Een technologie die is ontwikkeld in het Oak Ridge National Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie en is opgeschaald door Vertimass LLC om ethanol om te zetten in brandstoffen die geschikt zijn voor de luchtvaart, scheepvaart en andere zware toepassingen kunnen prijsconcurrerend zijn met conventionele brandstoffen, terwijl de duurzaamheidsvoordelen van biogebaseerde ethanol behouden blijven, volgens een nieuwe analyse.

ORNL werkte samen met technologielicentiehouder Vertimass en onderzoekers van 10 andere instellingen aan een techno-economische en levenscyclusanalyse van het proces:een katalytische omzetting van ethanol in koolwaterstofmengsels die kunnen worden toegevoegd aan jet, diesel, of benzine om hun uitstoot van broeikasgassen te verminderen. Deze nieuwe technologie heet Consolidated Dehydration and Oligomerization, of CADO.

De analyse, gepubliceerd in Proceedings van de National Academy of Sciences , toonde aan dat dit eenstapsproces voor het omzetten van natte ethanoldamp blendstocks zou kunnen produceren van $ 2/gigajoule (GJ) vandaag en $ 1,44/GJ in de toekomst naarmate het proces wordt verfijnd, inclusief operationele en geannualiseerde kapitaalkosten. Dus, de blendstock zou concurrerend zijn met conventionele vliegtuigbrandstof geproduceerd uit olie tegen historisch hoge prijzen van ongeveer $ 100/vat. Voor $ 60 / vat olie, het gebruik van bestaande stimulansen voor hernieuwbare brandstof resulteert in prijspariteit, de gevonden analyse.

De conversie maakt gebruik van een soort katalysator genaamd zeoliet, die direct langere koolwaterstofketens produceert uit de oorspronkelijke alcohol, in dit geval ethanol, een traditioneel meerstappenproces vervangen door een proces dat minder energie verbruikt en zeer efficiënt is.

"De robuustheid van de katalysator maakt directe omzetting van natte ethanol mogelijk, wat het proces enorm vereenvoudigt, verlaagt de kosten van ethanolzuivering en maakt de productiekosten van koolwaterstofmengsels concurrerend op basis van de analyse, " zei Zhenglong Li, stafwetenschapper voor biomassakatalyse bij ORNL en een medewerker aan het project.

Hoewel deze katalyse in één stap effectief was op laboratoriumschaal, verdere testen en verbeteringen door Vertimass resulteerden in nog hogere productopbrengsten wanneer 300 keer opgeschaald met behulp van commerciële katalysatorformuleringen. De conversie-operatie kan worden geïntegreerd in nieuwe biobrandstoffabrieken of worden geïnstalleerd als bolt-on-technologie voor bestaande ethanolfabrieken met minimale nieuwe kapitaalinvesteringen, merkten de onderzoekers op.

Geavanceerde biobrandstoffen zijn veelbelovend als schone verbranding, CO2-neutrale hernieuwbare energiebronnen. Het doel is om geavanceerde vloeibare biobrandstoffen te maken die kunnen profiteren van de bestaande infrastructuur voor de levering van pijpleidingen en kunnen worden gebruikt in bestaande of geavanceerde motoren zonder prestatieverlies. De brandstoffen zijn bijzonder aantrekkelijk om de netto koolstofemissies van zware motoren zoals die in vliegtuigen, schepen en grote bedrijfsvoertuigen waar elektrificatie een uitdaging is.

Gezien de huidige normen, de geavanceerde biobrandstof zou voor 20% kunnen worden gemengd met van aardolie afgeleide vliegtuigbrandstof en iets hoger voor benzine, onderworpen aan certificering en verificatie.

In de tussentijd, een levenscyclusanalyse van het conversieproces wees uit dat het broeikasgasemissieprofiel vergelijkbaar is met dat van de ethanol die aan het proces wordt toegevoerd.

"De duurzaamheid van bio-afgeleide ethanol, nu voornamelijk geproduceerd uit maïs in de Verenigde Staten, maar sommige worden nu gemaakt van maïsstoof en uiteindelijk toegewijde biomassagrondstoffen zoals switchgrass, gaat door met het katalytische proces, " zei Brian Davison, chief science officer voor DOE's Center for Bioenergy Innovation (CBI) bij ORNL en een medewerker aan het project. CBI streeft specifieke onderzoeksdoelen na voor een bloeiende bio-economie:duurzame biomassagrondstoffen; geavanceerde processen om planten af ​​te breken en om te zetten in speciale biobrandstoffen; en waardevolle bioproducten, inclusief chemische grondstoffen, gemaakt van het lignineresidu na bioprocessing.

"Onze wetenschappers verleggen constant de grenzen van wat mogelijk is om doorbraken voor schone energie te realiseren, " zei Moe Khaleel, associate laboratoriumdirecteur voor Energie- en Milieuwetenschappen bij ORNL. "De omzetting van ethanol in koolwaterstofmengsels maakt gebruik van een overvloedige binnenlandse energiebron en ondersteunt tegelijkertijd de ontwikkeling van bloeiende Amerikaanse bio-economieën."

Verfijningen door Vertimass naar het origineel, proces op laboratoriumschaal omvatten de ontwikkeling van goedkopere vormen van de katalysator, en meer dan een verdubbeling van de opbrengst aan vloeibare brandstof, merkte het blad op.

Het document beschrijft de verfijningen en resultaten van analyses door Argonne National Laboratory, het Nationaal Laboratorium voor Hernieuwbare Energie, hoogte, en ORNL in samenwerking met Dartmouth, de federale luchtvaartadministratie, Boeing, Staatsuniversiteit van Pennsylvania, Universiteit van Californië-Riverside, Imperial College van Londen, 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."