Biocarburanti contro combustibili sintetici: i cinque punti che favoriscono la biomassa di scarto in combustibili

Recentemente un ricercatore post-dottorato presso l’Università di Ghent in Belgio mi ha espresso dubbi sulla mia posizione sui biocarburanti rispetto ai carburanti sintetici. Erano scettici riguardo ai biocarburanti e consideravano i combustibili sintetici una strada più promettente.

Ecco una breve parafrasi dei loro punti di riflessione:

I biocarburanti devono affrontare diverse sfide che aumentano lo scetticismo sulla loro fattibilità come fonte di energia sostenibile. Una delle preoccupazioni principali è l’inefficienza intrinseca della fotosintesi, che opera con un’efficienza pari solo all’1%. Questa limitazione è ulteriormente aggravata dalla natura stagionale della crescita delle piante, il che significa che la biomassa non è disponibile tutto l’anno in molte regioni. Inoltre, i processi di raccolta e trasporto della biomassa vegetale richiedono molta manodopera, il che si aggiunge all’inefficienza complessiva. L’utilizzo dei rifiuti alimentari come materia prima alternativa presenta una serie di sfide, tra cui la bassa densità energetica, l’elevato contenuto di acqua e gli ostacoli logistici legati alla raccolta e allo stoccaggio di una risorsa così deperibile.

I combustibili sintetici, comunemente indicati come synfuel, offrono numerosi vantaggi che li posizionano come un’alternativa promettente ai combustibili tradizionali. Un vantaggio significativo è la loro capacità di ottenere anidride carbonica (CO2) da grandi fonti puntuali, come inceneritori di rifiuti, impianti di produzione di biogas e impianti chimici. A ciò si aggiunge la maturità della tecnologia disponibile per la cattura della CO2 in questi siti. Inoltre, la possibilità di gassificare i rifiuti in gas di sintesi fornisce una strada per classificare il combustibile sintetico risultante come biocarburante se derivato da rifiuti organici. Sono disponibili processi consolidati, come Water-Gas Shift (WGS) e Fischer-Tropsch, per convertire in modo efficiente CO2 e idrogeno (H2) in combustibili liquidi. Tuttavia, la sfida rimane quella di procurarsi idrogeno a prezzi accessibili, sebbene il biogas rappresenti una fonte potenziale, anche se su scala significativa.

La mia posizione sui biocarburanti si basa su alcuni punti e, pur essendo d’accordo con i punti sollevati dal post-doc, rimango dell’opinione che i biocarburanti domineranno. Perché?

Primo, i volumi richiesti sono molto inferiori ai volumi richiesti per gli attuali combustibili fossili. L’elettrificazione di tutti i trasporti terrestri e di gran parte del trasporto aereo e marittimo, la generazione rinnovabile di elettricità, le pompe di calore per il calore commerciale, residenziale e industriale e altre elettrificazioni del calore industriale superiore a 200° Celsius significano che il tonnellaggio totale di combustibili liquidi necessari sarà una piccola frazione di oggi.

Potrei sbagliarmi riguardo al grado di spostamento del carburante liquido? Non in un mondo in cui risolviamo il cambiamento climatico, il prezzo del carbonio e le basi dell’economia continuano ad applicarsi, almeno non in misura materiale. Potrei sbagliarmi sulla velocità di trasformazione e sulla lunga coda dei combustibili liquidi che è molto lunga e grassa? Assolutamente. I miei scenari del 2100 sono proprio questo, scenari. Come dico a tutti, penso che siano semplicemente meno sbagliati della maggior parte di quelli che recensisco.

Tale elettrificazione sarà guidata in gran parte dal costo più elevato di eventuali carburanti sostitutivi, siano essi biocarburanti o sintetici. A mio avviso, i carburanti sintetici saranno ancora più costosi dei biocarburanti e quindi non saranno competitivi.

