Cnydau yn helpu i ddatffosileiddio prosesau cynhyrchu dur

Mae dur yn sylfaenol i fywyd modern. O adeiladau a thrafnidiaeth, i seilwaith ynni adnewyddadwy, mae ymhlith y deunyddiau a ddefnyddir fwyaf ledled y byd. Ond mae cynhyrchu dur hefyd yn ‘garbon-ddwys’ iawn, yn cyfrif am gyfran sylweddol o’r allyriadau nwyon tŷ gwydr diwydiannol drwy’r byd. Felly, mae lleihau allyriadau o gynhyrchu dur yn un o'r heriau mawr wrth i ni bontio i economi isel ei charbon.

Yn Athrofa'r Gwyddorau Biolegol, Amgylcheddol a Gwledig (IBERS) ym Mhrifysgol Aberystwyth, mae ymchwilwyr yn archwilio i sut y gallai dewisiadau eraill, sy'n seiliedig ar blanhigion, helpu i ddatgarboneiddio diwydiannau, hyd yn oed y rhai mwyaf dibynnol ar danwyddau ffosil. Ymhlith y posibiliadau hyn, canolbwyntir ar ddefnyddio Miscanthws, sef cnwd biomas lluosflwydd, a phorthiannau eraill, i helpu i ddibynnu’n llai ar lo wrth gynhyrchu dur, gan ddangos sut y gall datblygiadau arloesol ym maes gwyddor planhigion chwarae rhan allweddol wrth gweithredu er budd yr hinsawdd.

Yr her: tanwyddau ffosil a ddefnyddir wrth wneud dur

Mae tua 79% o ddur y byd yn cael ei gynhyrchu drwy ddefnyddio glo golosg, yn danwydd ac yn rhydwythydd cemegol. Mae'r ddibyniaeth hon ar garbon ffosilaidd yn golygu bod gwneud dur yn un o’r sectorau diwydiannol "anodd eu gostwng", lle mae trosglwyddo i ddewisiadau amgen isel eu carbon yn arbennig o gymhleth.

Er bod trydaneiddio a llwybrau gwneud dur sy’n seiliedig ar hydrogen yn cynnig posibiliadau i ddatgarboneiddio yn yr hirdymor, nid oes modd eu rhoi ar waith yn gyffredinol eto, ac maent yn gofyn am waith sylweddol i drawsnewid y seilwaith ac am fuddsoddiadau cyfalaf mawr. Yn y tymor byr, mae'r sector yn chwilio am ddewisiadau amgen is eu carbon y gellir eu hymgorffori yn y llwybrau ffwrnais chwyth presennol, a fyddai’n disodli’r glo golosg yn rhannol, gan gyflawni gostyngiadau ystyrlon mewn allyriannau yn gyflym.

Mae biomas yn destun trafod ers amser maith fel rhywbeth y gellid ei ddefnyddio o bosib yn lle carbon ffosilaidd. Serch hynny, nid yw pob math o fiomas yn addas i’w ddefnyddio’n ddiwydiannol. Er mwyn bod yn bosibiliad dichonol ar gyfer cynhyrchu dur, rhaid bod modd iddo gael ei gynhyrchu â chysonder, fod yn gynaliadwy ar raddfa fawr, ac yn gallu cael ei brosesu i fodloni safonau uchel. Dyma lle mae gwaith arloesol IBERS ar Fiscanthws yn berthnasol.

Miscanthws: ateb i’r broblem a dyfir yn unswydd

Mae'r cnwd ynni hwn, uchel ei gynnyrch, wedi dod yn un o gonglfeini gwaith ymchwil IBERS ar fio-ynni. Dywedodd yr Athro Joe Gallagher, Arweinydd Bioburo yn IBERS: "Mae'n uchel ei gynnyrch, yn gymharol isel o ran ei ofynion mewnbwn amaethyddol, ac fe ellir ei dyfu ar dir sy'n llai addas ar gyfer cynhyrchu bwyd. Un elfen hanfodol bwysig yw ei fod yn dal carbon o’r atmosffer wrth iddo dyfu, gan ei wneud yn ddewis deniadol i sectorau sy'n ceisio lleihau eu hallyriadau carbon."

