カリフォルニア大学リバーサイド校 (UCR) の新しい研究では、 前処理段階で単純な再生可能化学物質を導入することで、最終的に次世代バイオ燃料の生産をコスト効率よくカーボンニュートラルにできることが判明しました。植物から燃料を生産する場合、植物物質を分解する最初のステップが常に最も困難です。
バイオ燃料が石油と競合するには、リグニンをより有効に利用できるようにバイオ精製操作を設計する必要があります。リグニンは植物細胞壁の主要成分の 1 つです。これにより、植物の構造的完全性と微生物の攻撃に対する耐性が向上します。しかし、リグニンのこれらの天然特性により、バイオマスとしても知られる植物物質から抽出して使用することが困難になります。
UC リバーサイド研究准教授 Charles Cai は、Co-solvent Enhanced Lignocellulosic Fractionation の略である CELF を発明しました。これは革新的なバイオマス前処理技術であり、リグニン結合を溶解し、バイオ燃料生産プロセスで処理できるようにします。
「CELF は、バイオマスの前処理中に水と希酸を補充するためにテトラヒドロフランまたは THF を使用します。全体的な効率が向上し、リグニン抽出能力が追加されます」と Cai 氏は言いました。 「そして何よりも、THFはバイオマス糖から作ることができます。」
THF分子、テトラヒドロフラン
エネルギーと環境科学の重要な論文では、CELF を使用するバイオリファイナリーが石油燃料や以前のバイオ燃料生産方法に比べて経済的および環境的利点をどの程度もたらすかについて詳しく説明しています。
この論文は、米国エネルギー省科学局からの資金提供を受けて、オークリッジ国立研究所が運営するバイオエネルギーイノベーションセンターであるUCRの蔡氏の研究チームと国立再生可能エネルギー研究所の共同研究によるものである。この研究では、研究者らは 2 つの主な変数、つまりどの種類のバイオマスが最も理想的であるか、そして抽出後のリグニンをどうするかについて検討しています。
第一世代のバイオ燃料事業では、トウモロコシ、大豆、サトウキビなどの食用作物を原料または原料として使用します。これらの原料は土地と水を食糧生産から転用するため、バイオ燃料としての使用は理想的ではありません。
第 2 世代の操業では、非食用植物バイオマスを原料として使用します。バイオマス原料の例としては、製粉作業から出る木材残渣、サトウキビのバガスやトウモロコシの切り株などが挙げられ、これらはすべて林業や農業活動で得られる豊富で低コストの副産物です。
エネルギー省によると、米国だけでも年間最大 10 億トンのバイオマスがバイオ燃料やバイオ製品の生産に利用可能となり、石油消費量の 30% を代替し、全米で新たな雇用を創出することができます。
CELF バイオリファイナリーは、以前の第 2 世代の方法よりも植物をより完全に利用できるため、研究者らは、より大きな経済的および環境的利益を得るには、炭素の密度が低いトウモロコシの切り株よりも、広葉樹ポプラなどのより重くて密度の高い原料の方が好ましいことを発見しました。
研究者らは、CELFバイオリファイナリーでポプラを使用し、ガソリン換算1ガロン当たり3.15ドルの損益分岐点価格で持続可能な航空燃料を生産できることを実証した。現在、米国におけるジェット燃料の 1 ガロンの平均コストは 5.96 ドルです。これにより、バイオ燃料は現在の航空燃料よりもさらに安くなるでしょう。
米国政府は、国内のバイオ燃料生産を支援することを目的とした補助金である再生可能 ID クレジットの形でバイオ燃料生産のためのクレジットを発行しています。第 2 世代バイオ燃料に対して発行されるこれらのクレジットのレベル (D3 レベル) は、通常、1 ガロンあたり 1 ドル以上で取引されます。このクレジットあたりの価格では、この取引では 20% 以上の収益率が期待できることが論文で示されています。
「ポプラのようなより炭素が豊富な原料にもう少しお金をかけても、トウモロコシの切り株のような安価な原料よりも経済的利益が得られます。そこからより多くの燃料と化学物質を取り出すことができるからです」と蔡氏は述べた。
この論文はまた、リグニンの使用が二酸化炭素排出量を可能な限り低く保ちながら、バイオリファイナリーの全体的な経済性にどのようにプラスに貢献できるかについても説明しています。バイオマスを水と酸で調理する古いバイオリファイナリー モデルでは、リグニンはその発熱量を超えてほとんど使用できません。
「古いモデルは、バイオリファイナリーの熱と電力を補うためにリグニンを燃やすことを選択しました。なぜなら、それらはバイオマス糖しか利用できなかったためです。これは高価な提案であり、多くの価値をテーブルから外しました」とカイ氏は述べた。
CELF バイオリファイナリー モデルは、リグニンの有効利用に加えて、再生可能な化学物質の生産も提案しています。これらの化学物質は、バイオプラスチックの構成要素や、食品や飲料の香料化合物として使用できる可能性があります。これらの化学物質は、CO2 の形で大気中に放出されない植物バイオマスに存在する炭素の一部を吸収します。
「THFを添加すると、前処理のエネルギーコストが削減され、リグニンが分離されるので、リグニンを燃やす必要がなくなります。さらに、地球温暖化係数をほぼゼロにするのに役立つ再生可能な化学物質を生産することもできます」とカイ氏は述べた。 「これにより、第 2 世代から第 2 世代バイオ燃料への転換が図られると思います。」
チームの最近の成功のおかげで、エネルギー省バイオエネルギー技術局は、UCR に小規模 CELF パイロットプラントを建設するための 200 万ドルの助成金を研究者に授与しました。化石燃料エネルギーの利用は地球温暖化の一因となり、地球に悪影響を与えるため、蔡氏はパイロットプラントのデモンストレーションがこの技術への大規模投資につながることを期待している。
「私がこの仕事を始めたのは10年以上前で、影響を与えたかったからです。私は化石燃料に代わる実行可能な代替手段を見つけたかったのですが、同僚と私はそれに成功しました」とカイ氏は語った。 「CELF を使用することで、バイオマスとリグニンから費用対効果の高い燃料を作成することが可能であり、大気中への炭素排出への寄与を減らすことができることを実証しました。」
したがって、バイオ燃料には新たな生産と経済の展望が開かれ、何よりもバイオ燃料は最終的に経済的に許容できるものとなり、もはや一般の人々にサービスを提供する可能性に対する一種の脅威ではなくなりました。
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「技術革新によりバイオ燃料のコストがついに競争力を増した」という記事は、 「経済シナリオ」から来ています。
これは、Mon, 04 Mar 2024 06:15:48 +0000 の https://scenarieconomici.it/una-innovazione-rende-il-costo-dei-biocarburanti-finalmente-competitivo/ で Scenari Economici に公開された記事の自動翻訳です。