Vliegtuigen zoemen over, piekerige witte condensstrepen die achter hen stromen. De Federal Aviation Administration (FAA) behandelde 43, 684 vluchten, gemiddeld, vorig jaar elke dag en Amerikaanse militaire en commerciële vluchten gebruikten samen meer dan 20 miljard gallons vliegtuigbrandstof.

Al die emissies tellen op. Het wereldwijde vliegverkeer droeg in 2016 bij aan 815 miljoen ton CO2-emissies - twee procent van het wereldwijde door de mens veroorzaakte totaal, volgens de International Air Transport Association. En het wereldwijde luchtverkeer vertraagt ​​niet. IATA voorspelt dat in 2035 7,2 miljard passagiers per vliegtuig zullen reizen, bijna een verdubbeling van de 3,8 miljard die in 2016 vlogen.

Dus hoe maken we vliegreizen gemakkelijker voor het milieu? Onderzoekers van de Universiteit van Delaware werken aan de ontwikkeling van een alternatieve vliegtuigbrandstof. In plaats van aardolie, UD-onderzoekers willen vliegtuigen aandrijven met maïskolven en houtsnippers - dingen waar je over het algemeen niet veel om geeft, tenzij je een marmot of een bever bent die op zoek is naar restjes.

In het Harker Interdisciplinair Science and Engineering Laboratory van UD, onderzoekers transformeren dergelijk plantaardig materiaal, wetenschappelijk bekend als lignocellulose biomassa, in groene producten, inclusief nieuwe brandstoffen en chemicaliën. De wetenschappers zijn verbonden aan het Catalysis Center for Energy Innovation (CCEI), een Energy Frontier Research Center ondersteund door het Amerikaanse ministerie van Energie. Gevestigd bij UD, het centrum brengt wetenschappers van negen instellingen samen om te werken aan uitdagingen op het gebied van schone energie.

Een van de grootste hindernissen voor het maken van hernieuwbare vliegtuigbrandstof, volgens CCEI Associate Director Basudeb Saha, verhoogt de snelheid en efficiëntie van twee kritische chemische processen:koppeling en deoxygenatie. Omdat het plantmateriaal waarmee het centrum werkt een laag koolstofgehalte heeft als het eenmaal is afgebroken van een vaste stof in een vloeistof, de koolstofmoleculen moeten chemisch aan elkaar worden genaaid of "gekoppeld" om koolstofrijke moleculen in het bereik van vliegtuigbrandstof te creëren. Vervolgens moet de zuurstof uit deze moleculen worden verwijderd om vertakte koolwaterstoffen te vormen. Deze vertakking is essentieel voor het verbeteren van de brandstofstroom bij de vriestemperaturen van commerciële vluchten.

"Internationale vliegtuigen mogen op een hoogte van 35 vliegen, 000 voet, waar de buitentemperatuur kan oplopen tot -14° Celsius, " zegt Saha, die in het centrum een ​​project voor hernieuwbare vliegtuigbrandstof leidt. "Dat is de temperatuur waarbij een vliegtuig moet vliegen, en de brandstof kan niet worden bevroren."

Versnelling van de productie van hernieuwbare vliegtuigbrandstof

De vraag naar niet op aardolie gebaseerde brandstof voor de luchtvaart blijft bestaan. Meer dan een decennium geleden, de FAA had zich ten doel gesteld om tegen 2018 1 miljard gallon hernieuwbare vliegtuigbrandstof te gebruiken. Volgens IATA, duurzame vliegtuigbrandstoffen zijn een integraal onderdeel van het streven naar koolstofneutrale groei vanaf 2020, en tot een vermindering van 50 procent van de netto koolstofemissies tegen 2050 (ten opzichte van het niveau van 2005). Maar er worden niet genoeg hoeveelheden van deze alternatieve brandstof geproduceerd, noch tegen concurrerende kosten.

Momenteel, verschillende Amerikaanse bedrijven maken hernieuwbare vliegtuigbrandstof van materialen zoals triglyceriden gewonnen uit gebruikte olie en vet, of van een combinatie van koolmonoxide en waterstof, syngas genaamd. Eén bedrijf gebruikt algen als bronmateriaal en heeft zelfs een ondergrondse pijpleiding naar de luchthaven van Los Angeles (LAX), waarbij een percentage wordt gemengd met conventionele vliegtuigbrandstof, zegt Saha.

Echter, het verwerken van dit onconventionele materiaal vereist hoge temperaturen - 350 ° C (662° F) - en ook hoge druk.

Niet zo met die houtsnippers en maïskolven bij UD, waar Saha en zijn collega's nieuwe katalysatoren hebben ontwikkeld - zogenaamde 'chemische geiten' - die de chemische reacties op gang brengen die dit plantaardig materiaal in brandstof kunnen omzetten. Een van deze katalysatoren, gemaakt van goedkoop grafeen, lijkt op een honingraat van koolstofmoleculen. Zijn unieke oppervlakte-eigenschappen verhogen de snelheid van de koppelingsreactie. Het werkt ook bij lage temperatuur (60°C). Een andere katalysator verwijdert op een energiezuinige manier zuurstof en produceert hoge opbrengsten aan vertakte moleculen, tot 99 procent, geschikt voor vliegtuigbrandstof. Beide katalysatoren zijn recyclebaar, en de processen zijn schaalbaar.

"De lage temperatuur en hoge selectiviteit van ons proces kan een kostenconcurrerende en duurzame productie van biogebaseerde vliegtuigbrandstoffen uit lignocellulosebiomassa mogelijk maken. "zegt Saha.

Het onderzoek wordt gedetailleerd beschreven in drie recente wetenschappelijke artikelen:"Solventless C-C Coupling of Low Carbon Furanics to High Carbon Fuel Precursors Using an Improved Graphene Oxide Carbocatalyst" en "Hydrodeoxygenation of Furylmethane Oxygenates to Jet and Diesel Range Fuels:Probing the Reaction Network with Ondersteunde Palladium Catalyst en Hafnium Triflaat Promoter" verschenen beide in: ACS Katalyse , die wordt uitgegeven door de American Chemical Society, en "Katalytische hydrodeoxygenatie van koolstofrijke furylmethanes tot hernieuwbare alkanen op straalbrandstof over een rhenium-gemodificeerde iridiumkatalysator" was te zien in ChemSusChem .