L’idrogeno a basso costo è un problema, e quel problema non scomparirà. Ho fatto i conti troppe volte per troppe applicazioni, tra cui combustibili sintetici, idrogeno liquido per la navigazione marittima, esportazione africana in Europa e idrogeno offshore tramite parchi eolici, tra molti altri, per pensare che l’idrogeno a basse emissioni di carbonio sarà poco costoso .

Potrei sbagliarmi sui costi dell’idrogeno verde? Improbabile. I chiari limiti termodinamici e le preoccupazioni sulla gestione in ogni fase del percorso, insieme agli ovvi compromessi tra capex e opex, significano che è improbabile.

Potrei sbagliarmi riguardo ad altre fonti di idrogeno a basso costo e a basso contenuto di carbonio, ad esempio quelle geologiche? Sicuro. Proprio ieri mi sono imbattuto in un altro percorso tecnologico di estrazione sotterranea dell’idrogeno, utilizzando l’approccio redox del ferro nelle aree sotterranee ad alto contenuto ferroso per sfruttare la generazione di idrogeno, invece di costituire un problema con le batterie redox del ferro come quelle di Form Energy. Potrei sbagliarmi riguardo ai volumi di idrogeno presente in natura, alla loro convenienza geografica e all’economicità della sua estrazione, cattura e lavorazione. Potrei sbagliarmi riguardo alla follia di creare intenzionalmente massicci incendi petroliferi sotterranei per catturare l’idrogeno che sgorga mantenendo magicamente contenuta la CO2, il tutto senza assurde conseguenze geologiche.

Penso che sia improbabile, ma non sono nemmeno un geologo o un ingegnere petrolchimico, così come non sono un ingegnere dei processi chimici dei biocarburanti.

Potrei sbagliarmi sulla sconsigliabilità dell’idrogeno blu su qualsiasi scala, sull’improbabilità di una sufficiente cattura e sequestro del carbonio, sui costi di tutto ciò e sui conseguenti costi problematici di tutto l’idrogeno prodotto, inclusa la sua distribuzione? Improbabile, dato che ho esaminato tutte queste cose in modo approfondito più volte.

Un mucchio di improbabili secondo me, ovviamente, vale esattamente questo, secondo me. Molte altre persone stanno lavorando duramente per dimostrare che ho torto senza, ovviamente, sapere che esisto o essere motivate in alcun modo dalla mia opinione. Ricordiamo che, nonostante i miei sforzi per apprendere quanto più possibile e ottenere la massima ampiezza e profondità, le opinioni pubblicate rappresentano il livello più basso nella piramide delle prove. Ho partecipato marginalmente a revisioni sistematiche, il livello più alto, ma non è quello che faccio o pubblico.

Secondo, ci sono molti percorsi per ottenere biocarburanti dalla biomassa di scarto. Non sono impegnato con nessuno di loro e non mi considero un esperto nell’ingegneria chimica per loro.

Sto semplicemente scommettendo sui continui progressi di tutti quei diversi flussi di tecnologie e persone intelligenti. Se si scopre che soluzioni come la soluzione di pirolisi continua di Carbonauten GmbH sono le più sensate, va bene. Se i percorsi cellulosici del gambo di seconda o terza generazione ottengono la vittoria, certo. Se lo sterco del bestiame per il carburante degli aerei è quello che si usa, sono felice.

Potrei sbagliarmi e la molteplicità dei percorsi tecnologici e della biomassa dei rifiuti non costituisce una soluzione? Sicuro. Penso che sia improbabile rispetto alle alternative di cui sopra.

In terzo luogo, l’enorme volume di biomassa di scarto e punti di raccolta in cui è possibile applicare l’automazione è sconcertante rispetto alla necessità di combustibili liquidi. Gambi di scarto al momento del raccolto. Letame di bestiame in allevamenti industriali, stalle da latte e macelli. Sprechi alimentari negli stabilimenti di produzione, nei magazzini di distribuzione e nei negozi di alimentari su larga scala. Scarti di legno nelle segherie. Separazione degli scarti alimentari negli schemi di compostaggio urbano.

