Con una demanda diaria estimada de combustible de más de 5 millones de barriles por día, El sector de la aviación mundial consume mucha energía y depende casi por completo de los combustibles derivados del petróleo. A diferencia de otros sectores energéticos como el transporte terrestre o los edificios residenciales y comerciales, la industria de la aviación no puede cambiar fácilmente a fuentes de energía renovables utilizando tecnologías existentes.

Sin embargo, Un nuevo análisis realizado por científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) del Departamento de Energía muestra que los biocombustibles sostenibles a base de plantas podrían proporcionar una alternativa competitiva a los combustibles de petróleo convencionales si las iniciativas actuales de desarrollo y ampliación continúan avanzando con éxito. .

"Análisis tecnoeconómico y costo de mitigación de los gases de efecto invernadero del ciclo de vida de cinco rutas hacia las mezclas de combustible para bioaviones, "publicado recientemente en la revista Ciencias de la energía y el medio ambiente , proporciona evidencia prometedora de que la optimización de la línea de producción de biocombustibles (tomar material vegetal rico en carbohidratos y usar bacterias genéticamente modificadas para digerir los azúcares aislados en moléculas densas en energía que luego se convierten químicamente en un producto combustible) bien vale el esfuerzo.

"Es un desafío electrificar la aviación con baterías o pilas de combustible, en parte debido a las restricciones de peso de los aviones, por lo que los biocombustibles líquidos tienen el potencial de desempeñar un papel importante en la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero, "dijo la autora principal Corinne Scown, investigador del Área de Tecnologías Energéticas de Berkeley Lab y del Instituto Conjunto de Bioenergía del DOE (JBEI). "El equipo de JBEI ha estado trabajando en rutas biológicas para mezclas avanzadas de bio-jet fuel que no solo se derivan de azúcares de origen vegetal, sino que también tienen propiedades atractivas que en realidad podrían proporcionar una ventaja sobre los combustibles para aviones convencionales".

Cómo obtener combustible de material vegetal

En la actualidad, Los equipos multidisciplinarios con base en JBEI se centran en optimizar cada etapa del proceso de producción de bio-jet fuel. Algunos investigadores se especializan en la ingeniería de plantas de origen ideal, denominadas biomasa, que crean una alta proporción de carbohidratos y una baja proporción de lignina. un tipo de material que, a partir de ahora, es más difícil de hacer útil. Mientras tanto, otros están desarrollando métodos para aislar de manera eficiente los carbohidratos en la biomasa no alimentaria y descomponerlos en moléculas de azúcar que las bacterias pueden digerir, o "bioconvertir, "en una molécula de combustible. Para obtener el mayor rendimiento posible de la bioconversión, sin embargo, otros investigadores del JBEI están examinando qué factores genéticos y ambientales hacen que las bacterias modificadas sean más eficientes.

Una vez optimizadas estas etapas, Los científicos de JBEI pueden transferir las tecnologías a socios comerciales que luego pueden modificar y mezclar los combustibles en productos listos para usar y diseñar estrategias para industrializar la escala de producción. Dada la gran cantidad de experimentación e innovación necesaria para lograr todo esto, Scown y sus coautores utilizaron métodos de análisis innovadores para evaluar si la empresa realmente podría llegar al final del juego de una alternativa de combustible para aviones que las aerolíneas querrán utilizar.

"Nuestra esperanza es que, en las primeras etapas de la investigación, al menos podemos simular cómo pensamos que se vería si desarrolla estas rutas de producción de combustible hasta el punto de madurez, "Scown dijo." Si los llevara al punto de referencia del etanol, la tecnología para crear etanol a partir de material vegetal como tallos de maíz, sale de, y mazorcas ha existido por mucho tiempo, y podemos fermentar azúcares con una eficiencia del 90 por ciento:¿qué tan cerca nos acercaría esto al precio de mercado de los combustibles derivados del petróleo? Eso es importante saberlo ahora.

"Agradecidamente, la respuesta es que pueden ser viables. Y hemos identificado mejoras que deben suceder a lo largo del proceso de conversión para que eso suceda ".

Imaginando el proceso de producción a escala

Debido a las tecnologías de síntesis de combustible y deconstrucción de biomasa desarrolladas en JBEI, el costo teórico del combustible para reactores biológicos ha disminuido constantemente en los últimos años y actualmente es tan bajo como $ 16 por galón, en comparación con $ 300, 000 por galón cuando se estableció JBEI, según el coautor y becario postdoctoral del JBEI, Nawa Baral. El costo del combustible para aviones estándar es de aproximadamente $ 2.50 por galón.

Para explorar cómo el combustible para reactores biológicos podría cerrar la brecha de precios restante, El equipo de investigación utilizó complejas simulaciones por computadora que modelaron la tecnología necesaria y los costos posteriores de vías de producción ampliadas a diferentes niveles de eficiencia y con una variedad de insumos químicos y de biomasa. Los autores simularon un total de cinco vías de producción diferentes para cuatro moléculas de combustible distintas.

Los resultados mostraron que las cinco vías de hecho podrían crear productos combustibles al precio objetivo de $ 2.50 por galón si los fabricantes pueden convertir la lignina sobrante en una sustancia química valiosa, algo en lo que los investigadores de JBEI están trabajando actualmente, que podría venderse para compensar el costo. de biocombustibles. El precio neto de un galón de biocombustible podría reducirse aún más si a las aerolíneas se les ofreciera incluso un crédito financiero modesto por la reducción de emisiones.

Siguiendo algunas investigaciones de la industria, El equipo también descubrió que las aerolíneas pueden estar dispuestas a pagar una prima de hasta cincuenta centavos por galón porque los cuatro biocombustibles entregan más energía por unidad de volumen. lo que significa que un avión podría volar más lejos en un tanque del mismo tamaño.

"El desarrollo de compuestos a base de plantas que tienen una ventaja de rendimiento sobre sus contrapartes a base de petróleo es un factor importante para determinar su viabilidad en el mercado, "dijo Blake Simmons, coautor y director de ciencia y tecnología de JBEI.

Sin embargo, tan prometedores como son estos hallazgos, Para lograr que la tecnología de producción de biocombustibles alcance los rendimientos estándar de oro asumidos en estas simulaciones, será necesario seguir avanzando.

"Está claro que, para que estos combustibles sean viables comercialmente, Necesitamos todas las manos a la obra "Scown señaló." Pero este análisis destaca la importancia de las centros de investigación integradores como JBEI porque ningún grupo que trabaje en una fase del proceso por sí solo puede hacer que esto suceda ".