Os biocombustíveis estão se tornando uma solução econômica e amigável ao clima para reduzir as emissões de carbono de carros e caminhões, de acordo com dois novos estudos.
O Laboratório Nacional Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE) conduziu a pesquisa em colaboração com o Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) do DOE, o Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico (PNNL) e o Laboratório Nacional de Idaho (INL). Os resultados mostram que os biocombustíveis combinados com o design avançado do motor podem reduzir as emissões de gases de efeito estufa em cerca de 60%, ao mesmo tempo em que melhoram a eficiência do combustível ou reduzem as emissões do tubo de escape.
Biocombustíveis têm claras vantagens sobre a gasolina fóssil. Mas a eficiência energética do próprio motor também é crucial. Projetar combustíveis e motores com baixo teor de carbono para trabalharem juntos pode maximizar a eficiência energética e o desempenho do veículo.
“Estamos na interseção de novas inovações em motores e biocombustíveis”, disse Troy Hawkins, combustível da Argonne e gerente do grupo de produtos. “Nosso objetivo é desenvolver novos biocombustíveis que possam ser misturados com combustíveis convencionais para melhorar o desempenho do motor. Isso significa que um carro ou caminhão movido a gasolina pode ir mais longe com a mesma quantidade de combustível. Ou um carro a diesel pode atender a padrões de emissões mais rígidos."
Em ambos os estudos, os cientistas da Argonne colaboraram com outros laboratórios nacionais para identificar combustíveis promissores para diferentes tipos de motores. Os pesquisadores consideraram o custo, o impacto ambiental e o potencial de expansão para mercados comerciais.
A pesquisa foi apoiada pelo programa Co-Optimization of Fuels and Engines (Co-Optima), liderado em conjunto pelo Escritório de Eficiência Energética e Energia Renovável do Departamento de Energia dos EUA, Escritório de Tecnologias de Bioenergia e Escritório de Tecnologias Automotivas.
A Argonne faz parte do consórcio Co-Optimas de nove laboratórios nacionais e mais de 20 universidades e parceiros industriais. O consórcio estuda como inovar simultaneamente em combustíveis e motores para melhorar a economia de combustível e o desempenho do veículo enquanto reduz as emissões.
Encontrando caminhos para biocombustíveis
A pesquisa no projeto Co-Optimas baseia-se no objetivo de identificar e compreender os biocombustíveis. Os biocombustíveis são produzidos a partir do material orgânico da biomassa, incluindo plantas, resíduos agrícolas e resíduos úmidos.
Biocombustíveis pode ser misturado com combustíveis convencionais para reduzir as emissões e melhorar o desempenho do combustível e do motor.
Trabalhando com especialistas em combustíveis da Co-Optima, os pesquisadores usaram um processo de triagem para desenvolver uma lista de biocombustíveis para seu estudo, disse Benavid.
"Trabalhamos com outros especialistas e usamos critérios específicos para restringir os muitos
biocombustível candidatos a uma pequena lista para o nosso estudo", disse Benavid, "com base no desempenho desejado e nos padrões de combustão do motor. A conversão de biomassa em biocombustíveis é um processo complexo que envolve variáveis de matéria-prima, tecnologia de conversão e tipo de combustível. Encontrar caminhos para biocombustíveis que atendam simultaneamente aos objetivos econômicos, tecnológicos e energéticos é particularmente desafiador”.
Benavid é co-primeiro autor de um dos estudos. A equipe avaliou 12 caminhos de produção de biocombustíveis para otimizar motores de combustão interna multimodo. Os motores de combustão interna multimodo podem obter maior eficiência e economia de custos usando diferentes métodos de ignição, combustão e preparação de combustível de acordo com as necessidades de direção. Os pesquisadores usaram matérias-primas renováveis de biomassa derivadas de subprodutos agrícolas e florestais, como resíduos de madeira e subprodutos agrícolas, como palha de milho. As técnicas de conversão que eles usaram incluíam fermentação, catálise HPHT ou uma combinação de ambas.
