Прорывной момент в области экологически чистого авиационного топлива
Простая и дешевая предварительная обработка обещает радикально снизить цену на экологически чистое авиационное топливо (SAF), изготовленное из отходов древесной биомассы, что потенциально сделает его конкурентоспособным по стоимости с авиационным топливом на основе ископаемого топлива, одновременно сокращая выбросы до 80%.
SAF не является идеальным экологическим решением для авиации – на самом деле, на данный момент идеального решения не существует. Использование SAF вместо реактивного топлива по-прежнему приводит к образованию углекислого газа, но это топливо более высокой чистоты, производящее на 3% больше энергии, при этом сгорая чище, со значительно сниженными выбросами серы и твердых частиц. Это устраняет все затраты на выбросы в процессах добычи и переработки нефти, и в зависимости от используемого сырья вы можете даже добиться отрицательного чистого выброса углерода – и все это без модификации ваших реактивных двигателей.
Оно отличается от биотоплива тем, что SAF второго поколения не использует кукурузу, сахарный тростник, сою или другие продовольственные культуры. Это чудовищная трата земли и воды. Вместо этого используется такое сырье, как древесные отходы от мукомольных работ, жом сахарного тростника, кукурузная солома и другие дешевые и многочисленные отходы.
Проблема, по мнению исследователей из Калифорнийского университета в Риверсайде, заключается в лигнине, ключевом структурном компоненте растительных клеток. Прочный и упругий, лигнин придает деревьям силу, а также затрудняет извлечение углерода для топлива из биомассы, особенно когда вы имеете дело с более твердой древесиной. Действительно, многие предприятия предпочитают просто сжигать лигнин для получения технологического тепла и электроэнергии, процесс, который имеет экономический смысл, но выглядит совершенно абсурдно с экологической точки зрения.
Доцент-исследователь Чарльз Кай с недавно установленным реактором CELF емкостью 20 галлонов, который будет использоваться в проекте по расширению масштабов технологии биопереработки CELF.
Калифорнийский университет Риверсайд
Однако команда Калифорнийского университета в Риверсайде разработала предварительную обработку, которая существенно меняет уравнение. Добавляя тетрагидрофуран (ТГФ) в воду и разбавленную кислоту во время предварительной обработки биомассы, команда обнаружила, что можно значительно повысить общую эффективность, одновременно производя топливо из лигнина в биомассе, а также сахаров.
Результат: гораздо больше авиационной выгоды от расходов на биомассу. Используя кукурузную солому, вы получаете на 18% больше топлива: от примерно 44 галлонов (167 л) бензинового эквивалента на тонну сухого сырья до 51,8 галлонов (196 л) на тонну при использовании предварительной обработки ТГФ. Если перейти к более прочной древесине тополя с более высоким содержанием лигнина, то выход составит 75,9 галлона (287 л) бензинового эквивалента на тонну сухого сырья – почти в два раза больше, чем при традиционном процессе, получаемом из кукурузной соломы.
И, как вишенка на торте, химикат для предварительной обработки ТГФ дешев, и его особенно легко достать, поскольку его можно производить из тех же сахаров биомассы, которые уже перерабатываются на предприятиях SAF.
Так в чем же суть? Что ж, GlobalAir указывает среднюю цену Jet-A в США на уровне 6,45 долларов США за галлон, а среднюю цену SAF на уровне 9,28 долларов США за галлон на момент написания статьи. Команда Калифорнийского университета в Риверсайде подсчитала, что производственная себестоимость производственного процесса CELF (лигноцеллюлозного фракционирования, усиленного сорастворителем) составляет всего 3,15 доллара за галлон.
Обходительный и уверенный в себе доцент-исследователь Чарльз Кай позволяет часам лопнуть.
Калифорнийский университет Риверсайд
Означает ли это, что авиационное топливо на 80 % чище за половину стоимости обычного авиакеросина? Нет; себестоимость производства не учитывает транспорт, логистику, коммерческие затраты или прибыль, а цены на ископаемое топливо по-прежнему выигрывают от огромной экономии за счет масштаба. Еще в ноябре 2021 года МЭА называло себестоимость галлона реактивного топлива на основе ископаемого топлива на уровне от 1,14 до 3,03 доллара, когда этот крайне нестабильный товар продавался по цене 2,19 доллара за галлон, согласно Index Mundi . Не говоря уже о том, что существуют различные кредиты на биотопливо и многое другое, поэтому сложно понять, каким может быть окончательный эффект на цену.
Но если он сделает то, что заявлено на упаковке, эта разработка явно позволит лучше использовать древесные отходы и должна существенно снизить цену SAF. А поскольку цена является основным барьером на пути внедрения, это может стать огромным шагом вперед для устойчивого транспорта.
«Я начал эту работу более десяти лет назад, потому что хотел оказать влияние», — сказал в пресс-релизе доцент-исследователь Чарльз Кай, руководитель команды Риверсайда. «Я хотел найти жизнеспособную альтернативу ископаемому топливу и моему мы с коллегами это сделали. Используя CELF, мы показали, что можно создавать экономически эффективное топливо из биомассы и лигнина и помочь ограничить наш вклад в выбросы углерода в атмосферу».
«Утилизация лигнина — это путь к получению из биомассы того, что вы хотите, наиболее экономичным и экологически чистым способом», — продолжает он. «Разработка процесса, позволяющего лучше использовать как лигнин, так и сахара, содержащиеся в биомассе, является одной из самых интересных технических задач в этой области».
Исследовательская работа команды находится в открытом доступе в журнале Energy & Environmental Science .