Ny undersøgelse analyserer levedygtigheden af ​​bæredygtige brændstoffer udviklet gennem ny proces

En teknologi udviklet ved det amerikanske energiministeriums Oak Ridge National Laboratory og opskaleret af Vertimass LLC til at omdanne ethanol til brændstof, der er egnet til luftfart, skibsfart og andre tunge applikationer kan være priskonkurrencedygtige med konventionelle brændstoffer og samtidig bevare bæredygtighedsfordelene ved biobaseret ethanol, ifølge en ny analyse.

ORNL arbejdede sammen med teknologilicenstageren Vertimass og forskere ved 10 andre institutioner om en teknoøkonomisk og en livscyklus-bæredygtighedsanalyse af processen – enkelttrins katalytisk konvertering af ethanol til kulbrinteblandinger, der kan tilsættes til jet, diesel, eller benzinbrændstoffer for at sænke deres drivhusgasemissioner. Denne nye teknologi kaldes Consolidated Dehydration and Oligomerization, eller CADO.

Analysen, udgivet i Proceedings of the National Academy of Sciences , viste, at denne enkelttrinsproces til omdannelse af våd ethanoldamp kunne producere blandingsmaterialer til $2/gigajoule (GJ) i dag og $1,44/GJ i fremtiden, efterhånden som processen forfines, inklusive drifts- og årlige kapitalomkostninger. Dermed, blandingsmaterialet ville være konkurrencedygtigt med konventionelt jetbrændstof fremstillet af olie til historisk høje priser på omkring $100/tønde. Til $60/tønde olie, brugen af ​​eksisterende incitamenter til vedvarende brændstoffer resulterer i prisparitet, den fundne analyse.

Konverteringen gør brug af en type katalysator kaldet en zeolit, som direkte producerer længere kulbrintekæder fra den originale alkohol, i dette tilfælde ethanol, at erstatte en traditionel flertrinsproces med en, der bruger mindre energi og er yderst effektiv.

"Katalysatorens robusthed muliggør direkte omdannelse af våd ethanol, hvilket i høj grad forenkler processen, reducerer omkostningerne ved ethanoloprensning og gør produktionsomkostningerne for kulbrinteblandinger konkurrencedygtige baseret på analysen, " sagde Zhenglong Li, stabsforsker for biomassekatalyse ved ORNL og en samarbejdspartner på projektet.

Mens denne enkelttrins katalyse var effektiv i laboratorieskala, yderligere test og forbedringer fra Vertimass resulterede i endnu højere produktudbytter, når de blev opskaleret 300 gange med kommercielle katalysatorformuleringer. Konverteringsoperationen kan integreres i nye biobrændstofanlæg eller installeres som bolt-on teknologi til eksisterende ethanolfabrikker med minimal ny kapitalinvestering. bemærkede forskerne.

Avancerede biobrændstoffer lover som rent brændende, CO2-neutrale vedvarende energikilder. Målet er at skabe avancerede flydende biobrændstoffer, der kan drage fordel af eksisterende pipeline leveringsinfrastruktur og kan bruges i eksisterende eller avancerede motorer uden tab af ydeevne. Brændstofferne er særligt attraktive for at hjælpe med at reducere nettokulstofemissionerne i tunge motorer, såsom dem i fly, skibe og store erhvervskøretøjer, hvor elektrificering er udfordrende.

I betragtning af de nuværende standarder, det avancerede biobrændstof kunne blandes ved 20 % med petroleumsafledt jetbrændstof og noget højere for benzin, underlagt certificering og verifikation.

I mellemtiden en livscyklusanalyse af konverteringsprocessen viste, at dens drivhusgasemissionsprofil svarer til profilen for den ethanol, der tilføres processen.

"Bæredygtigheden af ​​bio-afledt ethanol, nu for det meste produceret af majs i USA, men nogle er nu fremstillet af majskomfur og efterhånden dedikerede biomasseråvarer som switchgrass, fortsætter med den katalytiske proces, " sagde Brian Davison, chief science officer for DOE's Center for Bioenergy Innovation (CBI) på ORNL og en samarbejdspartner på projektet. CBI forfølger specifikke forskningsmål for en blomstrende bioøkonomi:bæredygtige biomasse-råvareafgrøder; avancerede processer til at nedbryde og omdanne planter til specialbiobrændstoffer; og værdifulde bioprodukter, herunder kemiske råvarer, fremstillet af ligninresten efter biobearbejdning.

"Vores forskere rykker konstant grænserne for, hvad der er muligt for at levere gennembrud for ren energi, " sagde Moe Khaleel, associeret laboratoriedirektør for energi- og miljøvidenskab hos ORNL. "Omdannelsen af ​​ethanol til kulbrinteblandinger udnytter en rigelig indenlandsk energiressource, mens den understøtter udviklingen af ​​blomstrende amerikanske bioøkonomier."

Forbedring af Vertimass til originalen, proces i laboratorieskala omfatter udvikling af billigere former for katalysatoren, samt mere end en fordobling af udbyttet af flydende brændstof, noterede papiret.

Papiret beskriver justeringerne såvel som resultater fra analyser fra Argonne National Laboratory, National Renewable Energy Laboratory, Vertimasse, og ORNL i samarbejde med Dartmouth, Federal Aviation Administration, Boeing, Pennsylvania State University, University of California-Riverside, Imperial College i London, det brasilianske Bioethanol Science and Technology Laboratory, and the Brazilian Center for Research in Energy and Materials.

"This research shows how ethanol, in addition to being a valuable fuel for cars, can be an effective intermediate for sustainable production of low-cost fuels for air travel and heavy-duty vehicles, " said professor Lee Lynd of Dartmouth College, who collaborated on the research and is the corresponding author. "The integration of biological and catalytic technologies shown here reflects the power of such hybrid systems."