Non mi preoccupo affatto dell’efficienza, visto che abbiamo 2,5 miliardi di tonnellate di rifiuti alimentari a livello globale e 1,5 miliardi di tonnellate di sterco di bestiame solo in Europa.

Il quarto, stiamo già producendo biodiesel in quantità sufficienti per tutta la navigazione marittima nelle mie proiezioni. Secondo il riepilogo delle energie rinnovabili dell’IEA del 2023, produciamo circa 100 milioni di tonnellate di biocarburanti all’anno, la maggior parte di essi, circa 70 milioni di tonnellate, è biodiesel, e quei 70 milioni di tonnellate sono, per coincidenza e senza alcuna forzatura, adatti al tonnellaggio richiesto per il trasporto marittimo. spedizione nel 2100 nel mio scenario. Abbastanza vicino.

Rendere il biodiesel più efficiente, meno problematico e addirittura con meno emissioni di carbonio è un processo iterativo, e la fissazione del prezzo del carbonio, come il meccanismo di adeguamento del carbonio alle frontiere dell’UE, l’inclusione del trasporto marittimo e dell’aviazione nel loro sistema di scambio delle emissioni e l’eliminazione di ingenti crediti per quelle modalità di il trasporto farà galleggiare la barca di molte ricerche.

Non siamo altrettanto lontani dal percorso dei carburanti per l’aviazione, ma stiamo già immettendo milioni di tonnellate all’anno di biocherosene SAF nei jet e anche questo sta aumentando rapidamente. La IATA e l’ICAO si stanno finalmente svegliando e l’UE sta togliendo i crediti ETS all’aviazione. Si sta accendendo un fuoco.

Infine, tutto la biomassa di scarto a cui mi appoggio è un grave problema climatico. Al momento, i volumi sono così grandi che il materiale si accumula nei cumuli o viene sepolto nelle discariche. La decomposizione anaerobica avviene per le cose che non sono in superficie e ne deriva il metano.

La valutazione del Global Carbon Project è che si tratta di una fonte di metano più grande dell’intera industria dei combustibili fossili, forse anche con la recente consapevolezza che l’industria dei combustibili fossili ha notevolmente sottovalutato il problema.

Dobbiamo risolvere il problema del biometano di origine antropica. Esistono diversi percorsi per ridurlo al minimo, ma avremo comunque un’enorme quantità di biomassa di scarto che è una bomba al metano, e trasformarla in biocarburanti utilizzando processi che non passano attraverso la creazione di metano ha molto senso. La biomassa di scarto attraverso i processi di creazione di CO2 va bene, restituendo CO2 all’atmosfera, ma il metano è un altro paio di pesci in decomposizione.

Sto minimizzando le sfide per il post-doc e i suoi colleghi? Probabilmente, ma non mi preoccupo se alcuni percorsi e tecnologie non funzionano, perché ce ne sono così tanti.

Potrei sbagliarmi? Ovviamente. Ovviamente scommetto sulla sanità collettiva, sul comportamento razionale dei governi e sul fatto che i finanziamenti finiscano nelle mani giuste invece che nelle mani di persone che lavorano su inutili fronzoli. È una buona scommessa nella mia prospettiva decennio per decennio, ma una scommessa terribile per i prossimi due anni.

Spero che questo contestualizzi sufficientemente il motivo per cui sono meno preoccupato per le sfide evidenziate dal post-doc. E per essere chiari, è molto facile per me sedermi qui con il mio portatile lontano da qualsiasi impianto di lavorazione di biocarburanti o laboratorio di biocarburanti e digitare queste parole. Le sfide sono molto gradite. Come ho notato alcune volte negli ultimi due anni, lavoro su un processo di revisione da parte di esperti post-pubblicazione, preferendo convivere con l’umiliazione occasionale di sbagliarmi completamente e correggerlo piuttosto che con il lentissimo processo accademico o di altro tipo istituzionale. pubblicazione.