Mae IBERS wedi hen sefydlu enw da iddi’i hun yn rhyngwladol am fridio Miscanthws, agronomeg ac ymchwil i gadwyni cyflenwi, sy'n gosod y sylfaen i archwilio i  ffyrdd newydd o’i ddefnyddio’n ddiwydiannol. Yn hytrach na thrin Miscanthws fel deunydd crai yn unig, mae ymchwilwyr yn canolbwyntio ar sut y gellir ei brosesu i rywbeth sy'n addas ar gyfer amgylcheddau diwydiannol heriol.

Drwy ddefnyddio cyfuniad newydd o ragdriniaeth hydrothermol (y cyfeirir ato weithiau fel ffrwydrad ager) y gellir ei hehangu i raddfa ddiwydiannol a (sef gwresogi biomas heb unrhyw aer yn bresennol), llwyddwyd i uwchraddio i fio-olosg uchel ei berfformiad sy'n addas i’w ddefnyddio mewn ffwrneisi dur. Yn wahanol i fiomas crai neu fiomas a driniwyd yn ysgafn, mae'r deunydd hwn yn gyd-fynd â phrosesau cynhyrchu dur sydd eisoes ar waith, gan gynnwys y rhai a ddefnyddir i wneud dur gwyryf o ansawdd uchel.

Esboniodd Dr David Bryant, Uwch Gymrawd Ymchwil yn IBERS: "Mae'r gwaith hwn yn gweddnewid yr ymdrechion i ddatgarboneiddio cynhyrchu dur. Dangoswyd dro ar ôl tro fod biomas heb ei drin yn anaddas ar gyfer gofynion penodol prosesau gwneud dur modern.

"Am y tro cyntaf, rydym wedi llwyddo i uwchraddio biomas trwy gyfuniad o driniaethau gwres wedi’u teilwra’n unswydd i gynhyrchu bio-olosg sy'n bodloni gofynion technegol penodol iawn y diwydiant dur. Er bod angen ei hehangu ymhellach, mae'r priodweddau gwell rydyn ni wedi'u cyflawni yn dangos potensial gwirioneddol ar gyfer disodli’r glo mâl a chwistrellir mewn ffwrneisi dur ledled y byd."

Nid creu deunydd y gellir ei ddisodli’n syth am lo ym mhob achos mo’r nod, ond darparu dewis amgen a gynlluniwyd yn ofalus ac a all helpu i ddisodli carbon ffosilaidd lle bo modd, gan leihau cyfanswm allyriadau'r broses.

Datgloi gwerth ychwanegol trwy sgil-gynhyrchion

Nodwedd bwysig o'r ymchwil hon yw ei bod yn canolbwyntio ar gael cymaint o werth â phosib o'r planhigyn Miscanthws cyfan. Yn ystod y broses ragdriniaeth, cynhyrchir ffrwd o hylif sy'n llawn siwgr ar y cyd â’r solid y cynhyrchir bio-olosg ohono.

Mae'r sgil-gynnyrch hwn yn agor y drws i ffyrdd eraill o ddefnyddio’r planhigyn yn gynaliadwy. Gellir trosi'r siwgrau yn sylitol, sef alcohol siwgr uchel ei werth a ddefnyddir yn helaeth mewn cynhyrchion bwyd a fferyllol, neu’n sylo-oligosacaridau (XOS), sef cyfansoddion a ddefnyddir yn fwyfwy mewn maeth i anifeiliaid i gynnal iechyd y perfedd.

Drwy ddatblygu llwybrau i gynhyrchu tanwydd a sgil-gynhyrchion fel ei gilydd, mae’r ymchwil yn cyfrannu at fio-economi cylchol, sy’n gwella effeithlonrwydd yn gyffredinol yn ogystal â’r proffidioldeb, gan leihau gwastraff ar yr un pryd.

