Een manier om de duurzaamheid te vergroten, is het verminderen van de uitstoot van koolstofbrandstof in het transport. In 2017 overtrof de uitstoot van broeikasgassen (BKG) van deze sector alle andere in de VS, goed voor bijna 30% van de totale uitstoot van broeikasgassen, volgens het Amerikaanse Environmental Protection Agency.

Een strategie die onderzoekers onderzoeken om de uitstoot te verminderen, is het produceren van hernieuwbare brandstoffen, zoals hernieuwbare vliegtuigbrandstof, met de productie van biobrandstof al op zijn plaats, zoals ethanol, een brandstof die goedkoop is, schonere verbranding en overal verkrijgbaar. Maar om deze strategie te laten werken, ethanol moet eerst worden omgezet in een koolwaterstofbrandstof, een stap die zou kunnen bijdragen aan de totale kosten.

Een baanbrekende studie die vandaag is vrijgegeven, onthult de nieuwe geïntegreerde, kostenefficiënte manier om ethanol om te zetten in brandstofmengsels die de uitstoot van broeikasgassen met 40 tot 96 procent kunnen verminderen. De ontdekking markeert een belangrijke stap vooruit in de ontwikkeling van drop-in, of uitwisselbaar, biobrandstoffen en kan onderzoek bevorderen om het gebruik ervan in de luchtvaart te bevorderen, Verzending, langeafstandsvrachtwagens en andere vormen van zwaar transport.

Het multidisciplinaire team achter de ontdekking vertegenwoordigt een breed scala aan academische en industriële instellingen en omvat onderzoekers van het Argonne National Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy (DOE), evenals DOE's National Renewable Energy Laboratory en Oak Ridge National Laboratory.

De onderzoekers achter de studie ontwikkelden hun nieuwe aanpak voor het omzetten van ethanol met behulp van de nieuwste ontwikkelingen op het gebied van katalyse en procesontwikkeling. In tegenstelling tot traditionele methoden die drie stappen vereisen, nieuwe ontwikkelingen stellen onderzoekers in staat een conversieproces te creëren dat alle drie de stappen combineert, een maatregel die de conversiekosten en de ecologische voetafdruk zou kunnen verlagen.

Om de volledige impact van hun conversieproces in één stap te begrijpen, genaamd Geconsolideerde Alcohol Uitdroging en Oligomerisatie, of CADO, onderzoekers evalueerden de milieueffecten van hun systeem via een proces dat levenscyclusanalyse wordt genoemd. Onderzoekers evalueerden ook de technische en economische effecten van hun aanpak.

Om dit proces aan te pakken, het team wendde zich tot de onderzoeksgroep in Argonne die werkt aan de broeikasgassen, gereguleerde emissies, en Energiegebruik in Transport (GREET)-model, een krachtig analytisch hulpmiddel dat het energieverbruik en de milieu-output van verschillende voertuig- en brandstofsystemen simuleert. Gebruikt door bijna 40, 000 mensen wereldwijd, het GREET-platform kan meerdere voertuig- en/of brandstofsystemen analyseren, vanaf het moment waarop grondstoffen worden gewonnen of gewonnen tot het moment waarop ze worden verwijderd of uitgestoten, om het energieverbruik en de emissieniveaus overal te berekenen.

"GREET is een van de weinige tools die een compleet beeld kunnen geven van de energie- en milieu-impact van een volledig voertuig en brandstofsysteem, " zei Michael Wang, de leider van het GREET-team in Argonne, en een van de co-auteurs van de studie.

Onderzoekers van Argonne gebruikten GREET om de broeikasgasemissies tijdens de levenscyclus te berekenen die worden geproduceerd door koolwaterstofbrandstoffen die zijn gemaakt van verschillende grondstoffen en conversiemethoden. Sommige van de geanalyseerde grondstoffen - ook wel grondstoffen genoemd - waren maïs en suikerriet, welke grondstoffen van de eerste generatie zijn, evenals suikerrietstro en maïsstoof, die non-food biomassa zijn, of de grondstoffen van de tweede generatie.

"Variaties in de grondstof die wordt gebruikt om ethanol te maken en de routes die worden gebruikt om het om te zetten, verschillende niveaus van broeikasgasemissies opleveren, " zei Argonne energiesysteemanalist Pahola Thathiana Benavides, een andere co-auteur.

De analyse van Wang en Benavides toonde aan dat koolwaterstofmengsels gemaakt met behulp van het CADO-conversieproces de uitstoot van broeikasgassen tussen 40% en 96% verminderden, afhankelijk van de grondstof en het conversiepad. BKG-emissies daalden met 40% met maïsgraan, 70% met suikerrietsap en 70-96% met cellulosebiomassa zoals suikerrietstro en maïsstoof.

"Om te komen tot een meer duurzame ontwikkeling, we hebben brandstoffen nodig die minder uitstoot kunnen genereren en die economisch haalbaar zijn, "Zei Benavides. "Dit werk is een opwindende indicator dat het bouwen van zo'n toekomst mogelijk is."

De studie, "Techno-economische en levenscyclusanalyse van eenstaps katalytische omzetting van natte ethanol in fungibele brandstofmengsels, " is gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences .