Una tecnologia sviluppata presso l'Oak Ridge National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti e ampliata da Vertimass LLC per convertire l'etanolo in combustibili adatti all'aviazione, la spedizione e altre applicazioni pesanti possono essere competitive in termini di prezzo con i combustibili convenzionali pur mantenendo i vantaggi di sostenibilità dell'etanolo a base biologica, secondo una nuova analisi.

L'ORNL ha lavorato con il licenziatario della tecnologia Vertimass e i ricercatori di altre 10 istituzioni su un'analisi tecnoeconomica e di sostenibilità del ciclo di vita del processo:conversione catalitica in un unico passaggio dell'etanolo in miscele di idrocarburi che possono essere aggiunti al getto, diesel, o combustibili benzina per ridurre le loro emissioni di gas serra. Questa nuova tecnologia si chiama disidratazione e oligomerizzazione consolidata, o CADO.

Le analisi, pubblicato in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , ha mostrato che questo processo in un'unica fase per la conversione del vapore di etanolo umido potrebbe produrre miscele a $ 2/gigajoule (GJ) oggi e $ 1,44/GJ in futuro man mano che il processo viene perfezionato, compresi i costi operativi e di capitale annualizzati. Così, il blendstock sarebbe competitivo con il carburante per aerei convenzionale prodotto dal petrolio a prezzi storicamente elevati di circa $ 100/barile. A $ 60/barile di petrolio, l'uso degli incentivi esistenti per i combustibili rinnovabili comporta la parità di prezzo, l'analisi trovata.

La conversione fa uso di un tipo di catalizzatore chiamato zeolite, che produce direttamente catene idrocarburiche più lunghe dall'alcool originale, in questo caso etanolo, sostituire un tradizionale processo a più fasi con uno che utilizza meno energia ed è altamente efficiente.

"La robustezza del catalizzatore consente la conversione diretta dell'etanolo umido, che semplifica notevolmente il processo, riduce il costo della purificazione dell'etanolo e rende competitivi i costi di produzione delle miscele di idrocarburi in base all'analisi, " disse Zhenglong Li, scienziato dello staff per la catalisi della biomassa presso l'ORNL e collaboratore del progetto.

Sebbene questa catalisi in un unico passaggio fosse efficace su scala di laboratorio, ulteriori test e miglioramenti da parte di Vertimass hanno portato a rese di prodotto ancora più elevate se aumentate di 300 volte utilizzando formulazioni di catalizzatori commerciali. L'operazione di conversione potrebbe essere integrata in nuovi impianti di biocarburanti o installata come tecnologia bolt-on per impianti di etanolo esistenti con un nuovo investimento di capitale minimo, hanno notato i ricercatori.

I biocarburanti avanzati promettono di bruciare in modo pulito, fonti di energia rinnovabile a zero emissioni di carbonio. L'obiettivo è creare biocarburanti liquidi avanzati che possano trarre vantaggio dall'infrastruttura di consegna delle condutture esistente e che possano essere utilizzati in motori esistenti o avanzati senza perdita di prestazioni. I combustibili sono particolarmente attraenti per aiutare a ridurre le emissioni nette di carbonio nei motori pesanti come quelli degli aerei, navi e grandi veicoli commerciali dove l'elettrificazione è impegnativa.

Dati gli standard attuali, il biocarburante avanzato potrebbe essere miscelato al 20% con il carburante per aerei derivato dal petrolio e un po' più in alto per la benzina, soggetto a certificazione e verifica.

Nel frattempo, un'analisi del ciclo di vita del processo di conversione ha rilevato che il suo profilo di emissioni di gas serra è simile a quello dell'etanolo alimentato al processo.

"La sostenibilità dell'etanolo bioderivato, ora per lo più prodotto da mais negli Stati Uniti, ma con alcuni ora ricavati da mais stufato e alla fine materie prime dedicate alla biomassa come l'erba di campo, porta avanti il ​​processo catalitico, " ha detto Brian Davison, direttore scientifico del Centro per l'innovazione bioenergetica (CBI) del DOE presso l'ORNL e collaboratore del progetto. CBI sta perseguendo obiettivi di ricerca specifici per una fiorente bioeconomia:colture sostenibili da biomassa; processi avanzati per abbattere e convertire le piante in biocarburanti speciali; e preziosi bioprodotti, comprese le materie prime chimiche, ottenuto dal residuo di lignina dopo il biotrattamento.

"I nostri scienziati spingono costantemente i confini di ciò che è possibile per fornire scoperte per l'energia pulita, " ha detto Moe Khaleel, direttore associato del laboratorio di Scienze Energetiche e Ambientali presso l'ORNL. "La conversione dell'etanolo in miscele di idrocarburi sfrutta un'abbondante risorsa energetica interna, sostenendo al contempo lo sviluppo di fiorenti bioeconomie americane".

Rifiniture di Vertimass all'originale, il processo su scala di laboratorio include lo sviluppo di forme più economiche del catalizzatore, oltre a più che raddoppiare la resa del combustibile liquido, annotato il foglio.

Il documento descrive in dettaglio i perfezionamenti e i risultati delle analisi dell'Argonne National Laboratory, il Laboratorio Nazionale Energie Rinnovabili, Vertima, e ORNL in collaborazione con Dartmouth, l'Amministrazione federale dell'aviazione, Boeing, Pennsylvania State University, University of California-Riverside, Imperial College of London, the Brazilian Bioethanol Science and Technology Laboratory, and the Brazilian Center for Research in Energy and Materials.

"This research shows how ethanol, in addition to being a valuable fuel for cars, can be an effective intermediate for sustainable production of low-cost fuels for air travel and heavy-duty vehicles, " said professor Lee Lynd of Dartmouth College, who collaborated on the research and is the corresponding author. "The integration of biological and catalytic technologies shown here reflects the power of such hybrid systems."