Una tecnología desarrollada en el Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía de EE. UU. Y ampliada por Vertimass LLC para convertir el etanol en combustibles adecuados para la aviación, El transporte marítimo y otras aplicaciones de servicio pesado pueden tener un precio competitivo con los combustibles convencionales y, al mismo tiempo, conservar los beneficios de sostenibilidad del etanol de base biológica. según un nuevo análisis.

ORNL trabajó con el licenciatario de tecnología Vertimass e investigadores de otras 10 instituciones en un análisis tecnoeconómico y de sostenibilidad del ciclo de vida del proceso:conversión catalítica de un solo paso de etanol en mezclas de hidrocarburos que se pueden agregar al jet, diesel, o combustibles de gasolina para reducir sus emisiones de gases de efecto invernadero. Esta nueva tecnología se llama Deshidratación y Oligomerización Consolidadas, o CADO.

El analisis, publicado en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias , demostró que este proceso de un solo paso para convertir el vapor de etanol húmedo podría producir mezclas de mezclas a $ 2 / gigajulio (GJ) hoy y $ 1,44 / GJ en el futuro a medida que se refina el proceso, incluidos los costos operativos y de capital anualizados. Por lo tanto, el stock de mezcla sería competitivo con el combustible para aviones convencional producido a partir del petróleo a precios históricamente altos de alrededor de $ 100 por barril. A $ 60 / barril de petróleo, el uso de incentivos existentes para combustibles renovables resulta en paridad de precios, el análisis encontrado.

La conversión utiliza un tipo de catalizador llamado zeolita, que produce directamente cadenas de hidrocarburos más largas a partir del alcohol original, en este caso etanol, Reemplazar un proceso tradicional de varios pasos por uno que usa menos energía y es altamente eficiente.

"La robustez del catalizador permite la conversión directa de etanol húmedo, lo que simplifica enormemente el proceso, reduce el costo de purificación de etanol y hace que los costos de producción de mezcla de hidrocarburos sean competitivos según el análisis, "dijo Zhenglong Li, científico de planta para catálisis de biomasa en ORNL y colaborador del proyecto.

Si bien esta catálisis de un solo paso fue efectiva a escala de laboratorio, Las pruebas y mejoras adicionales de Vertimass dieron como resultado rendimientos de producto aún más altos cuando se amplió 300 veces con formulaciones de catalizadores comerciales. La operación de conversión podría integrarse en nuevas plantas de biocombustibles o instalarse como tecnología incorporada a las plantas de etanol existentes con una mínima inversión de capital nuevo. anotaron los investigadores.

Los biocombustibles avanzados son prometedores como combustibles limpios, fuentes de energía renovables neutrales en carbono. El objetivo es crear biocombustibles líquidos avanzados que puedan aprovechar la infraestructura de suministro de tuberías existente y puedan usarse en motores existentes o avanzados sin pérdida de rendimiento. Los combustibles son particularmente atractivos para ayudar a reducir las emisiones netas de carbono en motores de servicio pesado como los de los aviones. barcos y vehículos comerciales grandes donde la electrificación es un desafío.

Dados los estándares actuales, el biocombustible avanzado podría mezclarse al 20% con combustible para aviones derivado del petróleo y algo más alto para la gasolina, sujeto a certificación y verificación.

Mientras tanto, un análisis del ciclo de vida del proceso de conversión encontró que su perfil de emisiones de gases de efecto invernadero es similar al del etanol alimentado al proceso.

"La sostenibilidad del etanol bioderivado, ahora se produce principalmente a partir de maíz en los Estados Unidos, pero algunos ahora se hacen a partir de rastrojos de maíz y, finalmente, materias primas de biomasa dedicadas como la hierba varilla, lleva a cabo el proceso catalítico, "dijo Brian Davison, director científico del Centro de Innovación en Bioenergía (CBI) del DOE en ORNL y colaborador del proyecto. CBI persigue objetivos de investigación específicos para una bioeconomía próspera:cultivos sostenibles como materia prima de biomasa; procesos avanzados para descomponer y convertir plantas en biocombustibles especiales; y bioproductos valiosos, incluidas las materias primas químicas, elaborado a partir del residuo de lignina después del bioprocesamiento.

"Nuestros científicos superan constantemente los límites de lo que es posible para ofrecer avances en materia de energía limpia, "dijo Moe Khaleel, director asociado del laboratorio de Ciencias Energéticas y Ambientales de ORNL. "La conversión de etanol en mezclas de hidrocarburos aprovecha un abundante recurso energético nacional al tiempo que apoya el desarrollo de bioeconomías estadounidenses prósperas".

Refinamientos de Vertimass al original, Los procesos a escala de laboratorio incluyen el desarrollo de formas más baratas del catalizador, as well as more than doubling the liquid fuel yield, the paper noted.

The paper details the refinements as well as results from analyses by Argonne National Laboratory, the National Renewable Energy Laboratory, Vertimass, and ORNL in collaboration with Dartmouth, the Federal Aviation Administration, Boeing, Pennsylvania State University, University of California-Riverside, Imperial College of London, the Brazilian 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."