اختصاصی شبکه علمی ثریا- سوخت زیستی مزایای قابل توجهی نسبت به نفت دارد و می تواند با سوخت های معمولی برای بهبود عملکرد موتور و کاهش انتشار گازهای گلخانه ای در خودروها و کامیون ها ترکیب شود. بر اساس دو مطالعه جدید، سوخت زیستی به راه حلی مقرون به صرفه و سازگار با آب و هوا برای کاهش انتشار کربن در خودروها و کامیون ها تبدیل شده است.آزمایشگاه ملی آرگون وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) با آزمایشگاه ملی انرژی تجدیدپذیر وزارت انرژی (NREL)، آزمایشگاه ملی شمال غرب اقیانوس آرام (PNNL) و آزمایشگاه ملی آیداهو (INL) در این تحقیق همکاری کرده است. نتایج نشان داد که سوخت زیستی همراه با طراحی پیشرفته موتور می‌تواند انتشار گازهای گلخانه‌ای (GHG) را تقریباً تا ۶۰ درصد کاهش دهد و در عین حال بهره‌وری سوخت را بهبود بخشد.
سوخت زیستی مزایای قابل توجهی نسبت به بنزین دارد. انا طراحی خود موتورها نیز برای بهره وری بهتر از انرژی بسیار مهم هستند. طراحی سوخت‌ها و موتورهای کم کربن برای کار با هم می‌تواند مصرف انرژی و عملکرد خودرو را به حداکثر برساند. تروی هاوکینز مدیر گروه سوخت و محصولات (Argonne) گفت: ما در تقاطع نوآوری های جدید در موتورها و سوخت زیستی هستیم. هدف ما توسعه سوخت‌های زیستی جدید و سوخت‌های معمولی برای بهبود عملکرد موتور است. این بدان معناست که یک خودرو یا کامیون بنزینی نیز می‌تواند استانداردهای آلایندگی دقیق‌تری را رعایت کند. محققان هزینه تأثیرات زیست‌محیطی و پتانسیل ورود و گسترش در بازارهای تجاری را نیز در نظرگرفتند.
بخشی از ابتکار این شرکت بهینه سازی مشترک بین سوخت ها وموتور ها است که به طور مشترک توسط دفتر کارایی انرژی و انرژی های تجدید پذیر (DOE)، دفتر فناوری های زیست انرژی و دفتر فناوری های خودرو رهبری می شود. کنسرسیوم (Co-Optima) متشکل از ۹ آزمایشگاه ملی و بیش از ۲۰ شریک دانشگاهی و صنعتی است. این کنسرسیوم مطالعه می‌کند که چگونه نوآوری‌های همزمان در سوخت ها و موتورها می‌تواند باعث افزایش مصرف سوخت و عملکرد بهتر خودرو و در عین حال کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای شود. دانشمندان و کارشناسان در هر آزمایشگاه( DOE) نقش مهمی در هر مرحله از تحقیقات ایفا کردند. این تحقیق یک نمونه واقعا خوب است که چگونه آزمایشگاه ها می توانند با یکدیگر همکاری کنند تا به انجام ماموریت خود کمک کنند.
یافتن مسیرهای سوخت زیستی: تحقیقات (Co-Optima) مبتنی بر هدف شناسایی و درک ذخایر زیستی یا سوخت زیستی است. سوخت زیستی از زیست توده و مواد آلی از جمله گیاهان، زباله های کشاورزی و زباله های مرطوب تولید می شود. سوخت زیستی را می توان با سوخت معمولی برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای و بهبود عملکرد سوخت و موتور ترکیب کرد. محققان با همکاری کارشناسان سوخت (Co-Optima) از فرآیند غربالگری برای تهیه فهرستی از سوخت های زیستی برای تحقیقات خود استفاده کردند. دانشمندان لیستی از سوخت های زیستی را با کارشناسانی از جمله مدیر تیم فنی (PNNL) و عضو تیم رهبری (Co-Optima) دانیل گاسپار، دانشمند ارشد (NREL) جینا فیورونی، محقق ارشد (NREL) رابرت مک کورمیک، و آنته جورج مدیر ارشد (DOE) در میان گذاشتند.
محققان گفتند: ما با کارشناسان دیگر کار کردیم تا از معیارهای خاصی استفاده کنیم تا بسیاری از مواد سوخت زیستی را به فهرست کوتاهی برای تحقیقات خود محدود کنیم. این فهرست بر اساس ویژگی های مورد نیاز و حالت احتراق موتور تهیه شده است. تبدیل زیست توده به سوخت زیستی یک فرآیند پیچیده است که شامل متغیرهایی در مواد اولیه، فناوری‌های تبدیل و انواع سوخت است. به ویژه یافتن مسیرهای سوخت زیستی که اهداف اقتصادی، فناوری و انرژی را نیز برآورده می کنند چالش برانگیز است. یک مطالعه برای اولین بار توسط (Benavides )انجام شد. این تیم ۱۲ مسیر تولید سوخت زیستی را برای بهینه سازی موتورهای احتراق داخلی چند حالته ارزیابی کردند. موتورهای چند حالته می توانند با استفاده از روش های مختلف احتراق، احتراق و آماده سازی سوخت، بسته به نیازهای رانندگی، کارایی و صرفه جویی بیشتری در هزینه ها داشته باشند.
محققان از مواد اولیه زیست توده تجدیدپذیر یافت شده در محصولات جانبی جنگلداری مانند ضایعات چوب و محصولات جانبی کشاورزی مانند ذرت نیز استفاده کردند. آنها از فناوری های تبدیلی از جمله تخمیر، کاتالیزور تحت فشار و حرارت بالا یا ترکیبی از هر دو استفاده کردند. محققان گفتند: ما دریافتیم که نه تنها می‌توان ۷ سوخت زیستی را با قیمت رقابتی تولید کرد، بلکه این هفت سوخت از نظر مواد اولیه مصرفی و فناوری تبدیل متفاوت هستند. این بدان معناست که پالایشگاه های زیستی می توانند در انتخاب مکان و نحوه ساخت تاسیسات خود انعطاف بیشتری داشته باشند.
محققان (NREL) و (PNNL) یک ارزیابی فنی اقتصادی از مسیرهای تولید سوخت زیستی، تجزیه و تحلیل هزینه و عملکرد فناوری انجام دادند. آنها گفتند: یافته‌های ما نشان داد که بسیاری از سوخت‌های زیستی با هزینه فعلی سوخت نفت قابل رقابت هستند. محققان همچنین اثرات زیست محیطی را تجزیه و تحلیل کردند. تجزیه و تحلیل چرخه مسیرها با استفاده از مدل (GREET Argonne)، گازهای گلخانه‌ای، انتشارات تنظیم‌شده و انرژی مورد استفاده نتایج چشمگیری را نشان داد. ۱۰ سوخت زیستی پتانسیل کاهش انتشار گازهای گلخانه ای را تا ۶۰ درصد در مقایسه با بنزین دارند. این لیست شامل الکل ها و الفین ها هم هست.
سوخت زیستی امیدوارکننده برای موتورهای دیزلی:
مطالعه دوم برای اولین بار توسط بارتلینگ انجام شد. محققان ۲۵ مسیر را برای تولید سوخت زیستی بهینه سازی شده برای بهبود احتراق برای موتورهای احتراق تراکمی با اختلاط تجزیه و تحلیل کردند. آنها نوعی موتور دیزل هستند که عمدتاً برای حمل و نقل بار استفاده می شود. برای توسعه مسیرهای تولید سوخت زیستی، محققان از مواد اولیه گیاهی مانند تراشه‌های چوب یا ذرت، روغن‌های سویا و کاپیا، ضایعات مرطوب و گریس بازیافتی استفاده کردند. آنها از فناوری‌های تبدیلی از جمله تخمیر، تبدیل به گاز و مایع‌سازی هیدروترمال استفاده کردند.
دیمون هارتلی، سرپرست گروه تحقیق و تحلیل عملیات (INL) گفت: مجموعه متنوع منابع زیست توده موجود در ایالات متحده، پتانسیل زیادی برای جایگزینی بخشی از سوخت‌ها و مواد شیمیایی که اکنون از نفت می‌آیند را دارد. با این حال، یکی از بزرگترین موانع تنوع گسترده در کیفیت مواد خام است. این می تواند تاثیر زیادی بر نحوه عملکرد مواد در تبدیل داشته باشد. بیشتر فناوری ها عملکرد خوبی داشتند و بیشتر سوخت‌های زیستی با قیمت‌های فعلی گاز از نظر هزینه رقابتی بودند. بر اساس تجزیه و تحلیل چرخه زندگی (GREET) از نظر تأثیرات زیست محیطی انتشار گازهای گلخانه ای در ۱۲ مسیر از ۲۵ مسیر بیش از ۶۰ درصد کاهش داشته است.
محققان گفتند: ما انتشار گازهای گلخانه ای چرخه زندگی را برای هر مسیر موتور احتراق تراکمی کنترل شده با اختلاط ارزیابی کردیم. این نه تنها شامل انتشار گازهای گلخانه ای، بلکه شامل انتشارات بالادستی ناشی از کشت زیست توده، حمل و نقل مواد اولیه، تولید سوخت زیستی و توزیع سوخت زیستی هم بود. محققان قصد نداشتند فهرست قطعی از سوخت های زیستی تهیه کنند. در عوض، این مطالعات راهنمایی برای ذینفعان در انتخاب مسیرهای سوخت های زیستی است که به بهترین وجه نیازهای آنها را برآورده می کند. آنها گفتند: ما به محققان و صنایع راهنمایی هایی در مورد ارزیابی سوخت های زیستی بر اساس تعدادی متغیر پیچیده ارائه می دهیم. چرخه عمر و تحلیل های فنی اقتصادی در هدایت هرچه بهتر ذینفعان مهم است. ما نمی توانیم به سهامداران بگوییم چه انتخاب هایی باید انجام دهند. اما این ابزارها می توانند از همان ابتدا آنها را در جهت درست راهنمایی کنند.
در حالی که بسیاری از این مسیرهای سوخت زیستی به طور بالقوه می توانند مقرون به صرفه باشند، خیلی زود است که قیمت ها را در بازار دائماً در نوسان قفل کنیم. چالش ارائه قیمت‌های رقابتی در بلندمدت است. در حالی که مسیرهای تولید سوخت زیستی خودروها و کامیون‌های دیزلی را هدف قرار می‌دهند، محققان (Argonne) در حال مطالعه پتانسیل استفاده از این مسیرها در بخش‌هایی مانند صنایع هوایی و دریایی نیز هستند. هدف این است که سوخت زیستی را در سریع ترین زمان ممکن به بازار در طیف وسیعی از صنایع ارائه کنند. شرکت ها به طور مداوم بر روی راه حل های پایدار برای کربن زدایی بخش حمل و نقل کار می کنند و سوخت زیستی بخش بزرگی از آن است. آنها به گسترش کار مهم (Co-Optima) ادامه خواهند داد.