La aviación aporta aproximadamente el 2,5% de las emisiones mundiales de dióxido de carbono. Para reducir en gran medida sus emisiones, El sector de la aviación comercial de EE. UU. necesita nuevos métodos para producir combustible de aviación sostenible. Crédito:Ross Parmly / Unsplash
La descarbonización del transporte aéreo es fundamental para cumplir los objetivos climáticos de EE. UU. Y mejorar la economía energética de la nación. Pero las tecnologías que están transformando los automóviles, como los motores eléctricos y los combustibles de hidrógeno, son difíciles de implementar en los aviones.
Una batería lo suficientemente potente como para alimentar un avión sería prohibitivamente pesada. El hidrógeno tiene solo una cuarta parte de la densidad de energía que el combustible para aviones (y muchas veces más caro), pero requeriría grandes y complejos tanques de almacenamiento a bordo. Para reducir en gran medida sus emisiones, El sector de la aviación comercial de EE. UU. necesitará nuevos métodos para fabricar combustible de aviación sostenible.
El bien establecido, El mercado de etanol de costo competitivo brinda la oportunidad de cambiar la composición del combustible para aviones y otros productos combustibles lejos del petróleo. La Oficina de Eficiencia Energética y Energías Renovables de la Oficina de Tecnologías de Bioenergía del Departamento de Energía se centra en el desarrollo de combustibles industrialmente viables utilizando biomasa renovable. incluidos los esfuerzos de los laboratorios nacionales para producir biocombustibles directos compatibles con los sistemas de aeronaves actuales.
En el primer paso de un proceso de varios pasos de etanol a combustible para aviones desarrollado por el Laboratorio Nacional Oak Ridge del DOE, se utiliza un catalizador para convertir el etanol en C rico en buteno 3+ olefinas, intermedios importantes que luego pueden procesarse en combustibles de aviación. Dos pasos más, oligomerización e hidrotratamiento, convierten estos intermedios en hidrocarburos líquidos utilizados como combustibles.
Zhenglong Li de ORNL dirigió un equipo encargado de mejorar la técnica actual para convertir etanol en C 3+ olefinas y demostró un catalizador compuesto único que cambia la práctica actual y reduce los costos. La investigación fue publicada en Catálisis ACS .
Hay dos desafíos que dificultan la adopción más amplia de las técnicas de conversión actuales:bajo rendimiento de olefinas y altos costos de producción. También, Los enfoques recientes para la conversión requieren hidrógeno adicional, otra carga de costos. ¿La línea de fondo? El costo de mejorar el etanol debe reducirse drásticamente para competir con el petróleo.
Li tiene la misión de rehacer el proceso estándar, produciendo C 3+ olefinas con alto rendimiento y sin hidrógeno adicional. Al estudiar las reacciones más pequeñas en juego en este paso, El equipo de Li se centró en una posible solución.
"Si bien pensamos en esto como un proceso, desde el lado de la química cuando haces zoom, hay varios pasos elementales, ", dijo." En el primer paso, Generamos hidrógeno internamente. ¿Podemos usar esa baja concentración de hidrógeno aguas abajo donde se necesita y evitar el uso de hidrógeno adicional? Para hacer esto, necesitamos desarrollar nuevos catalizadores; los estándares actuales no pueden realizar esta conversión a la temperatura relativamente alta requerida ".
El equipo desarrolló y probó un catalizador compuesto:un catalizador beta de zinc-itrio combinado con un catalizador de aleación de un solo átomo. Científicos de materiales ORNL, incluido el coautor de Li, Lawrence Allard, fue pionero en el uso de catalizadores de un solo átomo, que se presentó en un artículo de Nature Chemistry de 2011.
"Las aleaciones de un solo átomo se utilizan para la hidrogenación selectiva a baja temperatura, pero nadie ha informado aún su uso en este tipo de reducción de alta temperatura, "Dijo Li." También sabemos que fácilmente podríamos hidrogenar en exceso estas moléculas, que no sería utilizable. Lo crítico aquí fue modular la proporción de hidrógeno y butadieno generados durante la reacción ".
El proceso fue un éxito:el catalizador compuesto logró un etanol a C 3+ reacción de olefina sin hidrógeno externo y desplazó el rendimiento.
"Estamos logrando una selectividad del 78% con una conversión de etanol del 94%, el más alto reportado entre la literatura, "Dijo Li.
La investigación es la primera en combinar estos catalizadores y proporciona una nueva comprensión fundamental de cómo funcionan estos materiales. El equipo de Li impulsará la técnica aún más.
"Continuaremos optimizando este proceso para lograr una selectividad de catalizador aún mayor y un mayor rendimiento de olefinas, ", dijo." La industria de la aviación requiere combustibles de hidrocarburos líquidos densos en energía. Esta nueva tecnología de catalizador es un paso importante hacia el logro de renovables, combustible de aviación sostenible a través de la conversión de etanol ".
