Esta semana, los expertos de la industria de la aviación se unen a los principales investigadores de energía del país para discutir estrategias para un transporte aéreo más limpio que haga que la nación dependa menos de los combustibles fósiles tradicionales y reduzca el cambio climático.

Su intercambio de ideas generales representa solo una fracción de las soluciones que los científicos del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) están explorando en la carrera por reducir las emisiones de algunos de los sectores del transporte que plantean los mayores desafíos. .

Los aviones representan más del 8 % de todas las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) relacionadas con el transporte de EE. UU., mientras que los barcos y los trenes producen menos del 2 % de estas emisiones. Aun así, un solo buque portacontenedores puede emitir tanto dióxido de carbono como 75.000 automóviles y tanto óxido de nitrógeno y partículas como 2,5 millones de automóviles. Los vehículos pesados ​​utilizados para el transporte de carga transcontinental generan el 23 % de las emisiones de GEI del país.

Los requisitos de peso, potencia y ciclo de trabajo de estos modos de transporte, que son conjuntamente responsables de casi todo el movimiento de carga, los hace notoriamente difíciles de electrificar. Al mismo tiempo, el país solo puede alcanzar las metas de cambio climático con reducciones profundas en sus emisiones. Los investigadores de NREL están trabajando con socios, incluidos los representados en el Foro de socios del laboratorio, para abordar estos problemas con innovaciones de combustible y combustión asequibles y de alto rendimiento diseñadas para reducir las huellas de carbono y fortalecer la seguridad energética nacional y la resiliencia de la cadena de suministro.

"Por un lado, estamos viendo un cambio relativamente rápido hacia los autos eléctricos. Sin embargo, es más difícil eliminar virtualmente las emisiones de carbono en los sectores de aviación, marino y de servicio pesado, que seguirán dependiendo de los combustibles líquidos", dijo NREL. Gina Fioroni, científica sénior y directora del grupo de Combustibles y Combustión. "Nuestro equipo está trabajando para asegurarse de que los nuevos combustibles de fuentes sostenibles se quemen de manera más limpia mientras mantienen los bienes y las personas en movimiento".

La investigación revela cómo los biocombustibles pueden reducir las emisiones de GEI

Los avances recientes de NREL ofrecen el potencial de reducir las emisiones de GEI de aviones y camiones diésel entre un 60 % y un 84 %, respectivamente. El laboratorio está explorando opciones que pueden proporcionar reducciones de emisiones similares para trenes y embarcaciones.

Hasta ahora, las materias primas de base biológica, incluidos los residuos de biomasa leñosa, los residuos agrícolas, las algas y los desechos sólidos municipales, se muestran prometedores como fuentes renovables para la producción de estos nuevos combustibles. Los investigadores de NREL evalúan la eficiencia, el rendimiento y la estabilidad de los combustibles candidatos, así como los factores tecnoeconómicos, incluidos los costos de producción y las cadenas de suministro de materias primas.

El liderazgo científico de larga data de NREL ha llevado a descubrimientos significativos sobre cómo las propiedades del combustible afectan el funcionamiento del motor. Junto con la comprensión del laboratorio de las prioridades de la industria, así como las capacidades avanzadas de simulación y aprendizaje automático, esta experiencia proporciona los conocimientos necesarios para el desarrollo rápido de combustibles sostenibles viables en el mercado para los sectores de camiones de larga distancia, ferrocarriles, marítimos y de aviación. La investigación del laboratorio conecta los puntos entre las propiedades del combustible, la estructura molecular y la mecánica del motor, brindando a la industria información crucial para diseñar diseños para aplicaciones específicas.

La identificación de combustibles confiables y efectivos con una pequeña huella de carbono y potencial para la producción a escala comercial se basa en una comprensión sofisticada de cómo las propiedades del combustible afectan la combustión del motor. Una combinación innovadora de mediciones de las propiedades del combustible, modelos químicos a nivel molecular y simulaciones informáticas de alto rendimiento hace posible que los investigadores del NREL identifiquen las mejores soluciones limpias, eficientes y rentables para cada modo.

Las simulaciones minimizan el tiempo y el costo de las evaluaciones de rendimiento del combustible

Producir grandes cantidades de combustible de aviación necesario para obtener la aprobación de la autoridad de estándares de la industria ASTM International es particularmente costoso. Con simulaciones, los investigadores pueden evaluar con precisión el rendimiento del combustible en horas o minutos, en lugar de depender de costosas evaluaciones basadas en equipos que pueden llevar meses. El equipo de NREL puede evaluar rápidamente las interacciones de los combustibles con los motores de turbina de avión y los motores diésel para locomotoras, barcos y camiones actuales, así como explorar cómo podrían funcionar los nuevos combustibles con las tecnologías de motores de próxima generación del mañana.

"Hemos tenido la suerte de trabajar con tantos socios excelentes, desde fabricantes de equipos hasta operadores, asociaciones industriales, otras instituciones de investigación y autoridades de certificación", dijo Robert McCormick, investigador sénior de NREL y líder del equipo de biocombustibles avanzados. "Han dejado en claro lo complejo, lento y arriesgado que es llevar nuevos combustibles al mercado. El trabajo de nuestro equipo tiene en cuenta estas consideraciones, con el objetivo de llevar antes al mercado nuevos y mejores combustibles viables".

El equipo de NREL tiene relaciones duraderas con organizaciones como ASTM, UL y la Organización Internacional para la Estandarización, que son responsables de establecer los estándares y prácticas de la industria. Los investigadores también trabajan en estrecha colaboración con socios que fabrican y operan equipos de camiones, aviación, ferrocarriles, construcción, minería, militares y agrícolas, junto con empresas que producen combustible y equipos de infraestructura.

Además, el laboratorio continúa cerrando la transición hacia la electrificación total de vehículos livianos y medianos con estrategias para maximizar el uso de biocombustibles en el ínterin. Simultáneamente, los investigadores de NREL están trabajando para mejorar el rendimiento y la seguridad de las baterías para vehículos eléctricos.

"El uso de combustible de combustión limpia y bajo en carbono es solo una de las estrategias necesarias para alcanzar emisiones netas cero para la aviación y otras formas de transporte", dijo Fioroni. "Esto no solo ayudará a combatir el cambio climático, sino que también dará como resultado un sistema más sólido para el transporte de carga, proporcionando suministros críticos a la industria y los consumidores, y entregando los productos que necesitamos en todo el país y en todo el mundo". + Explora más

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