Gli aeroplani zoomano sopra la testa, scie bianche e sottili che scorrevano dietro di loro. La Federal Aviation Administration (FAA) ha gestito 43, 684 voli, in media, ogni giorno l'anno scorso, e i voli militari e commerciali statunitensi hanno utilizzato insieme oltre 20 miliardi di galloni di carburante per aerei.

Tutte quelle emissioni si sommano. I viaggi aerei nel mondo hanno contribuito a 815 milioni di tonnellate di emissioni di CO2 nel 2016, il due percento del totale globale causato dall'uomo, secondo l'Associazione Internazionale del Trasporto Aereo. E il traffico aereo globale non sta rallentando. La IATA prevede che 7,2 miliardi di passeggeri viaggeranno in aereo nel 2035, quasi raddoppiando i 3,8 miliardi volati nel 2016.

Quindi, come possiamo rendere il viaggio aereo più facile per l'ambiente? I ricercatori dell'Università del Delaware stanno lavorando per sviluppare un carburante alternativo per i jet. Al posto del petrolio, I ricercatori UD vogliono alimentare gli aerei con pannocchie e trucioli di legno, cose di cui generalmente non ti interessa molto, a meno che tu non sia una marmotta o un castoro in cerca di avanzi.

Nel laboratorio interdisciplinare di scienza e ingegneria Harker di UD, i ricercatori stanno trasformando tale materiale vegetale, scientificamente nota come biomassa lignocellulosica, in prodotti verdi, compresi nuovi combustibili e prodotti chimici. Gli scienziati sono affiliati al Centro di catalisi per l'innovazione energetica (CCEI), un Energy Frontier Research Center supportato dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti. Con sede a UD, il centro riunisce scienziati di nove istituzioni per lavorare sulle sfide dell'energia pulita.

Uno dei maggiori ostacoli alla produzione di carburante rinnovabile per aerei, secondo il direttore associato della CCEI Basudeb Saha, sta aumentando la velocità e l'efficienza di due processi chimici critici:accoppiamento e deossigenazione. Poiché il materiale vegetale con cui lavora il centro ha un basso contenuto di carbonio una volta che viene scomposto da solido in liquido, le molecole di carbonio devono essere unite chimicamente o "accoppiate" per creare molecole ad alto contenuto di carbonio nella gamma del carburante per aerei. Quindi l'ossigeno deve essere rimosso da queste molecole per formare idrocarburi ramificati. Questa ramificazione è essenziale per migliorare il flusso di carburante alle temperature di congelamento del volo commerciale.

"Gli aerei internazionali possono volare a quota 35, 000 piedi, dove la temperatura esterna potrebbe arrivare fino a -14° Centigradi, "dice Saha, che sta conducendo un progetto di carburante per aerei rinnovabile al centro. "Questa è la temperatura alla quale un aereo deve correre, e il carburante non può essere congelato."

Accelerare la produzione di carburante rinnovabile per aviogetti

Permane la domanda di carburante non a base di petrolio per l'aviazione. Più di un decennio fa, la FAA aveva fissato l'obiettivo di utilizzare 1 miliardo di galloni di carburante rinnovabile entro il 2018. Secondo la IATA, i carburanti per aviazione sostenibili sono parte integrante della sua ricerca di una crescita a emissioni zero dal 2020 in poi, ea una riduzione del 50% delle emissioni nette di carbonio entro il 2050 (rispetto ai livelli del 2005). Ma non vengono prodotte quantità sufficienti di questo combustibile alternativo, né ad un costo competitivo.

Attualmente, diverse aziende statunitensi producono carburante per aerei rinnovabile da materiali come i trigliceridi estratti da olio e grasso usati, o da una combinazione di monossido di carbonio e idrogeno chiamata syngas. Una società utilizza le alghe come materiale di partenza e ha persino una conduttura sotterranea per l'aeroporto di Los Angeles (LAX), dove una percentuale viene mischiata con carburante convenzionale, Saha dice.

Però, la lavorazione di questo materiale non convenzionale richiede temperature elevate (350 °C (662 °F)) e anche alta pressione.

Non è così con quei trucioli di legno e pannocchie di mais a UD, dove Saha e i suoi colleghi hanno sviluppato nuovi catalizzatori, i cosiddetti "capri chimici", che avviano le reazioni chimiche che possono trasformare questo materiale vegetale in combustibile. Uno di questi catalizzatori, fatto di grafene economico, sembra un nido d'ape di molecole di carbonio. Le sue proprietà superficiali uniche aumentano la velocità della reazione di accoppiamento. Funziona anche a bassa temperatura (60°C). Un altro catalizzatore rimuove l'ossigeno in modo efficiente dal punto di vista energetico e produce alte rese di molecole ramificate, fino al 99 percento, adatto per il carburante degli aerei. Entrambi i catalizzatori sono riciclabili, e i processi sono scalabili.

"La bassa temperatura e l'elevata selettività del nostro processo possono consentire una produzione sostenibile e competitiva in termini di costi di carburanti per aviazione a base biologica da biomasse lignocellulosiche, "Saha dice.

La ricerca è dettagliata in tre recenti articoli scientifici:"Accoppiamento C-C senza solventi di furanici a basso tenore di carbonio a precursori di combustibili ad alto tenore di carbonio utilizzando un migliorato carbocatalizzatore di ossido di grafene" e "Idrodeossigenazione di ossigenati di furilmetano a carburanti per jet e diesel:sondare la rete di reazione con Supported Palladium Catalyst e Hafnium Triflate Promoter" sono apparsi entrambi in Catalisi ACS , pubblicato dall'American Chemical Society, e "Idrodeossigenazione catalitica di furilmetani ad alto tenore di carbonio ad alcani a gittata rinnovabile su un catalizzatore di iridio modificato con renio" è stato presentato in ChemSusChem .