Traçando um caminho para os biocombustíveis da próxima geração

Estes biocombustíveis da próxima geração estão a emergir como um substituto mais sustentável para a gasolina e o gasóleo derivados de combustíveis fósseis que, se forem cuidadosamente geridos, poderão remover da atmosfera mais gases com efeito de estufa do que aqueles que emitem ao longo do seu ciclo de vida. E, ao contrário dos biocombustíveis convencionais ou de primeira geração, que são produzidos a partir de culturas como o milho e a cana-de-açúcar, que de outra forma poderiam ser utilizadas para alimentação, os biocombustíveis de segunda geração são derivados de resíduos agrícolas ou de culturas não alimentares cultivadas em terras de baixa produtividade ou recentemente abandonadas.

No entanto, sendo uma tecnologia ainda nascente, estes combustíveis da próxima geração devem enfrentar uma incerteza considerável sobre o seu papel num futuro energético com baixas emissões de carbono.

Estudos anteriores sobre biocombustíveis tendem a dois extremos, ou focando no ‘bio’ – incorporando o crescimento das culturas, a produtividade e dados de uso da terra sem considerar em detalhes as preocupações da cadeia de abastecimento a jusante – ou os ‘combustíveis’ – mapeando uma cadeia de abastecimento e projeto de biorrefinarias usando dados excessivamente simplistas de terras e culturas.

O estudo de Princeton une as duas perspectivas para fornecer uma previsão mais abrangente de uma cadeia de abastecimento de biocombustíveis numa região de oito estados no Centro-Oeste, baseada em dados altamente detalhados. Suas descobertas foram publicadas em 22 de maio em Energia da Natureza.

“O que estamos fazendo com este estudo é reunir duas abordagens diferentes para o estudo de biocombustíveis”, disse Christos Maravelias, professor de Energia e Meio Ambiente da Família Anderson e professor de engenharia química e biológica. “Muitos dados de alta qualidade em escalas espaciais precisas foram incluídos em nossas análises, dando-nos uma visão muito mais holística desses sistemas.”

Otimização desde o crescimento da colheita até o local de sequestro

As cadeias de abastecimento de biocombustíveis são complexas. As matérias-primas para os biocombustíveis devem ser cultivadas e colhidas numa rede fragmentada de terras. Essas matérias-primas devem então ser transportadas para uma refinaria localizada centralmente. Na refinaria, diversas tecnologias diferentes poderiam converter a matéria vegetal em biocombustível líquido, e quaisquer emissões de carbono produzidas através do processo de conversão podem ser capturadas e posteriormente sequestradas fora do local.

Consequentemente, as decisões tomadas em todos os pontos da cadeia de abastecimento podem resultar em sistemas com custos e impactos de emissões amplamente divergentes, desde a cultura escolhida como matéria-prima até à distância entre o campo e a refinaria e a tecnologia utilizada para converter a planta em biocombustíveis.

“Mesmo decisões aparentemente isoladas ou não relacionadas, como quanto incentivo você planeja fornecer para a captura de carbono ou qual tecnologia de conversão você prefere, podem ter impactos dramáticos no projeto paisagístico de uma bioeconomia”, disse o coautor. Caleb Geisslerestudante de pós-graduação em engenharia química e biológica.

Assim, disse Geissler, o desenho paisagístico ideal depende dos objetivos iniciais: que quantidade de biocombustíveis deve ser produzida, a que custo e com que intensidade de carbono?

Embora os investigadores tenham alertado que o seu modelo não foi concebido especificamente como uma ferramenta de tomada de decisão, Maravelias disse que fornece informações valiosas sobre a economia e os impactos ambientais de uma futura bioeconomia. E uma vez que os biocombustíveis de segunda geração ainda não alcançaram uma comercialização generalizada, a investigação proactiva pode agora informar os esforços para garantir que os combustíveis sejam implementados de forma significativa no futuro sistema energético.

“O modelo leva em conta todos os componentes do sistema, então podemos utilizá-lo para responder a diversos tipos de questões”, disse Maravelias. “Podemos usá-lo para identificar a maneira ideal de produzir uma certa quantidade de biocombustíveis e, ao mesmo tempo, minimizar os custos econômicos. Podemos usá-lo para identificar o sistema que produz a mesma quantidade de combustível e, ao mesmo tempo, minimizar os impactos ambientais. Ou podemos fazer com que ele projete um sistema isso estabelece algum equilíbrio entre os dois.”

Destacando o impacto da política

Utilizando o seu modelo, a equipa de investigação também poderia investigar o papel dos incentivos políticos na definição das tecnologias preferidas e do impacto das emissões de uma cadeia de abastecimento de biocombustíveis.

Por exemplo, a equipa descobriu que o crédito fiscal 45Q para a captura de carbono, que fornece 85 dólares por tonelada de carbono sequestrado, incentivou suficientemente a captura de carbono em todo o sistema. No entanto, os valores dos créditos fiscais inferiores a 60 dólares por tonelada de carbono – o crédito fiscal 45Q valia apenas 50 dólares antes da Lei de Redução da Inflação de 2022 – foram insuficientes para impulsionar o investimento na captura e sequestro de carbono. Neste caso, o sistema gerou, em vez de remover, emissões de carbono, embora ainda tenha produzido muito menos emissões em comparação com os combustíveis fósseis actuais.

“Mesmo que o valor de um incentivo mude, ainda queríamos que os nossos resultados fossem informativos”, disse Geissler. “É também uma forma de informar os decisores políticos sobre como os diversos incentivos apoiam diferentes tecnologias e configurações do sistema”.

E embora os atuais esquemas de incentivos atribuam apenas um valor monetário ao carbono capturado na própria refinaria, os investigadores também modelaram cenários alternativos que procuravam minimizar as emissões de toda a cadeia de abastecimento, incluindo tanto as emissões diretas do transporte como as emissões indiretas incorporadas na eletricidade utilizada. para alimentar o sistema.

Estes cenários alternativos realçaram ainda mais compensações. O crédito fiscal teria de valer pelo menos 79 dólares por tonelada para começar a incentivar a captura de carbono na refinaria e valer cerca de 100 dólares por tonelada para a captura de carbono ser instalada em cada refinaria. Abaixo desses valores, seria muitas vezes mais rentável reduzir os transportes e compensar as emissões da electricidade adquirida antes de investir na captura de carbono.

Os investigadores traçaram até caminhos que mitigaram as emissões de carbono para além dos incentivos financeiros, utilizando potenciais de sequestro de carbono no solo específicos do local e decisões de gestão, tais como fertilizar, para produzir um desenho paisagístico com os maiores benefícios ambientais globais.

“Como estes biocombustíveis de próxima geração ainda estão a emergir como tecnologia, o modelo que desenvolvemos permite-nos ter a certeza de que estamos a conceber estes sistemas de forma adequada”, disse Maravelias. “É importante ter o máximo de informações possível agora, antes de nos prendermos a tecnologias e configurações de sistema abaixo do ideal.”