Napravljeno od obnovljivih materijala kao što su biomasa i poljoprivredni otpad, održivo vazduhoplovno gorivo ima ogroman potencijal za dekarbonizaciju vazduhoplovne industrije. Ali široko usvajanje tek treba da počne.
Održivo vazduhoplovno gorivo (SAF) čini manje od 1% goriva koje se koristi u vazduhoplovnoj industriji, dok avio gorivo doprinosi oko 3% globalne emisije gasova staklene bašte (GHG). Proizvodnja SAF-a koji je energetski efikasniji, jeftiniji i konkurentniji sa fosilnim mlaznim gorivom je od ključnog značaja za široku komercijalnu upotrebu.
Sada su naučnici u Nacionalnoj laboratoriji Argonne razvili novu tehnologiju koja stvara jeftin SAF koji bi mogao da smanji emisije GHG u vazduhoplovnoj industriji do 70%. Argonov životni ciklus i tehno-ekonomski modeli su korišćeni za analizu uticaja na životnu sredinu i ekonomsku održivost Vojske Srbije.
Istraživanje u ACS održiva hemija i inženjerstvo pokazuje da nova tehnologija anaerobne digestije (MAAD) koja zaustavlja metan pretvara organsku otpadnu vodu visoke čvrstoće u isparljive masne kiseline, koje se mogu nadograditi u SAF.
Kao ključni prekursori za proizvodnju SAF-a, isparljive masne kiseline mogu igrati ključnu ulogu u dekarbonizaciji vazduhoplovne industrije, rekao je Haoran Vu, postdoktorski istraživač iz Argona.
„Hlapljive masne kiseline iz otpadnih tokova mogu učiniti proizvodnju biogoriva isplativijom i održivijom“, rekao je Vu. „Argonneova nova tehnologija koristi bioreaktor sa membranom da poboljša proizvodnju isparljivih masnih kiselina.“
Istraživanje unapređuje ciljeve navedene u Velikom izazovu za održivo gorivo u vazduhoplovstvu DOE koji ima za cilj da poveća proizvodnju SAF-a na tri milijarde galona do 2030. godine. Cilj je da se proizvede dovoljno goriva da se zadovolji 100% potražnje za komercijalnim avionskim gorivom do 2050. godine.
Biogorivo je traženo za dekarbonizaciju sektora koje je teško elektrificirati kao što je avijacija. Pretvaranje biomase u biogorivo je složen proces koji uključuje varijable u organskim materijalima koji se koriste kao sirovine, kao i tehnologije konverzije, odvajanja i prečišćavanja kako bi se zadovoljile specifikacije goriva.
Umesto da se oslanjaju na konvencionalnije resurse poput masti, ulja i masti, naučnici su koristili otpadnu vodu bogatu ugljenikom iz pivara i farmi mleka kao sirovinu za svoju inovativnu tehnologiju. U ključnom napretku, tehnologija uklanja organski ugljenik iz ovih tokova otpada visoke čvrstoće koje je inače teško isplativo tretirati.
„Oba toka otpadnih voda su bogata organskim materijama, a prečišćavati ih je sa visokim ugljikom koristeći tradicionalne metode prečišćavanja otpadnih voda“, rekao je autor studije Taemin Kim, analitičar energetskih sistema Argonne. „Koristeći našu tehnologiju, ne samo da tretiramo ove tokove otpada, već pravimo održivo gorivo sa niskim sadržajem ugljenika za vazduhoplovnu industriju.“
Argonne-ova tehnologija takođe otvara novi teren u pretvaranju ovih tokova otpada u SAF.
Anaerobna digestija je uspostavljena tehnologija za pretvaranje biomase u metan, a zatim u biogorivo. Razvijenu od strane Meltema Urguna Demirtasa, menadžera odeljenja za održive materijale i procese u Argonu, MAAD tehnologija se umesto toga fokusira na proizvodnju isparljivih masnih kiselina (kao što je buterna kiselina) i mlečne kiseline.
Međutim, mlečne kiseline ograničavaju proizvodnju SAF-a iz isparljivih masnih kiselina. Tehnologija Argonne MAAD prevazilazi to ograničenje i povećava prinos isparljivih masnih kiselina.
„Mlečna kiselina smanjuje efikasnost ugljenika pri pretvaranju isparljivih masnih kiselina u SAF“, rekao je Vu. „Stoga je ključno pomeranje konverzije sa mlečne kiseline na proizvodnju isparljivih masnih kiselina.“
U još jednoj novoj inovaciji, naučnici su razvili metodu elektrohemijskog odvajanja kako bi poboljšali MAAD tehnologiju uz pomoć membrane.
„Razvili smo proces oporavka proizvoda na licu mesta da bismo povećali vreme zadržavanja u digestorima koji su potpomognuti membranom, što je omogućilo otpornim mikrobnim zajednicama sa obilnim proizvođačima maslačne kiseline i povećanjem produktivnosti i koncentracije kiseline, a samim tim i smanjenjem troškova proizvodnje kiseline i toksičnosti kiseline“, rekao je Urgun. Demirtas, glavni istraživač istraživanja.
Sa eksperimentalnim podacima, naučnici su koristili Argonneove napredne alate za simulaciju i modeliranje kako bi dizajnirali tri moguća putanja od otpada do SAF-a i uporedili ih sa konvencionalnim mlaznim gorivom proizvedenim iz fosilnog goriva.
Koristeći modele procesa, naučnici su sproveli tehno-ekonomsku analizu i analizu životnog ciklusa puteva. Analiza životnog ciklusa je sprovedena korišćenjem Argonneovog modela za istraživanje i razvoj gasova staklene bašte, regulisanih emisija i korišćenja energije u tehnologijama (R&D GREET) da bi se procenili uticaji staklene bašte od proizvodnje do krajnje upotrebe.
Naučnici kažu da je put od otpada do avionskog goriva značajno smanjio emisije ugljenika u poređenju sa konvencionalnim mlaznim gorivom. Studija takođe proširuje upotrebu otpadnih materijala koji se manje koriste u vreme kada potražnja za tipičnim bio-sirovinama za SAF dovodi do nedostatka.
Dok će se istraživanje nastaviti, naučnici se nadaju da će komercijalizovati proces koji je na čekanju za patent i proširiti tehnologiju za široku upotrebu.
„Dizajniranje tehnologije potpomognute membranom koja postiže smanjenje gasova staklene bašte za 70% po ceni koja je uporediva sa konvencionalnim mlaznim gorivom je značajan napredak“, rekao je Vu.
„Nastavićemo da radimo na poboljšanju održivosti i da počnemo da istražujemo druge sirovine za upotrebu sa našom tehnologijom.
