Forskere viser, at jetbrændstoffer fremstillet af planter kan være konkurrencedygtige i forhold til konventionelle fossile brændstoffer

Med et estimeret dagligt brændstofbehov på mere end 5 millioner tønder om dagen, den globale luftfartssektor er utrolig energiintensiv og næsten udelukkende afhængig af oliebaserede brændstoffer. I modsætning til andre energisektorer såsom jordtransport eller bolig- og erhvervsbygninger, luftfartsindustrien kan ikke let skifte til vedvarende energikilder ved hjælp af eksisterende teknologier.

Imidlertid, en ny analyse foretaget af forskere ved Department of Energy's Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) viser, at bæredygtige plantebaserede biojetbrændstoffer kan udgøre et konkurrencedygtigt alternativ til konventionelle petroleumsbrændstoffer, hvis den nuværende udvikling og opskaleringsinitiativer fortsætter med at skubbe frem med succes .

"Teknologisk-økonomisk analyse og livscyklus-reduktion af drivhusgasomkostninger for fem ruter til biojetbrændstofblandinger, " offentliggjort for nylig i tidsskriftet Energi- og miljøvidenskab , giver lovende beviser på, at optimering af biobrændstofproduktionsrørledningen - at tage kulhydratrigt plantemateriale og bruge genetisk modificerede bakterier til at fordøje de isolerede sukkerarter til energitætte molekyler, der derefter kemisk omdannes til et brændstofprodukt - er besværet værd.

"Det er udfordrende at elektrificere luftfarten ved hjælp af batterier eller brændselsceller, delvist på grund af vægtbegrænsningerne på fly, så flydende biobrændstoffer har potentialet til at spille en stor rolle i reduktioner af drivhusgasemissioner, " sagde hovedforfatter Corinne Scown, en forsker i Berkeley Lab's Energy Technologies Area samt DOE's Joint BioEnergy Institute (JBEI). "Teamet hos JBEI har arbejdet på biologiske ruter til avancerede biojetbrændstofblandinger, der ikke kun er afledt af plantebaserede sukkerarter, men også har attraktive egenskaber, der faktisk kunne give en fordel i forhold til konventionelle jetbrændstoffer."

Sådan får du brændstof fra plantemateriale

I øjeblikket, multidisciplinære teams baseret på JBEI er fokuseret på at optimere hver fase af bio-jetbrændstofproduktionsprocessen. Nogle forskere har specialiseret sig i at konstruere ideelle kildeplanter - kaldet biomasse - der skaber en høj andel af kulhydrater og en lav andel af lignin, en type materiale, der fra nu af, er mere udfordrende at gøre brugbar. I mellemtiden andre udvikler metoder til effektivt at isolere kulhydraterne i non-food biomasse og nedbryde dem til sukkermolekyler, som bakterier kan fordøje, eller "biokonverter, " til et brændstofmolekyle. For at opnå det højest mulige udbytte fra biokonvertering, endnu andre JBEI-forskere undersøger, hvilke genetiske og miljømæssige faktorer der gør de modificerede bakterier mere effektive.

Når først disse faser er optimeret, JBEI-forskere kan overføre teknologierne til kommercielle partnere, som derefter kan modificere og blande brændstofferne til brugsklare produkter og udtænke strategier til at industrialisere produktionens omfang. I betragtning af den enorme mængde af eksperimenter og innovation, der er nødvendige for at opnå alt dette, Scown og hendes medforfattere brugte innovative analysemetoder til at vurdere, om virksomheden rent faktisk kunne nå slutspillet med et flybrændstofalternativ, som flyselskaberne ønsker at bruge.

"Vores håb er, at tidligt i forskningsstadierne, vi kan i det mindste simulere, hvordan vi tror, ​​det ville se ud, hvis du udvikler disse brændstofproduktionsruter til modenhed, " sagde Scown. "Hvis du skulle skubbe dem til ethanol benchmark - teknologien til at skabe ethanol fra plantemateriale som majsstilke, blade, og kolber har eksisteret længe, og vi kan fermentere sukkerarter med en effektivitet på 90 procent – ​​hvor tæt ville det bringe os på markedsprisen på oliebrændstoffer? Det er vigtigt at vide nu.

"Heldigvis svaret er, at de kan være levedygtige. Og vi har identificeret forbedringer, der skal ske under hele konverteringsprocessen for at få det til at ske."

At forestille sig produktionsprocessen i stor skala

På grund af biomassedekonstruktion og brændstofsynteseteknologier udviklet hos JBEI, de teoretiske omkostninger for biojetbrændstof er faldet støt i de seneste år og er i øjeblikket så lavt som $16 pr. gallon, sammenlignet med $300, 000 pr. gallon, da JBEI blev etableret, ifølge medforfatter og JBEI postdoc-stipendiat Nawa Baral. Prisen for standard jetbrændstof er omkring $2,50 pr. gallon.

For at undersøge, hvordan biojetbrændstof kan bygge bro over det resterende prisgab, forskerholdet brugte komplekse computersimuleringer, der modellerede den nødvendige teknologi og efterfølgende omkostninger til komplet, opskalerede produktionsveje på forskellige effektivitetsniveauer og med en række biomasse og kemiske input. Forfatterne simulerede i alt fem forskellige produktionsveje til fire forskellige brændstofmolekyler.

Resultaterne viste, at alle fem veje faktisk kunne skabe brændstofprodukter til målprisen på $2,50 pr. af biobrændstoffer. Nettoprisen på en gallon biobrændstof kunne sænkes yderligere, hvis flyselskaberne blev tilbudt selv en beskeden økonomisk kredit for emissionsreduktion.

Efter nogle industriundersøgelser, holdet fandt også ud af, at flyselskaberne kan være villige til at betale en præmie på så meget som halvtreds cents per gallon, fordi alle fire biobrændstoffer leverer mere energi per volumenenhed, hvilket betyder, at et fly kunne flyve længere på en tank af samme størrelse.

"Udviklingen af ​​plantebaserede forbindelser, der har en præstationsfordel i forhold til deres oliebaserede modstykker, er en vigtig faktor for at bestemme deres markedspladsens levedygtighed, " sagde Blake Simmons, en medforfatter og Chief Science and Technology Officer hos JBEI.

Imidlertid, lige så lovende som disse resultater er, at få biobrændstofproduktionsteknologien til de guldstandardudbytter, der antages i disse simuleringer, vil kræve yderligere fremskridt.

"Det er klart, at få disse brændstoffer til kommerciel levedygtighed, vi har brug for alle hænder på dækket, Scown bemærkede. "Men denne analyse fremhæver vigtigheden af ​​multiinstitutionelle, Integrative forskningscentre som JBEI, fordi ingen gruppe, der arbejder på én fase af processen alene, kan få det til at ske."