Dywedodd yr Athro Gallagher: "Mae datblygu'r ffrydiau hyn wedi'i gyflawni drwy ddefnyddio ein cyfleusterau bioburo o'r radd flaenaf sydd gennym yn ArloesiAber yma ar gampws Gogerddan. Mae'r gwaith hwn yn cael ei ddatblygu ymhellach drwy’r prosiect 'Maxifeed' a ariennir gan y BBSRC gyda phartneriaid academaidd yn ogystal â phartneriaid yn y sectorau dur, biotechnoleg, amaeth-dechnoleg a phorthiant anifeiliaid. Mae hyn yn dangos sut y gall arloesi â phlanhigion gyflawni manteision ar draws sawl diwydiant. Mae'r gwaith cydweithredol hwn yn sicrhau bod yr ymchwil wedi'i seilio ar ofynion gwirioneddol y diwydiant a’i bod yn ymwybodol am gyfyngiadau'r byd go iawn."

Mae cyfranogiad y diwydiant yn helpu i lywio datblygiad deunyddiau sydd, yn ogystal â bod yn gynaliadwy, hefyd yn gallu cael eu gweithredu’n ymarferol ar raddfa fawr. Ar yr un pryd, mae sefydliadau ymchwil fel IBERS yn darparu'r arbenigedd annibynnol a'r golwg hirdymor sydd eu hangen i ystyried atebion arloesol nad ydynt efallai yn dod i'r amlwg o waith ymchwil a datblygu masnachol. Mae partneriaethau o'r fath yn hanfodol er mwyn mynd i'r afael â heriau cymhleth fel datgarboneiddio diwydiannol, lle nad oes gan yr un sefydliad na disgyblaeth unigol yr holl atebion.

Cyflawni effaith: yr amgylchedd, yr economi a’r gymdeithas

Mae effeithiau posib yr ymchwil hon yn ymestyn ymhell y tu hwnt i'r labordy:

Buddiannau amgylcheddol sy’n cynnwys dibynnu’n llai ar danwyddau ffosil wrth wneud dur a lleihau’r allyriadau carbon cysylltiedig. Gall tyfu cnydau biomas lluosflwydd fel Miscanthws hefyd helpu i ddefnyddio’r tir yn gynaliadwy a diogelu’r pridd.

Buddiannau economaidd sy’n cynnwys creu marchnadoedd newydd am fiomas, cefnogi twf economaidd glân, a chryfhau cadwyni cyflenwi a seilir ar  ddeunydd biolegol ym Mhrydain ac yn rhyngwladol. Mae datblygu deunydd diwydiannol amgen hefyd yn gallu cryfhau gwytnwch yn erbyn y marchnadoedd tanwydd ffosil ansefydlog.

Buddiannau cymdeithasol sy’n dod trwy greu swyddi mewn diwydiannau gwyrdd sy'n datblygu a’r cynnydd tuag at gyrraedd targedau’r hinsawdd yn genedlaethol a byd-eang. Trwy gysylltu amaethyddiaeth, diwydiant a nodau amgylcheddol, mae'r ymchwil yn dangos sut y gall arloesi cynaliadwy ddarparu gwerth a rennir.

Edrych tua’r dyfodol

Wrth i ddiwydiannau chwilio am lwybrau credadwy i sero net, mae atebion a seilir ar blanhigion yn dod yn fwyfwy pwysig. Er na fydd yr un datblygiad yn datrys yr her o ddatgarboneiddio diwydiannau, mae prosiectau fel hyn yn dangos sut y gall systemau biomas sydd wedi'u cynllunio'n strategol gyfrannu at newid ystyrlon.

Bydd yr ymchwil bellach yn canolbwyntio ar sicrhau’r budd mwyaf posib, ar allu cynhyrchu ar raddfa fwy, ac ar integreiddio â phrosesau diwydiannol i sicrhau bod datblygiadau IBERS yn dal i symud o waith ymchwil i effaith yn y byd go iawn.

Gwybodaeth Bellach

• Athrofa'r Gwyddorau Biolegol, Amgylcheddol a Gwledig
• Proffil Ymchwil Dr David Bryant
• Proffil Ymchwil Yr Athro Joe Gallagher
• Canolfan Biorefineiddio Aberystwyth
• Scalable Miscanthus Biomass
• AberInnovation