไม่ใช่อาหาร ที่เหลือ จากพืชผลปัจจุบัน เช่นลำต้นใบและเปลือกที่เหลืออยู่หลังจากเก็บเกี่ยวพืชผลแล้ว รวมถึงพืชผลอื่นๆ ที่ไม่ได้ใช้เพื่อวัตถุประสงค์ด้านอาหาร ( พืชที่ไม่ใช่อาหาร ) เช่นหญ้าสวิตช์กราสหญ้า จาโทรฟา ข้าวโพดทั้งต้นมิสแคนทัสและธัญพืชที่มีเมล็ดน้อย และของเสียจากอุตสาหกรรม เช่นเศษไม้เปลือกและกากจากการคั้นผลไม้ เป็นต้น[ 6 ]อย่างไรก็ตาม การผลิตอาจเป็นอุปสรรคเนื่องจากมองว่าไม่คุ้มค่า และเทคโนโลยีสมัยใหม่ก็ไม่เพียงพอสำหรับการสร้างอย่างต่อเนื่อง[ 7 ]
ปัญหาที่กระบวนการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพรุ่นที่สองกำลังแก้ไขอยู่คือ การสกัดวัตถุดิบที่มีประโยชน์จากชีวมวลที่เป็นไม้หรือเส้นใย ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยผนังเซลล์พืช ใน พืชมีท่อลำเลียงทั้งหมดน้ำตาลที่มีประโยชน์ในผนังเซลล์จะถูกยึดไว้ภายในคาร์โบไฮเดรตเชิงซ้อน ( พอลิเมอร์ของโมเลกุลน้ำตาล) เฮมิเซลลูโลสและเซลลูโลส แต่ถูกกีดขวางไม่ให้เข้าถึงได้โดยตรงโดย ลิกนิ น ซึ่งเป็นพอลิเมอร์ฟีนอล เอทานอลจากลิ กโนเซลลูโลสผลิตโดยการสกัดโมเลกุลน้ำตาลจากคาร์โบไฮเดรตโดยใช้เอนไซม์ความร้อนจากไอน้ำ หรือการเตรียมการล่วงหน้าอื่นๆ จากนั้นน้ำตาลเหล่านี้สามารถนำไปหมักเพื่อผลิตเอทานอลในลักษณะเดียวกับ การผลิต ไบโอเอทานอล รุ่นแรก ผลพลอยได้จากกระบวนการนี้คือลิกนิน ลิกนินสามารถนำไปเผาเป็น เชื้อเพลิง ที่เป็นกลางทางคาร์บอนเพื่อผลิตความร้อนและพลังงานสำหรับโรงงานแปรรูป และอาจรวมถึงบ้านเรือนและธุรกิจโดยรอบด้วย กระบวนการเทอร์โมเคมี (การทำให้เป็นของเหลว) ในตัวกลางไฮโดรเทอร์มอลสามารถผลิตผลิตภัณฑ์น้ำมันเหลวจากวัตถุดิบหลากหลายชนิด[ 8 ]ซึ่งมีศักยภาพในการทดแทนหรือเสริมเชื้อเพลิง อย่างไรก็ตาม ผลิตภัณฑ์เหลวเหล่านี้ยังไม่ตรงตามมาตรฐานดีเซลหรือไบโอดีเซล การยกระดับผลิตภัณฑ์การทำให้เป็นของเหลวผ่านกระบวนการทางกายภาพหรือทางเคมีหนึ่งหรือหลายกระบวนการอาจช่วยปรับปรุงคุณสมบัติเพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิงได้[ 9 ]
เทคโนโลยีรุ่นที่สอง
หัวข้อย่อยต่อไปนี้จะอธิบายเส้นทางหลักของระบบขนส่งมวลชนรุ่นที่สองที่กำลังอยู่ระหว่างการพัฒนา
เส้นทางเทอร์โมเคมี
วัสดุที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบหลักสามารถถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงได้ทั้งในกรณีที่ไม่มีออกซิเจน (การไพโรไลซิส) หรือมีออกซิเจน อากาศ และ/หรือไอน้ำ (การทำให้เป็นแก๊ส)
