L'aviazione contribuisce per circa il 2,5% alle emissioni globali di anidride carbonica. Per ridurre notevolmente le sue emissioni, il settore dell'aviazione commerciale statunitense ha bisogno di nuovi metodi per produrre carburante per aviazione sostenibile. Credito:Ross Parmly/Unsplash
La decarbonizzazione del trasporto aereo è fondamentale per raggiungere gli obiettivi climatici degli Stati Uniti e migliorare l'economia energetica della nazione. Ma le tecnologie che stanno trasformando le automobili, come i motori elettrici e i combustibili a idrogeno, sono difficili da implementare negli aerei.
Una batteria abbastanza potente da alimentare un aereo sarebbe proibitivamente pesante. L'idrogeno è solo un quarto più denso di energia del carburante per aerei (e molte volte più costoso), ma richiederebbe grandi serbatoi di stoccaggio complessi a bordo. Per ridurre notevolmente le sue emissioni, il settore dell'aviazione commerciale degli Stati Uniti avrà bisogno di nuovi metodi per produrre carburante per l'aviazione sostenibile.
Il consolidato, Il mercato dell'etanolo, competitivo in termini di costi, offre l'opportunità di spostare la composizione del carburante per aerei e di altri prodotti combustibili lontano dal petrolio. L'Ufficio per l'efficienza energetica e le energie rinnovabili del Dipartimento dell'Energia L'Ufficio per le tecnologie bioenergetiche è focalizzato sullo sviluppo di combustibili industrialmente sostenibili utilizzando biomasse rinnovabili, compresi gli sforzi dei laboratori nazionali per produrre biocarburanti compatibili con gli attuali sistemi aeronautici.
Nella prima fase di un processo multifase da etanolo a carburante per jet sviluppato dall'Oak Ridge National Laboratory del DOE, un catalizzatore viene utilizzato per convertire l'etanolo in C . ricco di butene 3+ olefine, importanti intermedi che possono poi essere trasformati in carburanti per aviazione. Altri due passaggi, oligomerizzazione e idrotrattamento, convertono questi intermedi negli idrocarburi liquidi usati come combustibili.
Zhenglong Li di ORNL ha guidato un team incaricato di migliorare l'attuale tecnica per convertire l'etanolo in C 3+ olefine e ha dimostrato un catalizzatore composito unico che capovolge la pratica corrente e abbassa i costi. La ricerca è stata pubblicata su Catalisi ACS .
Ci sono due sfide che ostacolano le attuali tecniche di conversione da un'adozione più ampia:bassa resa di olefine e alti costi di produzione. Anche, i recenti approcci alla conversione richiedono idrogeno aggiuntivo, un altro onere di spesa. La linea di fondo? Il costo dell'aggiornamento dell'etanolo deve essere drasticamente ridotto per competere con il petrolio.
Li è in missione per rifare il processo standard, producendo C 3+ olefine ad alta resa e senza idrogeno addizionale. Quando si studiano le reazioni minori in gioco in questo passaggio, La squadra di Li si è concentrata su una potenziale soluzione.
"Mentre pensiamo a questo come un processo, dal lato della chimica quando ingrandisci, ci sono diversi passaggi elementari, " ha detto. "Nel primo passo, produciamo internamente idrogeno:possiamo utilizzare quella bassa concentrazione di idrogeno a valle dove è necessario ed evitare di utilizzare idrogeno aggiuntivo? Per fare questo, dobbiamo sviluppare nuovi catalizzatori; gli standard attuali non possono effettuare questa conversione alla relativa alta temperatura richiesta."
Il team ha sviluppato e testato un catalizzatore composito, un catalizzatore beta di zinco-ittrio combinato con un catalizzatore in lega a singolo atomo. scienziati dei materiali ORNL, incluso il coautore di Li Lawrence Allard, ha aperto la strada all'uso di catalizzatori a singolo atomo, che è stato introdotto in un documento di Nature Chemistry del 2011.
"Le leghe a singolo atomo sono utilizzate per l'idrogenazione selettiva a bassa temperatura, ma nessuno ha ancora segnalato il suo utilizzo in questo tipo di riduzione ad alta temperatura, " ha detto Li. "Sappiamo anche che potremmo facilmente sovra-idrogenare queste molecole, che non sarebbe utilizzabile. La cosa critica qui è stata modulare il rapporto tra idrogeno e butadiene generato durante la reazione".
Il processo è stato un successo:il catalizzatore composito ha ottenuto un etanolo a C 3+ reazione olefinica senza idrogeno esterno e spostato la resa.
"Stiamo raggiungendo il 78% di selettività con una conversione di etanolo del 94%, il più alto riportato in letteratura, " disse Li.
La ricerca è la prima volta a combinare questi catalizzatori e fornisce una nuova comprensione fondamentale di come funzionano questi materiali. La squadra di Li spingerà ulteriormente la tecnica.
"Continueremo a ottimizzare questo processo per ottenere una selettività del catalizzatore ancora maggiore e una maggiore resa in olefina, " ha detto. "L'industria aeronautica richiede combustibili idrocarburi liquidi ad alta densità energetica. Questa nuova tecnologia del catalizzatore è un passo importante verso il raggiungimento di fonti rinnovabili, carburante per l'aviazione sostenibile attraverso la conversione dell'etanolo."
