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Questa settimana, gli esperti del settore dell'aviazione si uniscono ai migliori ricercatori energetici della nazione per discutere le strategie per un trasporto aereo più pulito che renda la nazione meno dipendente dai combustibili fossili tradizionali mentre rallenta il cambiamento climatico.
Il loro scambio di idee generali rappresenta solo una piccola parte delle soluzioni che gli scienziati del National Renewable Energy Laboratory (NREL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti stanno esplorando nella corsa per ridurre le emissioni di alcuni dei settori dei trasporti che pongono le maggiori sfide .
Gli aerei rappresentano oltre l'8% di tutte le emissioni di gas serra (GHG) legate ai trasporti degli Stati Uniti, mentre le navi e i treni producono meno del 2% di queste emissioni. Anche così, una singola nave portacontainer può emettere tanto anidride carbonica quanto 75.000 auto e tanto ossido di azoto e particolato quanto 2,5 milioni di auto. I veicoli pesanti utilizzati per il trasporto merci transcontinentale generano il 23% delle emissioni di gas serra della nazione.
I requisiti di peso, potenza e ciclo di lavoro di queste modalità di trasporto, che sono congiuntamente responsabili di quasi tutti i movimenti delle merci, le rendono notoriamente difficili da elettrificare. Allo stesso tempo, il Paese può raggiungere gli obiettivi di cambiamento climatico solo con tagli profondi delle proprie emissioni. I ricercatori NREL stanno lavorando con i partner, compresi quelli rappresentati al Forum dei partner del laboratorio, per affrontare questi problemi con innovazioni di combustione e combustibili convenienti e ad alte prestazioni progettate per ridurre l'impronta di carbonio rafforzando al contempo la sicurezza energetica nazionale e la resilienza della catena di approvvigionamento.
"Da un lato, stiamo assistendo a un passaggio relativamente rapido alle auto elettriche. È più difficile, tuttavia, eliminare virtualmente le emissioni di carbonio nei settori dell'aviazione, della marina e dei trasporti pesanti, che continueranno a fare affidamento sui combustibili liquidi", ha affermato NREL Gina Fioroni, Senior Scientist e Responsabile del Gruppo Combustibili e Combustibili. "Il nostro team sta lavorando per garantire che i nuovi combustibili provenienti da fonti sostenibili brucino in modo più pulito, mantenendo le merci e le persone in movimento."
La ricerca rivela come i combustibili biologici possono ridurre le emissioni di gas a effetto serra
Le recenti scoperte di NREL offrono il potenziale per ridurre le emissioni di gas serra degli autocarri diesel e degli aerei rispettivamente dal 60% all'84%. Il laboratorio sta esplorando opzioni che possono fornire riduzioni di emissioni simili per treni e navi marittime.
Finora, le materie prime a base biologica, compresi i residui di biomassa legnosa, i residui agricoli, le alghe e i rifiuti solidi urbani, si mostrano promettenti come fonti rinnovabili per la produzione di questi nuovi combustibili. I ricercatori NREL valutano i combustibili candidati per efficienza, prestazioni e stabilità, nonché fattori tecnico-economici inclusi i costi di produzione e le catene di approvvigionamento delle materie prime.
La leadership scientifica di lunga data di NREL ha portato a scoperte significative su come le proprietà del carburante influiscono sul funzionamento del motore. Insieme alla comprensione da parte del laboratorio delle priorità del settore, nonché alle capacità avanzate di simulazione e apprendimento automatico, questa esperienza fornisce le informazioni necessarie per un rapido sviluppo di carburanti sostenibili validi per il mercato per i settori dei camion a lungo raggio, ferroviario, marittimo e dell'aviazione. La ricerca del laboratorio collega i punti tra le proprietà del carburante, la struttura molecolare e la meccanica del motore, fornendo informazioni cruciali al settore per individuare progetti per applicazioni specifiche.
L'identificazione di carburanti affidabili ed efficaci con un'impronta di carbonio ridotta e un potenziale per la produzione su scala commerciale si basa su una comprensione sofisticata di come le proprietà del carburante influiscono sulla combustione del motore. Un'innovativa combinazione di misurazioni delle proprietà del carburante, modelli chimici a livello molecolare e simulazioni di calcolo ad alte prestazioni consente ai ricercatori NREL di individuare le migliori soluzioni pulite, efficienti e convenienti per ciascuna modalità.
Le simulazioni riducono al minimo i tempi e i costi delle valutazioni delle prestazioni del carburante
La produzione di grandi quantità di carburante per l'aviazione necessaria per ottenere l'approvazione dall'autorità per gli standard del settore ASTM International è particolarmente costosa. Con le simulazioni, i ricercatori possono valutare accuratamente le prestazioni del carburante in ore o minuti, invece di fare affidamento su costose valutazioni basate su apparecchiature che possono richiedere mesi. Il team NREL può valutare rapidamente le interazioni dei carburanti con i motori a turbina degli aeroplani e i motori diesel odierni per locomotive, navi e camion, nonché esplorare come i nuovi carburanti potrebbero funzionare con le tecnologie dei motori di prossima generazione di domani.
"Siamo stati fortunati a lavorare con così tanti grandi partner, dai produttori di apparecchiature agli operatori, alle associazioni di settore, ad altri istituti di ricerca e alle autorità di certificazione", ha affermato Robert McCormick, Senior Research Fellow di NREL e capo del team Advanced Biofuels. "Hanno chiarito quanto sia complesso, dispendioso in termini di tempo e rischioso immettere nuovi combustibili sul mercato. Il lavoro del nostro team tiene conto di queste considerazioni, con l'obiettivo di immettere sul mercato nuovi combustibili migliori e praticabili prima."
Il team NREL ha relazioni di lunga data con organizzazioni come ASTM, UL e l'Organizzazione internazionale per la standardizzazione, che sono responsabili della definizione degli standard e delle pratiche del settore. I ricercatori lavorano anche a stretto contatto con partner che producono e gestiscono attrezzature per autotrasporti, aviazione, ferrovie, costruzioni, miniere, militari e agricole, insieme ad aziende che producono carburante e attrezzature per infrastrutture.
Inoltre, il laboratorio continua a colmare la transizione verso la piena elettrificazione dei veicoli leggeri e medi con strategie per massimizzare nel frattempo l'uso di biocarburanti. Contemporaneamente, i ricercatori NREL stanno lavorando per migliorare le prestazioni e la sicurezza delle batterie per i veicoli elettrici.
"L'uso di combustibili a basse emissioni di carbonio a combustione pulita è solo una delle strategie necessarie per raggiungere emissioni nette zero per l'aviazione e altre forme di trasporto", ha affermato Fioroni. "Questo non solo aiuterà a combattere il cambiamento climatico, ma si tradurrà anche in un sistema più forte per il trasporto merci, fornendo forniture critiche all'industria e ai consumatori e fornendo i prodotti di cui abbiamo bisogno in tutto il paese e in tutto il mondo". + Esplora ulteriormente