กระบวนการเทอร์โมเคมีเหล่านี้ทำให้เกิดส่วนผสมของก๊าซต่างๆ ได้แก่ ไฮโดรเจน คาร์บอนมอนอกไซด์ คาร์บอนไดออกไซด์ มีเทน และไฮโดรคาร์บอนอื่นๆ รวมถึงน้ำ การไพโรไลซิสยังทำให้เกิดถ่านแข็งอีกด้วย ก๊าซนี้สามารถนำไปหมักหรือสังเคราะห์ทางเคมีเป็นเชื้อเพลิงได้หลากหลายชนิด เช่น เอทานอล ดีเซลสังเคราะห์ น้ำมันเบนซินสังเคราะห์ หรือเชื้อเพลิงเครื่องบิน[ 10 ]
นอกจากนี้ยังมีกระบวนการที่อุณหภูมิต่ำกว่าในช่วง 150–374 องศาเซลเซียส ซึ่งผลิตน้ำตาลโดยการย่อยสลายชีวมวลในน้ำโดยมีหรือไม่มีสารเติมแต่ง
การทำให้เป็นแก๊ส
เทคโนโลยีการทำให้เป็นแก๊สเป็นที่ยอมรับกันดีสำหรับวัตถุดิบแบบดั้งเดิม เช่น ถ่านหินและน้ำมันดิบ เทคโนโลยีการทำให้เป็นแก๊สรุ่นที่สอง ได้แก่ การทำให้เป็นแก๊สของเศษเหลือจากป่าและการเกษตร เศษไม้ พืชพลังงาน และน้ำเสียจาก โรงงานอุตสาหกรรม [ 11 ] โดยปกติแล้วผลผลิตที่ได้จะเป็นก๊าซสังเคราะห์ เพื่อ นำไปสังเคราะห์เพิ่มเติม เช่นผลิตภัณฑ์ฟิชเชอร์-โทรปช์ ซึ่งรวมถึงเชื้อเพลิงดีเซล ไบโอเมทาน อล ไบ โอดีเอ็มอี ( ไดเมทิลอีเทอร์ ) น้ำมันเบนซินผ่านการแปลงไดเมทิลอีเทอร์ด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา หรือไบโอมีเทน ( ก๊าซธรรมชาติสังเคราะห์ ) [ 12 ]ก๊าซสังเคราะห์ยังสามารถใช้ในการผลิตความร้อนและการผลิตพลังงานกลและไฟฟ้าผ่านมอเตอร์แก๊สหรือกังหันแก๊สได้ อีกด้วย
การไพโรไลซิส
การไพโรไลซิสเป็นเทคนิคที่ได้รับการยอมรับอย่างดีสำหรับการย่อยสลายสารอินทรีย์ที่อุณหภูมิสูงโดยปราศจากออกซิเจนในการใช้งานเชื้อเพลิงชีวภาพรุ่นที่สอง เศษเหลือจากป่าไม้และการเกษตร เศษไม้ และพืชพลังงานสามารถนำมาใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิต เช่นน้ำมันชีวภาพสำหรับใช้เป็นเชื้อเพลิง น้ำมันชีวภาพโดยทั่วไปต้องผ่านกระบวนการเพิ่มเติมอย่างมากเพื่อให้เหมาะสมที่จะใช้เป็นวัตถุดิบในโรงกลั่นเพื่อทดแทนน้ำมันดิบ
การเผาไหม้แบบไม่สมบูรณ์
การเผาไหม้แบบไม่สมบูรณ์ (Torrefaction) เป็นรูปแบบหนึ่งของการเผาไหม้แบบไร้ออกซิเจน (pyrolysis) ที่อุณหภูมิโดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 200–320 องศาเซลเซียส วัตถุดิบและผลผลิตจะเหมือนกับการเผาไหม้แบบไร้ออกซิเจนทั่วไป
การทำให้เป็นของเหลวด้วยความร้อนสูง
การทำให้เป็นของเหลวด้วยความร้อนสูง (Hydrothermal liquefaction) เป็นกระบวนการที่คล้ายกับการไพโรไลซิส ซึ่งสามารถแปรรูปวัสดุเปียกได้ โดยทั่วไปกระบวนการนี้จะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิปานกลางถึง 400 องศาเซลเซียส และความดันสูงกว่าความดันบรรยากาศ ความสามารถในการแปรรูปวัสดุได้หลากหลายชนิดทำให้การทำให้เป็นของเหลวด้วยความร้อนสูงเป็นกระบวนการที่เหมาะสมสำหรับการผลิตเชื้อเพลิงและวัตถุดิบสำหรับการผลิตสารเคมี
เส้นทางชีวเคมี
กระบวนการทางเคมีและชีวภาพที่ใช้ในปัจจุบันในแอปพลิเคชันอื่นๆ กำลังถูกนำมาปรับใช้สำหรับเชื้อเพลิงชีวภาพรุ่นที่สอง โดยทั่วไปแล้วกระบวนการทางชีวเคมีจะใช้การเตรียมการล่วงหน้าเพื่อเร่งกระบวนการไฮโดรไลซิส ซึ่งจะแยกสารลิกนิน เฮมิเซลลูโลส และเซลลูโลสออก เมื่อส่วนประกอบเหล่านี้ถูกแยกออกแล้ว เศษส่วนของเซลลูโลสสามารถนำไปหมักเป็นแอลกอฮอล์ได้[ 10 ]
วัตถุดิบตั้งต้น ได้แก่ พืชพลังงาน เศษเหลือทางการเกษตรและป่าไม้ อุตสาหกรรมอาหารและขยะชีวภาพจากเทศบาล และชีวมวลอื่นๆ ที่มีน้ำตาลผลิตภัณฑ์ ได้แก่แอลกอฮอล์ (เช่นเอทานอลและบิวทานอล ) และไฮโดรคาร์บอน อื่นๆ สำหรับใช้ในการขนส่ง
ประเภทของเชื้อเพลิงชีวภาพ
เชื้อเพลิงชีวภาพรุ่นที่สองต่อไปนี้อยู่ระหว่างการพัฒนา แม้ว่าเชื้อเพลิงชีวภาพส่วนใหญ่หรือทั้งหมดเหล่านี้จะสังเคราะห์ขึ้นจากผลิตภัณฑ์ขั้นกลาง เช่น ก๊าซสังเคราะห์ โดยใช้วิธีการที่เหมือนกันในกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับวัตถุดิบแบบดั้งเดิม เชื้อเพลิงชีวภาพรุ่นแรก และเชื้อเพลิงชีวภาพรุ่นที่สอง คุณลักษณะที่แตกต่างกันคือเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับการผลิตผลิตภัณฑ์ขั้นกลาง มากกว่าผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายที่นำไปใช้ประโยชน์
กระบวนการผลิตเชื้อเพลิงเหลวจากก๊าซ (โดยปกติคือก๊าซสังเคราะห์) เรียกว่า กระบวนการ เปลี่ยนก๊าซเป็นของเหลว (GtL) [ 13 ]เมื่อชีวมวลเป็นแหล่งที่มาของการผลิตก๊าซ กระบวนการนี้จะถูกเรียกว่ากระบวนการเปลี่ยนชีวมวลเป็นของเหลว (BTL) ด้วยเช่นกัน
จากก๊าซสังเคราะห์โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา
- ไบโอเมทานอลสามารถใช้ในมอเตอร์เมทานอลหรือผสมกับน้ำมันเบนซินได้ถึง 10–20% โดยไม่ต้องเปลี่ยนแปลงโครงสร้างพื้นฐานใดๆ[ 14 ]
- ไบโอดีเอ็มอี (BioDME)สามารถผลิตได้จากไบโอเมทานอลโดยใช้กระบวนการกำจัดน้ำด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา หรือสามารถผลิตได้โดยตรงจากก๊าซสังเคราะห์โดยใช้กระบวนการสังเคราะห์ดีเอ็มอีโดยตรง ดีเอ็มอีสามารถนำไปใช้ในเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบอัดอากาศได้
- น้ำมันเบนซินที่ได้จากชีวภาพสามารถผลิตได้จาก DME ผ่านปฏิกิริยาการควบแน่น แบบเร่งปฏิกิริยาที่ความดันสูง น้ำมันเบนซินที่ได้จากชีวภาพนั้นไม่สามารถแยกแยะทางเคมีได้จากน้ำมันเบนซินที่ได้จากปิโตรเลียม ดังนั้นจึงสามารถผสมลงในน้ำมันเบนซินทั่วไปได้[ 15 ]
- ไบโอไฮโดรเจนสามารถนำไปใช้ในเซลล์เชื้อเพลิงเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าได้
- แอลกอฮอล์ผสม (เช่น ส่วนผสมของเอทานอลโพรพานอลและบิวทานอล เป็นส่วนใหญ่ โดยมีเพนทานอลเฮกซานอลเฮปทานอลและ ออก ทานอลอยู่ บ้าง ) แอลกอฮอล์ผสมผลิตจากซินแก๊สโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาหลายประเภท บางชนิดใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่คล้ายกับที่ใช้สำหรับเมทานอล[ 16 ]ตัวเร่งปฏิกิริยาโมลิบเดนัมซัลไฟด์ถูกค้นพบที่ Dow Chemical [ 17 ]และได้รับความสนใจอย่างมาก[ 18 ] การเติมโคบอลต์ซัลไฟด์ลงในสูตรตัวเร่งปฏิกิริยาแสดงให้เห็นว่าช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ[ 17 ] ตัวเร่งปฏิกิริยาโมลิบเดนัมซัลไฟด์ได้รับการศึกษามาเป็นอย่างดี[ 19 ]แต่ยังไม่พบการใช้งานอย่างแพร่หลาย ตัวเร่งปฏิกิริยาเหล่านี้เป็นจุดสนใจของโครงการชีวมวลของกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ ในแพลตฟอร์มเทอร์โมเคมี[ 20 ] นอกจากนี้ยังพบว่าตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะมีค่าสามารถผลิตแอลกอฮอล์ผสมได้[ 21 ] การวิจัยและพัฒนาส่วนใหญ่ในพื้นที่นี้มุ่งเน้นไปที่การผลิตเอทานอลเป็นหลัก อย่างไรก็ตาม เชื้อเพลิงบางชนิดวางจำหน่ายในรูปแบบแอลกอฮอล์ผสม (ดูEcalene [ 22 ]และ E4 Envirolene) [ 23 ] แอลกอฮอล์ผสมนั้นดีกว่าเมทานอลหรือเอทานอลบริสุทธิ์ตรงที่แอลกอฮอล์ที่มีโมเลกุลใหญ่กว่าจะมีพลังงานสูงกว่า นอกจากนี้ เมื่อผสมกันแล้ว แอลกอฮอล์ที่มีโมเลกุลใหญ่กว่าจะช่วยเพิ่มความเข้ากันได้ของน้ำมันเบนซินและเอทานอล ซึ่งจะช่วยเพิ่มความทนทานต่อน้ำและลดการปล่อยมลพิษจากการระเหย ยิ่งไปกว่านั้น แอลกอฮอล์ที่มีโมเลกุลใหญ่กว่ายังมีค่าความร้อนของการระเหยต่ำกว่าเอทานอล ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการสตาร์ทเครื่องยนต์ในสภาพอากาศเย็น (สำหรับวิธีการอื่นในการผลิตแอลกอฮอล์ผสมจากชีวมวล โปรดดูการเปลี่ยนชีวมวลเป็นเชื้อเพลิงแอลกอฮอล์ผสม )
- ไบโอมีเทน (หรือไบโอ-SNG ) ผ่านปฏิกิริยาซาบาเทียร์
จากก๊าซสังเคราะห์โดยใช้กระบวนการฟิชเชอร์-โทรปช์
กระบวนการ ฟิชเชอร์-โทรปช์ (FT)เป็นกระบวนการเปลี่ยนก๊าซเป็นของเหลว (GtL) [ 13 ]เมื่อชีวมวลเป็นแหล่งผลิตก๊าซ กระบวนการนี้จะถูกเรียกว่าการเปลี่ยนชีวมวลเป็นของเหลว (BTL) ด้วยเช่นกัน[ 24 ] [ 25 ] ข้อเสียของกระบวนการนี้คือการลงทุนด้านพลังงานสูงสำหรับการสังเคราะห์ FT และด้วยเหตุนี้ กระบวนการนี้จึงยังไม่คุ้มค่าทางเศรษฐกิจ
- ดีเซล FT สามารถผสมกับดีเซลฟอสซิลได้ในทุกเปอร์เซ็นต์โดยไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนแปลงโครงสร้างพื้นฐาน และยังสามารถผลิตน้ำมันก๊าด สังเคราะห์ได้อีกด้วย [ 6 ]
ไบโอคะตาลิซิส
- ไบโอไฮโดรเจนอาจเกิดขึ้นได้จากสิ่งมีชีวิตบางชนิดที่ผลิตไฮโดรเจนโดยตรงภายใต้เงื่อนไขบางประการ ไบโอไฮโดรเจนสามารถนำไปใช้ในเซลล์เชื้อเพลิงเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าได้
- บิวทานอลและไอโซบิวทานอลผ่านวิถีรีคอมบิแนนท์ที่แสดงออกในโฮสต์เช่นE. coliและยีสต์อาจเป็นผลิตภัณฑ์ที่สำคัญของการหมักโดยใช้กลูโคสเป็น แหล่ง คาร์บอนและพลังงาน[ 26 ]
- DMF (2,5-ไดเมทิลฟิวแรน) ความก้าวหน้าล่าสุดในการผลิต DMF จากฟรุกโตสและกลูโคสโดยใช้กระบวนการเปลี่ยนชีวมวลเป็นของเหลวแบบเร่งปฏิกิริยา ทำให้ DMF มีความน่าสนใจมากขึ้น
กระบวนการอื่นๆ
- ดีเซล HTU (Hydro Thermal Upgrading) ผลิตจากชีวมวลเปียก สามารถผสมกับดีเซลฟอสซิลได้ในสัดส่วนใดก็ได้โดยไม่ต้องใช้โครงสร้างพื้นฐาน[ 27 ]
- ดีเซลจากไม้เชื้อเพลิงชีวภาพชนิดใหม่นี้ได้รับการพัฒนาโดยมหาวิทยาลัยจอร์เจียจากเศษไม้โดยจะสกัดน้ำมันออกมาแล้วเติมลงในเครื่องยนต์ดีเซลที่ไม่ได้รับการดัดแปลง อาจใช้พืชใหม่หรือปลูกพืชทดแทนพืชเดิม ส่วนถ่านที่เป็นผลพลอยได้จะถูกนำกลับไปใช้เป็นปุ๋ยในดิน ตามที่ผู้อำนวยการทอม อดัมส์กล่าวไว้ว่า เนื่องจากคาร์บอนถูกนำกลับไปใช้ในดิน เชื้อเพลิงชีวภาพนี้จึงสามารถเป็นคาร์บอนติดลบได้ไม่ใช่แค่เป็นกลางทางคาร์บอนเท่านั้น คาร์บอนติดลบหมายถึงการลดคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศ ซึ่งเป็นการย้อนกลับปรากฏการณ์เรือนกระจก ไม่ใช่แค่ลดลงเท่านั้น[ 28 ]
วัตถุดิบรุ่นที่สอง
