Ny ethanolkonverteringsmetode kan reducere drivhusgasemissionerne mellem 40 og 96 procent

En måde at øge bæredygtigheden på er at reducere kulstofemissionerne inden for transport. I 2017 overgik drivhusgasemissioner (GHG) fra denne sektor alle andre i USA, tegner sig for næsten 30 % af de samlede drivhusgasemissioner, ifølge United States Environmental Protection Agency.

En strategi, forskere undersøger for at reducere emissioner, er at producere vedvarende brændstoffer, som vedvarende jetbrændstof, med biobrændstofproduktion allerede på plads, såsom ethanol - et brændstof, der er billigt, renere brændende og bredt tilgængelig. Men for at denne strategi skal virke, ethanol skal først omdannes til et kulbrintebrændstof, et skridt, der kan øge de samlede omkostninger.

En banebrydende undersøgelse udgivet i dag afslører Vertimass' nye integrerede, omkostningseffektiv måde at omdanne ethanol til brændstofblandinger, der kan reducere drivhusgasemissioner mellem 40 og 96 procent. Opdagelsen markerer et stort fremskridt i udviklingen af ​​drop-in, eller udskiftelige, biobrændstoffer og kan fremme forskning for at fremme deres anvendelse i luftfarten, Forsendelse, langdistancelastbiler og andre former for tung transport.

Det tværfaglige team bag opdagelsen repræsenterer en bred vifte af akademiske institutioner og industriinstitutioner og omfatter forskere fra U.S. Department of Energy's (DOE) Argonne National Laboratory, samt DOE's National Renewable Energy Laboratory og Oak Ridge National Laboratory.

Forskerne bag undersøgelsen udviklede deres nye tilgang til omdannelse af ethanol ved hjælp af de seneste fremskridt inden for katalyse og procesudvikling. I modsætning til traditionelle metoder, der kræver tre trin, nye fremskridt lader forskere skabe en konverteringsproces, der kombinerede alle tre trin, en foranstaltning, der kunne sænke omkostningerne ved konvertering og miljøaftryk.

For at forstå fuldskalavirkningerne af deres et-trins konverteringsproces, kaldet konsolideret alkoholdehydrering og oligomerisering, eller CADO, forskere evaluerede miljøpåvirkningerne af deres system via en proces kaldet livscyklusanalyse. Forskere vurderede også de tekniske og økonomiske konsekvenser af deres tilgang.

For at tackle denne proces, holdet henvendte sig til forskergruppen i Argonne, der arbejder med drivhusgasser, Regulerede emissioner, og energiforbrug i transport (GREET) model, et kraftfuldt analytisk værktøj, der simulerer energiforbrug og miljøoutput fra forskellige køretøjer og brændstofsystemer. Brugt af næsten 40, 000 mennesker verden over, GREET-platformen kan analysere flere køretøjer og/eller brændstofsystemer, fra råvarer udvindes eller udvindes, til de bortskaffes eller udledes, at beregne energiforbruget og emissionsniveauerne hele vejen igennem.

"GREET er et af de eneste værktøjer derude, der kan give et komplet billede af energi- og miljøpåvirkningerne af et helt køretøj og et helt brændstofsystem, " sagde Michael Wang, lederen af ​​GREET-teamet i Argonne, og en af ​​medforfatterne til undersøgelsen.

Argonne-forskere brugte GREET til at beregne livscyklussen af ​​drivhusgasemissioner produceret af kulbrintebrændstoffer fremstillet af forskellige råmaterialer og omdannelsesmetoder. Nogle af de analyserede råmaterialer – også kendt som råstoffer – var majs og sukkerrør, som er første generations råvarer, samt sukkerrørshalm og majskomfur, som er non-food biomasse, eller anden generations råmaterialer.

"Variationer i råvaren, der bruges til at fremstille ethanol og veje, der bruges til at omdanne det, giver forskellige niveauer af drivhusgasemissioner, " sagde Argonne energisystemanalytiker Pahola Thathiana Benavides, en anden medforfatter.

Wang og Benavides' analyse viste, at kulbrinteblandinger fremstillet ved hjælp af CADO-konverteringsprocessen reducerede drivhusgasemissioner alt fra mellem 40 % op til 96 % afhængigt af råmaterialet og omdannelsesvejen. Udledningen af ​​drivhusgasser faldt med 40 % med majskorn, 70 % med sukkerrørsjuice og 70-96 % med celluloseholdig biomasse som sukkerrørhalm og majskomfur.

"For at bevæge sig mod mere bæredygtig udvikling, vi får brug for brændstoffer, der kan generere færre emissioner, og som er økonomisk gennemførlige, " sagde Benavides. "Dette arbejde er en spændende indikator for, at det er muligt at bygge sådan en fremtid."

Studiet, "Teknoøkonomisk og livscyklusanalyse af enkelttrins katalytisk omdannelse af våd ethanol til fungible brændstofblandinger, " er offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences .