Авиакеросин из пищевых отходов: прорыв в устойчивой энергетике

Развитие авиации неразрывно связано с ростом выбросов парниковых газов. Исследователи из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн предложили инновационное решение: преобразование пищевых отходов в устойчивое авиационное топливо (SAF), соответствующее отраслевым стандартам и не требующее смешивания с ископаемым топливом.

Данный процесс, детально описанный в журнале Nature Communications, может способствовать достижению цели авиационной индустрии по достижению чистых нулевых выбросов углерода к 2050 году.

В основе метода лежит гидротермальное разжижение (HTL) — термохимический процесс, преобразующий пищевые отходы в биосырую нефть. Далее сырая нефть очищается от примесей и путем гидрообработки с использованием водорода и катализаторов превращается в авиационное топливо. Такой подход универсален и может применяться к различным типам сырья, открывая новые перспективы в производстве топлива.

«HTL по сути имитирует естественный процесс образования нефти в Земле, используя высокую температуру и давление для преобразования влажной биомассы в биосырую нефть. Наша цель — переработать эту биосырую нефть в транспортное топливо, которое можно будет напрямую использовать в существующей энергетической инфраструктуре», — поясняет ведущий автор исследования Сабрина Саммерс.

В рамках проекта исследователи использовали отходы местного пищевого предприятия. Ежегодно во всем мире более 30% продовольствия теряется на всех этапах — от производства до потребления. Разложение пищевых отходов на свалках и в очистных сооружениях усугубляет проблему выбросов парниковых газов, поэтому переработка таких отходов является важным шагом к устойчивому развитию.

Процесс HTL способен перерабатывать широкий спектр биоотходов, включая пищевые отходы, осадок сточных вод, водоросли, навоз и сельскохозяйственные остатки. «Для достижения целей авиационной отрасли по декарбонизации реактивного топлива нам необходимо множество различных возобновляемых источников, и сельское хозяйство сыграет ключевую роль в обеспечении сырьем», — отмечает профессор Юаньхуэй Чжан.

Для получения реактивного топлива из биосырой нефти исследователи сначала удалили примеси, такие как влага, зола и соли. Затем они использовали каталитический гидрообработку для удаления нежелательных элементов, таких как азот, кислород и сера, оставив только углеводороды, необходимые для топлива. После тестирования десятков вариантов был выявлен кобальт-молибденовый катализатор как наиболее эффективный из коммерчески доступных для проведения необходимых химических реакций.

Для оптимизации процесса гидрообработки исследователи варьировали температуру, концентрацию катализатора и водорода, а также время выдержки. Полученное устойчивое авиационное топливо прошло строгие испытания на соответствие стандартам Американского общества по испытаниям и материалам (ASTM) и Федерального управления гражданской авиации США. SAF образец успешно прошел предварительные тесты Tier Alpha и Beta и полностью соответствует спецификациям обычного авиационного топлива, не требуя добавок или смешивания с ископаемым топливом.

Эта технология обладает потенциалом для масштабирования и коммерческого производства. «Наши исследования решают научные и инженерные задачи, после чего в процесс может вступить индустрия. Процесс может применяться и к другим типам масел для производства SAF, а также замещать нефтехимические компоненты при производстве пластиков. Это открывает огромные возможности для бизнеса и экономического развития», — подчеркивает Чжан. Он также отметил, что SAF является ценным вкладом в циркулярную экономику, поскольку позволяет превращать отходы в полезный продукт, замыкая цикл использования ресурсов.