Energiteamet udvikler processer til at øge biobaseret flybrændstof

Fly zoomer over hovedet, tjavset-hvide konturer strømmer bag dem. Federal Aviation Administration (FAA) håndterede 43, 684 flyvninger, gennemsnitlig, hver dag sidste år, og amerikanske militær- og kommercielle flyvninger brugte tilsammen over 20 milliarder gallons jetbrændstof.

Alle disse emissioner tæller sammen. Verdens flyrejser bidrog med 815 millioner tons CO2-emissioner i 2016 - to procent af den globale menneskeskabte total, ifølge International Air Transport Association. Og den globale lufttrafik bremses ikke. IATA forudsiger, at 7,2 milliarder passagerer vil rejse med fly i 2035, næsten en fordobling af de 3,8 milliarder, der fløj i 2016.

Så hvordan gør vi flyrejser nemmere for miljøet? University of Delaware forskere arbejder på at udvikle et alternativt jetbrændstof. I stedet for petroleum, UD-forskere ønsker at drive fly med majskolber og træflis – ting, du generelt er ligeglad med, medmindre du er et jordsvin eller en bæver, der leder efter rester.

I UD's Harker Interdisciplinary Science and Engineering Laboratory, forskere transformerer sådant plantemateriale, kendt videnskabeligt som lignocelluloseholdig biomasse, til grønne produkter, herunder nye brændstoffer og kemikalier. Forskerne er tilknyttet Catalysis Center for Energy Innovation (CCEI), et Energy Frontier Research Center støttet af det amerikanske energiministerium. Baseret på UD, centret samler forskere fra ni institutioner for at arbejde med udfordringer med ren energi.

En af de største forhindringer for fremstilling af vedvarende jetbrændstof, ifølge CCEI Associate Director Basudeb Saha, øger hastigheden og effektiviteten af ​​to kritiske kemiske processer - kobling og deoxygenering. Da plantematerialet centret arbejder med har et lavt kulstofindhold, når det først er nedbrudt fra et fast stof til en væske, kulstofmolekylerne skal sys kemisk sammen eller "kobles" for at skabe molekyler med højt kulstofindhold i jetbrændstofområdet. Derefter skal ilten fjernes fra disse molekyler for at danne forgrenede kulbrinter. Denne forgrening er afgørende for at forbedre strømmen af ​​brændstof ved frysetemperaturerne ved kommerciel flyvning.

"Internationale fly kan flyve i en højde af 35, 000 fod, hvor udetemperaturen kunne være så lav som -14°C, " siger Saha, der leder et vedvarende jetbrændstofprojekt i centret. "Det er den temperatur, som et fly skal køre ved, og brændstoffet kan ikke fryses."

Fremskyndelse af produktionen af ​​vedvarende jetbrændstof

Efterspørgslen fortsætter efter ikke-oliebaseret brændstof til luftfart. For mere end ti år siden, FAA havde sat et mål om at bruge 1 milliard gallons vedvarende jetbrændstof inden 2018. Ifølge IATA, Bæredygtige flybrændstoffer er en integreret del af dens stræben efter CO2-neutral vækst fra 2020 og frem, og til en reduktion på 50 procent i nettokulstofemissionerne i 2050 (i forhold til 2005-niveauer). Men der bliver ikke produceret nok mængder af dette alternative brændstof, heller ikke til en konkurrencedygtig pris.

I øjeblikket, flere amerikanske virksomheder fremstiller vedvarende jetbrændstof fra materialer som triglycerider udvundet af brugt olie og fedt, eller fra en kombination af kulilte og brint kaldet syngas. Et firma bruger alger som kildemateriale og har endda en underjordisk rørledning til Los Angeles Lufthavn (LAX), hvor en procentdel bliver blandet med konventionelt jetbrændstof, siger Saha.

Imidlertid, Forarbejdning af dette ikke-konventionelle materiale kræver høje temperaturer—350°C (662°F)—og også højt tryk.

Ikke sådan med de træflis og majskolber på UD, hvor Saha og hans kolleger har udviklet nye katalysatorer - såkaldte "kemiske geder" - der kickstarter de kemiske reaktioner, der kan omdanne dette plantemateriale til brændstof. En af disse katalysatorer, lavet af billig grafen, ligner en honningkage af kulstofmolekyler. Dens unikke overfladeegenskaber øger hastigheden af ​​koblingsreaktionen. Den fungerer også ved lav temperatur (60°C). En anden katalysator fjerner ilt på en energieffektiv måde og producerer høje udbytter af forgrenede molekyler, op til 99 pct. velegnet til jetbrændstof. Begge katalysatorer er genanvendelige, og processerne er skalerbare.

"Den lave temperatur og høje selektivitet af vores proces kan muliggøre omkostningseffektiv og bæredygtig produktion af biobaseret flybrændstof fra lignocelluloseholdig biomasse, " siger Saha.

Forskningen er detaljeret beskrevet i tre nyere videnskabelige artikler:"Solventless C–C Coupling of Low Carbon Furanics to High Carbon Fuel Precursors Using an Improved Graphene Oxide Carbocatalyst"  og "Hydrodeoxygenation of Furylmethane Oxygenates to Jet and Diesel Range Fuels:Probing the Reaction Network Understøttet Palladium Catalyst og Hafnium Triflate Promoter" dukkede begge op i ACS katalyse , som er udgivet af American Chemical Society, og "Katalytisk hydrodeoxygenering af furylmethaner med højt kulstofindhold til vedvarende jet-brændstof-alkaner over en rhenium-modificeret iridiumkatalysator" blev omtalt i ChemSusChem .