"Descobrimos que não apenas os sete biocombustíveis eram competitivos em custo para produzir, mas os sete biocombustíveis também variavam nas matérias-primas e tecnologias de conversão usadas", disse Buterin. Isso significa que as biorrefinarias têm mais flexibilidade para escolher onde e como construir suas instalações." custos de combustível de petróleo", disse Phillips.
Os pesquisadores também analisaram os impactos ambientais. Uma análise do ciclo de vida dos caminhos usando o modelo Argonnes GREET (Gases de Efeito Estufa, Emissões Regulamentadas e Energia Usada em Tecnologia) mostra resultados impressionantes. Dez biocombustíveis têm o potencial de reduzir as emissões de gases de efeito estufa em 60% em comparação com a gasolina fóssil. A lista inclui álcoois, misturas de furanos e alcenos.
Perspectivas de biocombustíveis para motores a diesel
O segundo estudo foi co-autoria de Butlin. Os pesquisadores analisaram 25 caminhos otimizados para a produção de biocombustíveis para melhorar a combustão em motores de ignição por compressão controlados por híbridos. Este é um motor a diesel usado principalmente para o transporte de cargas. Para desenvolver caminhos de produção de biocombustíveis, os pesquisadores usaram uma variedade de matérias-primas, variando de material vegetal, como lascas de madeira ou palha de milho, a óleos de soja e mamão, a resíduos úmidos e graxa reciclada. As tecnologias de conversão que eles usam incluem fermentação, gaseificação e liquefação hidrotérmica.
Damon Hartley, chefe do Grupo de Pesquisa e Análise de Operações do INL, disse que os vários recursos de biomassa disponíveis têm um enorme potencial para substituir alguns combustíveis e produtos químicos derivados do petróleo. Um dos maiores obstáculos, no entanto, é a qualidade variável das matérias-primas. Isso tem um grande impacto em como o material se comporta nas transições. Como no primeiro estudo, a maioria das técnicas teve um bom desempenho. A maioria dos biocombustíveis tem custos competitivos com os atuais preços do gás natural.
Em termos de impacto ambiental, de acordo com a análise de ciclo de vida GREET, 12 das 25 rotas reduziram as emissões de gases de efeito estufa em mais de 60%. “Avaliamos as emissões de gases de efeito estufa do ciclo de vida para cada caminho de motor de ignição por compressão controlado híbrido”, disse Hawkins. emissões a montante".
Criando Caminhos para Biocombustíveis
Os pesquisadores não planejam desenvolver uma lista definitiva de biocombustíveis, disse Benavid. Em vez disso, esses estudos fornecem orientação para as partes interessadas escolherem o caminho do biocombustível que melhor atenda às suas necessidades. “Fornecemos orientação para pesquisadores e indústria para avaliações de biocombustíveis com base em muitas variáveis complexas”, disse ele. O ciclo de vida e a análise tecnoeconômica são importantes para orientar as partes interessadas desde o início. Não podemos dizer às partes interessadas quais escolhas fazer. Mas essas ferramentas podem apontar a direção certa desde o início. Embora muitos caminhos de biocombustíveis possam ser competitivos em custo, é muito cedo para fixar os preços em um mercado volátil de gás natural.
No longo prazo, disse Hawkins, o desafio é oferecer preços competitivos. Embora esses caminhos de produção de biocombustíveis tenham como alvo carros de passageiros e caminhões a diesel, os pesquisadores da Argonne também estão investigando seu potencial para uso em indústrias de difícil eletrificação, como aviação e marítima. O objetivo é introduzir os biocombustíveis no mercado em uma variedade de indústrias o mais rápido possível.
“O Departamento de Energia dos EUA (DOE) tem trabalhado para desenvolver soluções sustentáveis de descarbonização para o setor de transporte”, disse Hawkins, com grande parte dos biocombustíveis. "Vamos continuar a expandir o importante trabalho da Co-Optimas."
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