เพื่อให้มีคุณสมบัติเป็นวัตถุดิบรุ่นที่สอง แหล่งที่มานั้นต้องไม่เหมาะสมสำหรับการบริโภคของมนุษย์ วัตถุดิบเชื้อเพลิงชีวภาพรุ่นที่สอง ได้แก่ พืชพลังงานที่ปลูกเพื่อการบริโภคโดยเฉพาะ น้ำมันที่ปลูกเพื่อการบริโภค ขยะทางการเกษตรและเทศบาล น้ำมันเสีย และสาหร่าย[ 29 ]อย่างไรก็ตาม พืชตระกูลธัญพืชและพืชน้ำตาลก็ถูกนำมาใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับเทคโนโลยีการแปรรูปรุ่นที่สองเช่นกัน การใช้ที่ดิน อุตสาหกรรมชีวมวลที่มีอยู่ และเทคโนโลยีการแปลงที่เกี่ยวข้องจะต้องได้รับการพิจารณาเมื่อประเมินความเหมาะสมของการพัฒนาชีวมวลเป็นวัตถุดิบสำหรับพลังงาน[ 30 ]
พืชพลังงาน
พืชประกอบด้วยลิกนินเฮมิเซลลูโลสและเซลลูโลสเทคโนโลยีรุ่นที่สองใช้ส่วนประกอบเหล่านี้หนึ่ง สอง หรือทั้งหมด พืชพลังงานลิกโนเซลลูโลสทั่วไป ได้แก่ฟางข้าวสาลีArundo donax Miscanthus spp . ต้นป็อปลาร์ ที่ตัดแต่งกิ่งแบบหมุนเวียนระยะสั้น และต้นวิลโลว์อย่างไรก็ตาม แต่ละชนิดให้โอกาสที่แตกต่างกัน และไม่มีพืชชนิดใดที่ถือว่า 'ดีที่สุด' หรือ 'แย่ที่สุด' [ 31 ]
เมื่อเลือกพืชพลังงานที่จะปลูก สิ่งสำคัญคือต้องพิจารณาผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมโดยรวม ตัวอย่างเช่น หญ้าเชื้อเพลิงชีวภาพบางชนิดเป็นพืชรุกรานในอเมริกาเหนือ ดังนั้นจึงต้องหลีกเลี่ยง[ 32 ]ควรเลือกพืชพื้นเมืองหรือพืชที่ไม่รุกรานที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากพืชพื้นเมืองมักให้บริการระบบนิเวศได้มากกว่า[ 33 ]การพิจารณาเพิ่มเติมควรรวมถึงการวิเคราะห์วงจรชีวิตเพื่อเปรียบเทียบปริมาณคาร์บอนฟุตพริ้นท์ทั้งหมดของพืชหลายชนิด การวิเคราะห์วงจรชีวิตยังสามารถรวมถึงผลกระทบต่อดินและน้ำในพื้นที่โดยรอบได้อีกด้วย[ 34 ]
ขยะมูลฝอยเทศบาล
ขยะมูลฝอยในเขตเทศบาลประกอบด้วยวัสดุหลากหลายประเภทมาก และปริมาณขยะทั้งหมดก็เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ในสหราชอาณาจักร โครงการรีไซเคิลช่วยลดสัดส่วนของขยะที่ส่งตรงไปกำจัด และระดับการรีไซเคิลก็เพิ่มขึ้นทุกปี อย่างไรก็ตาม ยังมีโอกาสสำคัญในการเปลี่ยนขยะเหล่านี้ให้เป็นเชื้อเพลิงผ่านกระบวนการแก๊สซิฟิเคชันหรือไพโรไลซิส[ 35 ]
ขยะอาหารจากครัวเรือนและเชิงพาณิชย์สามารถนำไปแปรรูปเป็นไบโอเอทานอล[ 36 ] [ 37 ]และไบโอมีเทน[ 38 ]จากนั้นไบโอเอทานอลสามารถนำไปใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับยาน พาหนะ [ 39 ]ในขณะที่ไบโอมีเทนสามารถใช้แทนก๊าซธรรมชาติซึ่งเป็นเชื้อเพลิงฟอสซิลได้[ 40 ]
ขยะสีเขียว
