Deze week komen experts uit de luchtvaartindustrie samen met de beste energieonderzoekers van het land om strategieën te bespreken voor schoner luchtvervoer dat het land minder afhankelijk maakt van traditionele fossiele brandstoffen en tegelijkertijd de klimaatverandering vertraagt.

Hun uitwisseling van algemene ideeën vertegenwoordigt slechts een fractie van de oplossingen die wetenschappers van het National Renewable Energy Laboratory (NREL) van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) onderzoeken in de race om de uitstoot te verminderen van enkele van de transportsectoren die de grootste uitdagingen vormen .

Vliegtuigen zijn verantwoordelijk voor meer dan 8% van alle uitstoot van broeikasgassen (BKG) in de VS, terwijl schepen en treinen elk minder dan 2% van deze uitstoot produceren. Toch kan een enkel containerschip evenveel koolstofdioxide uitstoten als 75.000 auto's en evenveel stikstofoxide en fijnstof als 2,5 miljoen auto's. De zware voertuigen die worden gebruikt voor transcontinentaal vrachtvervoer genereren 23% van de BKG-emissies van het land.

Het gewicht, het vermogen en de duty-cycle-eisen van deze transportmodi, die gezamenlijk verantwoordelijk zijn voor bijna alle vrachtbewegingen, maken ze notoir moeilijk te elektrificeren. Tegelijkertijd kan het land de doelstellingen voor klimaatverandering alleen bereiken door de uitstoot sterk terug te dringen. NREL-onderzoekers werken samen met partners, waaronder de partners die vertegenwoordigd zijn op het Partnerforum van het laboratorium, om deze problemen aan te pakken met betaalbare en hoogwaardige brandstof- en verbrandingsinnovaties die zijn ontworpen om de ecologische voetafdruk te verkleinen en tegelijkertijd de nationale energiezekerheid en de veerkracht van de toeleveringsketen te versterken.

"Aan de ene kant zien we een relatief snelle verschuiving naar elektrische auto's. Het is echter moeilijker om de koolstofemissies vrijwel te elimineren in de luchtvaart, de scheepvaart en de zware sector, die afhankelijk zal blijven van vloeibare brandstoffen", aldus NREL. Senior wetenschapper en Groepsmanager Brandstoffen en Verbranding Gina Fioroni. "Ons team werkt eraan om ervoor te zorgen dat nieuwe brandstoffen uit duurzame bronnen schoner branden terwijl goederen en mensen in beweging blijven."

Onderzoek onthult hoe biobrandstoffen de uitstoot van broeikasgassen kunnen verminderen

Recente NREL-doorbraken bieden het potentieel om de broeikasgasemissies van dieselvrachtwagens en vliegtuigen met respectievelijk 60% tot 84% te verminderen. Het laboratorium onderzoekt opties die vergelijkbare emissiereducties kunnen opleveren voor treinen en zeeschepen.

Tot nu toe zijn biogebaseerde grondstoffen, waaronder houtachtige biomassaresiduen, landbouwresiduen, algen en vast stedelijk afval, veelbelovend als hernieuwbare bronnen voor de productie van deze nieuwe brandstoffen. NREL-onderzoekers beoordelen kandidaat-brandstoffen op efficiëntie, prestaties en stabiliteit, evenals op technisch-economische factoren, waaronder productiekosten en toeleveringsketens voor grondstoffen.

Het langdurige wetenschappelijke leiderschap van NREL heeft geleid tot belangrijke ontdekkingen over de invloed van brandstofeigenschappen op de werking van de motor. In combinatie met het inzicht van het laboratorium in de prioriteiten van de industrie, evenals geavanceerde simulatie- en machine learning-mogelijkheden, biedt deze expertise de inzichten die nodig zijn voor een snelle ontwikkeling van op de markt levensvatbare duurzame brandstoffen voor de langeafstandsvrachtwagen-, spoor-, scheepvaart- en luchtvaartsectoren. Het onderzoek van het laboratorium verbindt de punten tussen brandstofeigenschappen, moleculaire structuur en motormechanica, waardoor de industrie cruciale informatie krijgt om ontwerpen voor specifieke toepassingen te richten.

De identificatie van betrouwbare, effectieve brandstoffen met een kleine ecologische voetafdruk en potentieel voor productie op commerciële schaal is afhankelijk van een geavanceerd begrip van hoe brandstofeigenschappen de verbranding van de motor beïnvloeden. Een innovatieve combinatie van metingen van brandstofeigenschappen, chemiemodellen op moleculair niveau en krachtige computersimulaties maakt het voor NREL-onderzoekers mogelijk om de beste schone, efficiënte en kostenconcurrerende oplossingen voor elke modus te bepalen.

Simulaties minimaliseren de tijd en kosten van brandstofprestatiebeoordelingen

Het produceren van grote hoeveelheden vliegtuigbrandstof die nodig is om goedkeuring te verkrijgen van de autoriteit voor industrienormen ASTM International is bijzonder kostbaar. Met simulaties kunnen onderzoekers de brandstofprestaties in uren of minuten nauwkeurig beoordelen, in plaats van te vertrouwen op dure, op apparatuur gebaseerde evaluaties die maanden in beslag kunnen nemen. Het NREL-team kan snel de interactie van brandstoffen met de huidige vliegtuigturbinemotoren en dieselmotoren voor locomotieven, schepen en vrachtwagens evalueren, en ook onderzoeken hoe nieuwe brandstoffen kunnen werken met de volgende generatie motortechnologieën van morgen.

"We hebben het geluk gehad om met zoveel geweldige partners samen te werken - van fabrikanten van apparatuur tot operators, brancheverenigingen, andere onderzoeksinstellingen en certificeringsinstanties", zegt Robert McCormick, Senior Research Fellow en Advanced Biofuels-teamleider van NREL. "Ze hebben duidelijk gemaakt hoe complex, tijdrovend en riskant het is om nieuwe brandstoffen op de markt te brengen. Het werk van ons team speelt hierbij een rol, met als doel om nieuwe, betere brandstoffen sneller op de markt te krijgen."

Het NREL-team heeft langdurige relaties met organisaties zoals ASTM, UL en de International Organization for Standardization, die verantwoordelijk zijn voor het vaststellen van industriestandaarden en -praktijken. Onderzoekers werken ook nauw samen met partners die vrachtwagen-, luchtvaart-, spoor-, bouw-, mijnbouw-, leger- en landbouwmachines produceren en exploiteren, samen met bedrijven die brandstof- en infrastructuurapparatuur produceren.

Daarnaast blijft het laboratorium de overgang naar volledige elektrificatie van lichte en middelzware voertuigen overbruggen met strategieën om in de tussentijd het gebruik van biobrandstof te maximaliseren. Tegelijkertijd werken NREL-onderzoekers aan het verbeteren van de prestaties en veiligheid van batterijen voor elektrische voertuigen.

"Het gebruik van schone, koolstofarme brandstof is slechts een van de strategieën die nodig zijn om de luchtvaart en andere vormen van transport tot nul uitstoot te brengen," zei Fioroni. "Dit zal niet alleen helpen de klimaatverandering tegen te gaan, maar het zal ook resulteren in een sterker systeem voor vrachtvervoer, het verkrijgen van kritieke voorraden aan de industrie en consumenten en het leveren van de producten die we nodig hebben in het hele land en over de hele wereld." + Verder verkennen

Onderzoek naar brandstof en motoren brengt schonere, efficiëntere auto's en vrachtwagens dichter bij de finish