Ученые Аргоннской национальной лаборатории разработали технологию, которая позволяет создавать конкурентоспособное по цене устойчивое авиационное топливо (SAF), способное сократить выбросы парниковых газов в авиационной промышленности до 70%. Эта технология анаэробного сбраживания с остановкой метана (MAAD) преобразует высококонцентрированные органические сточные воды в летучие жирные кислоты, которые можно преобразовать в SAF.
По словам Хаорана Ву, научного сотрудника из Аргоннского университета, летучие жирные кислоты, являясь ключевыми прекурсорами для производства SAF, могут играть решающую роль в декарбонизации авиационной промышленности и сделать производство биотоплива более рентабельным и устойчивым.
Исследование способствует достижению целей, изложенных в программе Министерства энергетики США Sustainable Aviation Fuel Grand Challenge, которая направлена на увеличение производства SAF до трёх миллиардов галлонов к 2030 году. Цель состоит в том, чтобы производить достаточно топлива для покрытия 100% спроса на коммерческое авиатопливо к 2050 году.
Учёные использовали богатые углеродом сточные воды пивоваренных заводов и молочных ферм в качестве сырья. В ключевом достижении технология удаляет органический углерод из этих высококонцентрированных потоков отходов, которые в противном случае было бы трудно обработать экономически эффективно.
Оба потока сточных вод богаты органикой, и их очистка с использованием традиционных методов очистки сопряжена с большими выбросами углерода. Используя нашу технологию, мы не только очищаем эти потоки отходов, но и производим низкоуглеродное устойчивое топливо для авиационной промышленностиавтор исследования Тэмин Ким, аналитик энергетических систем Аргоннского университета
Технология также открывает новые горизонты в переработке этих отходов в SAF. Анаэробное сбраживание — устоявшаяся технология преобразования биомассы в метан, а затем в биотопливо. Разработанная Мелтем Ургун Демиртас, менеджером отдела устойчивых материалов и процессов в Аргонне, технология MAAD вместо этого фокусируется на производстве летучих жирных кислот (таких как масляная кислота) и молочной кислоты.
Однако молочные кислоты ограничивают производство SAF из летучих жирных кислот. Технология Argonne MAAD преодолевает это ограничение, увеличивая выход летучих жирных кислот.
В рамках ещё одной инновационной разработки учёные разработали метод электрохимического разделения для усовершенствования технологии MAAD с использованием 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 кислоты, тем самым снизив стоимость производства кислоты и её токсичностьУргун Демиртас, главный исследователь исследования
Используя экспериментальные данные, учёные использовали инструменты моделирования Аргоннского университета для разработки трёх возможных путей превращения отходов в SAF и сравнили их с обычным реактивным топливом, полученным из ископаемого топлива.
Учёные утверждают, что путь переработки отходов в авиационное топливо значительно сокращает выбросы углерода по сравнению с обычным реактивным топливом. Исследование также расширяет использование менее используемых отходов в то время, когда спрос на типичное биосырье для SAF приводит к дефициту.
В конечном итоге учёные надеются коммерциализировать запатентованный процесс и масштабировать технологию для широкого использования. Устойчивое авиационное топливо имеет большой потенциал для декарбонизации авиационной отрасли. Но его широкое внедрение ещё не началось. Устойчивое авиационное топливо (SAF) составляет менее 1% топлива, используемого в авиационной промышленности, в то время как авиационное топливо вносит около 3% в глобальные выбросы парниковых газов (ПГ). Производство SAF, которое является более энергоэффективным, дешёвым и конкурентоспособным по стоимости с ископаемым реактивным топливом, имеет большое значение для широкого коммерческого использования.