В Аргоннской национальной лаборатории учёные разработали инновационную технологию, позволяющую производить экономически выгодное и устойчивое авиационное топливо (SAF), за счёт которого можно будет снизить выбросы парниковых газов в авиации до 70%. Этот метод, известный как анаэробное сбраживание с остановкой метана (MAAD), преобразует высокоорганические сточные воды в летучие жирные кислоты, которые затем конвертируются в SAF.
Хаоран Ву, учёный из Аргоннского университета, отмечает, что летучие жирные кислоты служат основными компонентами для создания SAF и могут существенно поспособствовать декарбонизации авиации, делая производство биотоплива более прибыльным и экологически устойчивым.
Эти исследования поддерживают цели программы Министерства энергетики США, названной Sustainable Aviation Fuel Grand Challenge, которая стремится довести производство SAF до трёх миллиардов галлонов к 2030 году. Целью является обеспечение достаточного количества топлива для полного удовлетворения спроса на коммерческое авиатопливо к 2050 году.
В качестве сырья использованы органически насыщенные сточные воды от пивоварен и молочных ферм. Главная инновация метода состоит в извлечении органического углерода из этих сложных отходов, которые обычно трудно поддаются экономически рациональной обработке.
Оба потока сточных вод богаты органикой, и их очистка с использованием традиционных методов сопряжена с большими выбросами углерода. Благодаря нашей технологии, мы не только очищаем эти потоки, но и создаём низкоуглеродное топливо для авиации
Тэмин Ким, аналитик энергетических систем в Аргоннском университете
Технология открывает новые горизонты, позволяя переработать эти отходы в SAF. Хотя анаэробное сбраживание традиционно известно как метод преобразования биомассы в метан и биотопливо, развитие технологии MAAD, разработанной Мелтем Ургун Демиртас из отдела устойчивых материалов и процессов Аргоннской лаборатории, сосредоточено на производстве летучих жирных кислот (например, масляной кислоты) и молочной кислоты.
Молочные кислоты ранее препятствовали производству SAF из летучих жирных кислот, но технология MAAD от Argonne устраняет это ограничение, увеличивая выход последних.
В качестве ещё одной инновации учёные разработали метод электрохимического разделения, обеспечивающий усовершенствование технологии MAAD с применением мембраны.
Мы разработали процесс извлечения продукта на месте, чтобы увеличить время удерживания в мембранных реакторах, что позволило создать устойчивые микробные сообщества с производителями масляной кислоты и повысить продуктивность и концентрацию, тем самым снизив стоимость её производства и токсичность
Ургун Демиртас, главный исследователь
Обработав экспериментальные данные, специалисты воспользовались инструментами моделирования Аргоннского университета для создания трёх возможных схем преобразования отходов в SAF и сравнили их с традиционным реактивным топливом, изготовленным из ископаемого сырья.
Учёные утверждают, что преобразование отходов в авиационное топливо позволяет значительно снизить выбросы углерода по сравнению с традиционными видами авиатоплива. Исследование также расширяет использование менее популярных видов отходов в условиях увеличения спроса на стандартное биосырьё для производства SAF.
В конечном итоге исследователи стремятся коммерциализировать запатентованный процесс и расширить внедрение технологии. В перспективе устойчивое авиационное топливо способно стать значимым элементом в процессе декарбонизации авиационной отрасли. Несмотря на это, его распространение остаётся на начальной стадии: на данный момент SAF составляет менее 1% от топлива, потребляемого в гражданской авиации, в то время как сектор авиации вносит около 3% в глобальные выбросы парниковых газов. Производство SAF, обладающего большей энергоэффективностью и сопоставимой стоимостью с ископаемым топливом, имеет важное значение для широкого коммерческого использования.
Источник: iXBT
