De NREL-wetenschappers, samen met collega's van Yale University, Argonne Nationaal Laboratorium, en Oak Ridge National Laboratory, maken deel uit van het Co-Optimization of Fuels &Engines (Co-Optima)-initiatief van het Department of Energy. Co-Optima's onderzoek richt zich op het verbeteren van het brandstofverbruik en de voertuigprestaties, terwijl ook de uitstoot wordt verminderd.

“Als je kijkt naar biomassa, 30% daarvan is zuurstof, " zei Derek Vardon, een senior onderzoeksingenieur bij NREL en corresponderende auteur van een nieuw artikel waarin het Co-Optima-onderzoeksproject wordt beschreven. "Als we slimme manieren kunnen bedenken om het in de buurt te houden en op maat te maken hoe het in de brandstof wordt verwerkt, je kunt veel meer uit biomassa halen en de prestaties van dieselbrandstof verbeteren." Het molecuul, 4-butoxyheptaan, bevat zuurstof, terwijl conventionele van aardolie afgeleide dieselbrandstof uit koolwaterstoffen bestaat. De aanwezigheid van zuurstof vermindert de intrinsieke neiging tot roetvorming van de brandstof bij verbranding aanzienlijk.

De krant, "Prestatiebevorderende ether diesel bioblendstock productie door a priori ontwerp, " verschijnt in het journaal Proceedings van de National Academy of Sciences . Vardon's co-auteurs van NREL zijn Nabila Huq als de eerste auteur, met co-auteurs Xiangchen Huo, Glenn Hafenstine, Stephen Tifft, Jim Stunkel, Graaf Christensen, Gina Fioroni, Lisa Fout, Robert McCormick, Matthew Wiatrowski, Maria Biddy, Teresa Alleman, Pieter Sint Jan, en Seona Kim.

Onderzoekers gebruikten moleculen afkomstig van maïskolven als uitgangspunt voor een reeks potentiële brandstofkandidaten. Vanaf hier, ze vertrouwden op voorspellende modellen om te bepalen welke moleculen het beste zouden kunnen worden gemengd met en om traditionele diesel te verbeteren. De moleculen werden vooraf gescreend op basis van kenmerken met implicaties van gezondheid en veiligheid tot prestaties.

"Met het doel om drop-in biobrandstoffen te ontwikkelen die werken met onze bestaande infrastructuur, "Vardon zei, "Er zijn veel regels en voorschriften waaraan een brandstof moet voldoen. Dat elimineert veel veelbelovende moleculen omdat ze misschien geweldig zijn in bepaalde eigenschappen, maar falen in andere. Terwijl we dit proces doen, het begon duidelijk te worden welke moleculen succesvolle brandstoffen zouden kunnen zijn."

Het is de bedoeling om het 4-butoxyheptaanmolecuul bij een mengsel van 20%-30% in dieselbrandstof te mengen. De eerste resultaten suggereren het potentieel om de ontstekingskwaliteit te verbeteren, roetvorming verminderen, en het brandstofverbruik van de basisdiesel bij deze mengniveaus te verbeteren.

Verder onderzoek is nodig, Huq zei, inclusief het testen van de bioblendstock in een echte motor en het produceren van de brandstof in een geïntegreerd proces direct uit biomassa.

"Die eerste stap was gewoon kijken wat de top zou kunnen bereiken wat betreft brandstofeigenschappen, "zei ze. "Toen vroeg ze, kunnen we een van deze maken? Het molecuul dat er het meest veelbelovend uitzag, was 4-butoxyheptaan, en we waren in staat om het met succes te produceren en te karakteriseren." Het molecuul kwam niet precies overeen met de voorspelde brandstofeigenschappen, maar kwam dicht genoeg in de buurt om aan de gewenste prestatieverbeteringen te voldoen.

Een economische en levenscyclusanalyse onthulde dat de zuurstofhoudende brandstof kostenconcurrerend zou kunnen zijn met petroleumdiesel en zou kunnen leiden tot aanzienlijke broeikasgasreducties als het proces ook een hoogwaardig bijproduct oplevert, zoals adipinezuur, die wordt gebruikt bij de vervaardiging van nylon.