La saggezza popolare nella ricerca sui biocarburanti sostiene che l'efficienza del carbonio è il fattore più importante per determinare strategie promettenti per la produzione di biocarburanti. Per i ricercatori, questo significa che più carbonio nel raccolto finisce come carbonio nel carburante, meglio è.

Ma l'efficienza del carbonio potrebbe non essere tutto:la qualità del carburante e il fabbisogno energetico sono anche fattori chiave per la selezione delle strategie per i biocarburanti di prossima generazione, secondo uno studio uscito oggi [sett. 28, 2018] da ricercatori dell'Università del Wisconsin–Madison e del Great Lakes Bioenergy Research Center (GLBRC).

In un nuovo articolo sulla rivista Joule , I ricercatori GLBRC Christos Maravelias e Peyman Fasahati miravano a identificare i driver critici, al di fuori dell'efficienza del carbonio, per valutare nuove strategie sui biocarburanti e ha scoperto che ci sono altri due parametri vitali:l'energia necessaria per produrre i combustibili in una bioraffineria e l'efficienza dei combustibili nel motore di un veicolo.

Per eseguire le loro analisi, Maravelia, Vilas Distinguished Achievement e Paul A. Elfers Professore di ingegneria chimica e biologica; e Fasahati, un ricercatore post-dottorato che lavora con Maravelias, ha confrontato due processi per la produzione di biocarburanti dalla stufatura di mais:conversione biologica in etanolo (BCE) e conversione catalitica in alcheni (CCA). Gli alcheni sono lunghe catene di carbonio contenenti almeno un doppio legame; quelli prodotti dal processo CCA vengono utilizzati per produrre diesel.

I loro risultati mostrano che tutti e tre i parametri – efficienza del carbonio, fabbisogno energetico di processo, e l'efficienza del carburante – sono importanti, e che la strategia più efficiente in termini di emissioni di carbonio potrebbe non essere automaticamente la strategia più efficace in generale.

"Per esempio, a.C., che produce etanolo, ha un'efficienza di carbonio molto elevata, ma il carburante stesso ha un contenuto energetico inferiore, " dice Fasahati. "Con CCA, meno del carbonio originale finisce nel carburante prodotto, ma il carburante ha una maggiore efficienza quando lo si brucia in macchina."

Fasahati e Maravelias hanno anche preso in considerazione la generazione di elettricità nel calcolo dell'efficienza energetica di produzione per ciascuna strategia. L'elettricità è un sottoprodotto della conversione della biomassa in combustibile in una bioraffineria:i rifiuti (principalmente lignina e residui di conversione) vengono bruciati, con conseguente calore che alimenta il processo di conversione e crea elettricità che può essere venduta alla rete.

Fasahati e Maravelias hanno riconosciuto che quando la generazione di elettricità è stata incorporata nelle loro analisi, entrambe le strategie avevano il potenziale per produrre più energia meccanica totale per il trasporto, perché l'elettricità prodotta potrebbe essere utilizzata per alimentare le auto elettriche mentre il carburante stesso potrebbe alimentare i tradizionali veicoli a combustione interna.

Però, i processi che richiedono meno energia per la conversione producono anche più elettricità per la distribuzione. A causa di ciò, il processo CCA, che produce già un carburante che brucia in modo più efficiente (diesel), produce anche quasi il 60 percento in più di energia meccanica sotto forma di elettricità rispetto al processo BCE.

Così la strategia CCA, nonostante sia meno efficiente in termini di emissioni di carbonio, ottiene risultati complessivamente migliori perché produce più energia meccanica sia dall'elettricità che dal carburante.

Il documento suggerisce che la ricerca sulle strategie di ottimizzazione per produrre biocarburanti e bioprodotti alternativi rimane importante, anche se non raggiunge l'elevata efficienza in termini di carbonio di strategie come la BCE che producono etanolo.

"L'idea generale è che se hai più carbonio, puoi correre più a lungo, " Fasahati dice. "Ma abbiamo dimostrato che c'è di più nella storia".

Gli autori sperano che il loro articolo aiuti gli altri nel campo a ripensare il modello di efficienza del carbonio per adottare un approccio più olistico mentre lavorano per sviluppare i biocarburanti di prossima generazione che aiuteranno in futuro a soddisfare lo standard sui combustibili rinnovabili del Dipartimento dell'energia.

Maravelia ha detto, "Andando avanti, siamo entusiasti delle possibilità per nuove strategie di produzione di biocarburanti che guardano oltre l'efficienza del carbonio, tenendo conto dei parametri discussi in questo lavoro."