Простой и дешевый метод предварительной обработки может радикально снизить цену на экологически чистое авиационное топливо (SAF), изготовленное на основе отходов древесной биомассы, что сделает его конкурентоспособным по стоимости с авиационным топливом на основе ископаемого топлива, одновременно сокращая выбросы до 80%.
SAF не является идеальным решением для «зеленой» авиации – на самом деле, идеального решения пока не существует. Использование SAF вместо реактивного топлива по-прежнему приводит к образованию углекислого газа, но это более чистое топливо, которое производит на 3% больше энергии, при этом сгорает чище и со значительно меньшими выбросами серы и твердых частиц. Это устраняет всю стоимость выбросов в процессе добычи и переработки нефти и, в зависимости от используемого сырья, может даже быть чистым углеродо-отрицательным — и все это без необходимости модификации реактивных двигателей.
В отличие от биотоплива, SAF второго поколения не использует кукурузу, сахарный тростник, соевые бобы или другие продовольственные культуры. Это ужасающая трата земли и воды. Вместо этого используются сырьевые материалы, такие как древесные отходы, жом сахарного тростника, кукурузная солома и другие дешевые и обильные отходы мукомольных работ.
Исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде полагают, что проблема заключается в лигнине, ключевом структурном компоненте растительных клеток. Лигнин жесткий и эластичный, что придает деревьям прочность, но также затрудняет извлечение углерода из биомассы в качестве топлива, особенно при работе с более твердой древесиной. Фактически, многие компании предпочитают напрямую сжигать лигнин для получения тепла и электричества. Хотя этот процесс имеет экономический смысл, он абсолютно нежелателен с экологической точки зрения.
Однако исследовательская группа из Калифорнийского университета в Риверсайде разработала метод предварительной обработки, который существенно меняет уравнение. Добавляя тетрагидрофуран (ТГФ) в воду и разбавленную кислоту во время предварительной обработки биомассы, команда обнаружила, что они могут значительно повысить общую эффективность при использовании лигнина и сахаров в биомассе для производства топлива.
Результат: биомасса отходов может принести больше пользы авиации. Использование кукурузной соломы позволяет увеличить выход топлива на 18%, а при предварительной обработке ТГФ бензиновый эквивалент на тонну сухого сырья увеличивается с 44 галлонов (167 литров) до 51,8 галлонов (196 литров). Что касается жесткой древесины тополя с высоким содержанием лигнина, выход бензинового эквивалента на тонну сухого сырья достигает 75,9 галлонов (287 литров), что почти вдвое превышает бензиновый эквивалент, извлеченный из стеблей кукурузы традиционными способами.
Самое приятное то, что химикат для предварительной обработки ТГФ недорог и его особенно легко получить, поскольку его можно производить из сахаров биомассы, уже перерабатываемых на заводах SAF.
На момент написания этого отчета GlobalAir указала, что средние цены на самолеты Jet A в США составляют 6,45 доллара за галлон, а средние цены SAF - 9,28 доллара за галлон. Команда Калифорнийского университета в Риверсайде подсчитала, что производственный процесс CELF (лигноцеллюлозное фракционирование, усиленное сорастворителем) может стоить всего 3,15 доллара за галлон.
Означает ли это, что 80% чистое авиакеросин стоит вдвое дешевле обычного авиакеросина? Нет; производственные затраты не учитывают транспортировку, логистику, коммерческие затраты или прибыль, а цены на ископаемое топливо по-прежнему выигрывают от огромной экономии за счет масштаба. По данным IndexMundi, еще в ноябре 2021 года Международное энергетическое агентство (МЭА) оценило стоимость добычи ископаемого топлива в 1,14–3,03 доллара за галлон, в то время как крайне нестабильный товар в то время продавался по 2,19 доллара за галлон. Не говоря уже о том, что необходимо учитывать такие факторы, как различные кредиты на биотопливо, поэтому трудно определить окончательное влияние на цену.
Но если он сделает то, что обещает, то эта разработка явно позволит лучше использовать древесные отходы и должна значительно снизить цену SAF. Поскольку цена является основным барьером на пути внедрения этой технологии, это станет огромным шагом вперед в области устойчивого транспорта.
«Я начал эту работу более десяти лет назад, потому что хотел оказать влияние», — сказал в пресс-релизе Чарльз Кай, научный сотрудник и руководитель команды Риверсайда. «Я хотел найти жизнеспособные альтернативы ископаемому топливу, и мы с коллегами именно это и сделали. Используя CELF, мы показали, что можно производить экономически эффективное топливо из биомассы и лигнина и помочь сократить выбросы углекислого газа в атмосферу. Использование лигнина является ключом к извлечению того, что вам нужно, из биомассы наиболее экономичным и экологически чистым способом. Разработка процесса, который позволит лучше использовать лигнин и сахара в биомассе, является одной из самых интересных технических задач в этом направлении. поле».
Исследовательская работа команды была опубликована в журнале Energy and Environmental Science.