ของเสียสีเขียว เช่น เศษเหลือจากป่าหรือของเสีย จาก สวนหรือสวนสาธารณะ[ 41 ]อาจใช้ในการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพผ่านเส้นทางต่างๆ ตัวอย่างเช่นก๊าซชีวภาพที่ได้จากของเสียสีเขียวที่ย่อยสลายได้ ทางชีวภาพ และ การ ทำให้เป็นก๊าซหรือ ไฮโดร ไลซิสเป็น ซิน แก๊สเพื่อนำไปแปรรูปเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพ ต่อไป ผ่านกระบวนการเร่งปฏิกิริยา
เหล้าดำ
ของเหลวสีดำ ซึ่งเป็นของเหลวที่เหลือจากการปรุงอาหารในกระบวนการคราฟต์ ที่มี ลิกนินและเฮมิเซลลูโลสเข้มข้นอาจถูกทำให้เป็นแก๊ส ด้วย ประสิทธิภาพการแปลงที่สูงมากและมีศักยภาพในการลดก๊าซเรือนกระจก[ 42 ]เพื่อผลิตซินแก๊ส สำหรับ การสังเคราะห์เพิ่มเติมเช่นไบโอเมทานอลหรือไบโอดีเอ็มอี
ผลผลิตของน้ำมันทัลล์ดิบจากกระบวนการอยู่ในช่วง 30 – 50 กก. / ตันเยื่อกระดาษ[ 43 ]
การปล่อยก๊าซเรือนกระจก
เชื้อเพลิงชีวภาพจากลิกโนเซลลูโลสช่วยลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกได้ 60–90% เมื่อเทียบกับปิโตรเลียมฟอสซิล (Börjesson.P. et al. 2013. Dagens och framtidens hållbara biodrivmedel) ซึ่งเทียบเท่ากับเชื้อเพลิงชีวภาพรุ่นแรกที่ดีที่สุดในปัจจุบัน ซึ่งโดยทั่วไปมีค่าที่ดีที่สุดอยู่ที่ 60–80% ในปี 2010 การประหยัดโดยเฉลี่ยของเชื้อเพลิงชีวภาพที่ใช้ในสหภาพยุโรปอยู่ที่ 60% (Hamelinck.C. et al. 2013 Renewable energy progress and biofuels sustainability, Report for the European Commission) ในปี 2013 เชื้อเพลิงชีวภาพที่ใช้ในสวีเดน 70% ช่วยลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกได้ 66% หรือมากกว่า (Energimyndigheten 2014. Hållbara biodrivmedel och flytande biobränslen 2013)
การพัฒนาเชิงพาณิชย์
โรงงานผลิตเอทานอลจากลิกโนเซลลูโลสที่กำลังดำเนินการอยู่ตั้งอยู่ในแคนาดา ดำเนินการโดยบริษัท Iogen Corporation [ 44 ] โรงงานสาธิตขนาดดังกล่าวผลิตไบโอเอทานอลได้ประมาณ 700,000 ลิตรต่อปี โรงงานเชิงพาณิชย์กำลังอยู่ระหว่างการก่อสร้าง นอกจากนี้ยังมีการเสนอให้สร้างโรงงานผลิตเอทานอลจากลิกโนเซลลูโลสอีกหลายแห่งในอเมริกาเหนือและทั่วโลก
โรงงานผลิตเซลลูโลสพิเศษของสวีเดนDomsjö Fabrikerในเมือง Örnsköldsvikประเทศสวีเดนกำลังพัฒนาโรงกลั่นชีวภาพโดยใช้เทคโนโลยีการผลิตก๊าซจากน้ำดำของ Chemrec [ 45 ]เมื่อเปิดใช้งานในปี 2015 โรงกลั่นชีวภาพนี้จะผลิตไบโอเมทานอลได้ 140,000 ตัน หรือไบโอดีเอ็มอี 100,000 ตัน ต่อปี ซึ่งจะทดแทนการนำเข้าเชื้อเพลิงดีเซลของสวีเดนสำหรับการขนส่งได้ 2% ในเดือนพฤษภาคม 2012 มีการเปิดเผยว่า Domsjö ถอนตัวออกจากโครงการ ทำให้ความพยายามนี้ต้องยุติลง
ในสหราชอาณาจักร บริษัทต่างๆ เช่นIneos Bio และBritish Airwaysกำลังพัฒนาโรงกลั่นเชื้อเพลิงชีวภาพขั้นสูง ซึ่งมีกำหนดสร้างเสร็จภายในปี 2013 และ 2014 ตามลำดับ ภายใต้สภาวะเศรษฐกิจที่เอื้ออำนวยและการสนับสนุนนโยบายที่ดีขึ้น การคาดการณ์ ของ NNFCCชี้ให้เห็นว่าเชื้อเพลิงชีวภาพขั้นสูงสามารถตอบสนองความต้องการเชื้อเพลิงสำหรับการขนส่งของสหราชอาณาจักรได้ถึง 4.3 เปอร์เซ็นต์ภายในปี 2020 และช่วยลดการปล่อย CO2 ได้ 3.2 ล้านตันปีซึ่งเทียบเท่ากับการนำรถยนต์ออกจากท้องถนนเกือบหนึ่งล้านคัน[ 31 ]
เฮลซิงกิ ฟินแลนด์ 1 กุมภาพันธ์ 2555 – UPM จะลงทุนในโรงกลั่นชีวภาพที่ผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพจากน้ำมันดิบทัลออยล์ในเมืองลาปเปนรันตา ประเทศฟินแลนด์ การลงทุนในระดับอุตสาหกรรมนี้ถือเป็นครั้งแรกของโลก โรงกลั่นชีวภาพนี้จะผลิตไบโอดีเซลรุ่นที่สองขั้นสูงสำหรับการขนส่งได้ประมาณ 100,000 ตันต่อปี การก่อสร้างโรงกลั่นชีวภาพจะเริ่มขึ้นในฤดูร้อนปี 2555 ที่โรงงาน Kaukas ของ UPM และจะแล้วเสร็จในปี 2557 การลงทุนทั้งหมดของ UPM จะมีมูลค่าประมาณ 150 ล้านยูโร[ 46 ]
แคลการี อัลเบอร์ตา 30 เมษายน 2555 – บริษัท Iogen Energy Corporation ได้ตกลงแผนใหม่กับเจ้าของร่วมคือ Royal Dutch Shell และ Iogen Corporation เพื่อปรับกลยุทธ์และกิจกรรมใหม่ Shell ยังคงสำรวจเส้นทางต่างๆ เพื่อหาวิธีแก้ปัญหาเชิงพาณิชย์สำหรับการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพขั้นสูงในระดับอุตสาหกรรม แต่บริษัทจะไม่ดำเนินการตามโครงการที่กำลังพัฒนาเพื่อสร้างโรงงานผลิตเอทานอลจากเซลลูโลสขนาดใหญ่ในทางตอนใต้ของแมนิโทบา[ 47 ]
ในอินเดีย บริษัทน้ำมันของอินเดียได้ตกลงที่จะสร้างโรงกลั่นรุ่นที่สองจำนวน 7 แห่งทั่วประเทศ บริษัทที่จะเข้าร่วมในการสร้างโรงงานเชื้อเพลิงชีวภาพรุ่นที่ 2 ได้แก่Indian Oil Corporation (IOCL), HPCL และ BPCL [ 48 ]ในเดือนพฤษภาคม 2018 รัฐบาลอินเดียได้เปิดเผยนโยบายเชื้อเพลิงชีวภาพ โดยจัดสรรเงินจำนวน 5,000 ล้านรูปีอินเดียเพื่อจัดตั้งโรงกลั่นชีวภาพรุ่นที่ 2 บริษัทการตลาดน้ำมันของอินเดียกำลังดำเนินการก่อสร้างโรงกลั่น 12 แห่งด้วยงบประมาณ 10,000 ล้านรูปีอินเดีย[ 49 ]
ดูเพิ่มเติม
ลิงก์ภายนอก
- ศูนย์พืชผลที่ไม่ใช่พืชอาหารแห่งชาติ