Un modo per aumentare la sostenibilità è ridurre le emissioni di carbonio all'interno dei trasporti. Nel 2017 le emissioni di gas serra (GHG) di questo settore hanno superato tutte le altre negli Stati Uniti, che rappresentano quasi il 30% delle emissioni totali di GHG, secondo l'Agenzia per la protezione dell'ambiente degli Stati Uniti.

Una strategia che i ricercatori stanno esplorando per ridurre le emissioni è quella di produrre combustibili rinnovabili, come carburante rinnovabile per aerei, con la produzione di biocarburanti già in atto, come l'etanolo, un carburante a basso costo, combustione più pulita e ampiamente disponibile. Ma affinché questa strategia funzioni, l'etanolo deve prima essere convertito in un combustibile idrocarburico, un passo che potrebbe aumentare i costi complessivi.

Uno studio pionieristico pubblicato oggi rivela il nuovo integrato di Vertimass, modo conveniente per convertire l'etanolo in miscele di combustibili in grado di ridurre le emissioni di gas serra tra il 40 e il 96 percento. La scoperta segna un importante passo avanti nello sviluppo di drop-in, o intercambiabile, biocarburanti e può promuovere la ricerca per far avanzare il loro uso nel settore dell'aviazione, spedizione, camion a lungo raggio e altre forme di trasporto pesante.

Il team multidisciplinare dietro la scoperta rappresenta una vasta gamma di istituzioni accademiche e industriali e comprende ricercatori del Laboratorio nazionale Argonne del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE), così come il National Renewable Energy Laboratory del DOE e l'Oak Ridge National Laboratory.

I ricercatori dietro lo studio hanno sviluppato il loro nuovo approccio per convertire l'etanolo utilizzando gli ultimi progressi nella catalisi e nello sviluppo dei processi. A differenza dei metodi tradizionali che richiedono tre passaggi, nuovi progressi consentono ai ricercatori di creare un processo di conversione che combina tutti e tre i passaggi, una misura che potrebbe abbassare i costi di conversione e l'impronta ambientale.

Per comprendere gli impatti su vasta scala del loro processo di conversione in un'unica fase, chiamato disidratazione alcolica consolidata e oligomerizzazione, o CADO, i ricercatori hanno valutato gli impatti ambientali del loro sistema tramite un processo chiamato analisi del ciclo di vita. I ricercatori hanno anche valutato gli impatti tecnici ed economici del loro approccio.

Per affrontare questo processo, il team si è rivolto al gruppo di ricerca di Argonne che lavora sui gas serra, Emissioni Regolate, ed Energy use in Transportation (GREET) modello, un potente strumento analitico che simula l'uso di energia e le emissioni ambientali di vari veicoli e sistemi di alimentazione. Usato da quasi 40, 000 persone in tutto il mondo, la piattaforma GREET può analizzare più veicoli e/o sistemi di alimentazione, da quando le materie prime vengono estratte o estratte a quando vengono smaltite o emesse, calcolare il consumo energetico e i livelli di emissione in tutto.

"GREET è uno dei pochi strumenti disponibili in grado di fornire un quadro completo degli impatti energetici e ambientali di un intero veicolo e sistema di alimentazione, " ha detto Michael Wang, il leader del team GREET ad Argonne, e uno dei coautori dello studio.

I ricercatori di Argonne hanno utilizzato GREET per calcolare le emissioni di gas a effetto serra del ciclo di vita prodotte da combustibili idrocarburi ottenuti da diverse materie prime e metodi di conversione. Alcune delle materie prime, note anche come materie prime, analizzate erano mais e canna da zucchero, che sono materie prime di prima generazione, così come paglia di canna da zucchero e stufato di mais, che sono biomasse non alimentari, o le materie prime di seconda generazione.

"Variazioni nella materia prima utilizzata per produrre etanolo e percorsi utilizzati per convertirlo, produrre diversi livelli di emissioni di gas serra, ", ha affermato Pahola Thathiana Benavides, analista dei sistemi energetici di Argonne, un altro coautore.

L'analisi di Wang e Benavides ha mostrato che le miscele di idrocarburi realizzate utilizzando il processo di conversione CADO hanno ridotto le emissioni di gas serra dal 40% al 96%, a seconda della materia prima e del percorso di conversione. Le emissioni di gas serra sono diminuite del 40% con il mais, 70% con succo di canna da zucchero e 70-96% con biomassa cellulosica come paglia di canna da zucchero e stufato di mais.

"Per andare verso uno sviluppo più sostenibile, avremo bisogno di combustibili che possano generare meno emissioni e che siano economicamente fattibili, " Benavides ha detto. "Questo lavoro è un indicatore entusiasmante che costruire un tale futuro è possibile".

Lo studio, "Analisi tecnoeconomica e del ciclo di vita della conversione catalitica in un'unica fase di etanolo umido in miscele di combustibili fungibili, " è pubblicato nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .