Produzione di carburante per aerei dalla biomassa

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Nel 2021, quasi un quarto del Le emissioni mondiali di anidride carbonica provengono dal settore dei trasporti, di cui l’aviazione ha contribuito in modo significativo. Mentre il crescente utilizzo di veicoli elettrici sta contribuendo a ripulire i trasporti terrestri, le batterie di oggi non possono competere con gli idrocarburi liquidi derivati ​​dai combustibili fossili in termini di energia fornita per libbra di peso, una delle maggiori preoccupazioni quando si tratta di volare. Nel frattempo, sulla base della prevista crescita della domanda di viaggi, si prevede che il consumo di carburante per aerei raddoppierà da qui al 2050, anno entro il quale l’industria aeronautica internazionale si è impegnata a essere a zero emissioni di carbonio.

Molti gruppi hanno preso di mira un carburante idrocarburico sostenibile al 100% per gli aerei, ma senza molto successo. Parte della sfida è che i carburanti per l’aviazione sono regolamentati in modo così rigido. "Si tratta di una sottoclasse di carburanti che ha requisiti molto specifici in termini di chimica e proprietà fisiche del carburante, perché non si può rischiare che qualcosa vada storto nel motore di un aereo", afferma Yuriy Román-Leshkov, Robert T. Haslam Professore di Ingegneria Chimica. “Se voli a 30.000 piedi, fuori fa molto freddo e non vuoi che il carburante si addensi o congeli. Ecco perché la formulazione è molto specifica.”

Il carburante per l'aviazione è una combinazione di due grandi classi di composti chimici. Dal 75 al 90 per cento di esso è costituito da molecole “alifatiche”, costituite da lunghe catene di atomi di carbonio legati insieme. "È simile a quello che troveremmo nei carburanti diesel, quindi è un classico idrocarburo disponibile sul mercato", spiega Román-Leshkov. Il restante 10-25% è costituito da molecole “aromatiche”, ciascuna delle quali comprende almeno un anello composto da sei atomi di carbonio collegati.

Nella maggior parte dei carburanti per trasporti, gli idrocarburi aromatici sono considerati una fonte di inquinamento, quindi vengono rimossi il più possibile. Tuttavia, nei carburanti per l’aviazione, alcune molecole aromatiche devono rimanere perché determinano le necessarie proprietà fisiche e di combustione della miscela complessiva. Svolgono anche un altro compito fondamentale: assicurano che le guarnizioni tra i vari componenti del sistema di alimentazione dell'aereo siano ermetiche. "Gli aromatici vengono assorbiti dalle guarnizioni di plastica e le fanno gonfiare", spiega Román-Leshkov. "Se per qualche motivo cambia il carburante, cambiano anche le guarnizioni, e questo è molto pericoloso."

Di conseguenza, gli aromatici sono una componente necessaria, ma rappresentano anche un ostacolo nel tentativo di creare carburanti per l’aviazione sostenibili, o SAF. Le aziende sanno come produrre la frazione alifatica da parti non commestibili di piante e altre fonti rinnovabili, ma non hanno ancora sviluppato un metodo approvato per generare la frazione aromatica da fonti sostenibili. Di conseguenza, si crea un “muro di fusione”, spiega Román-Leshkov. “Poiché abbiamo bisogno di quel contenuto aromatico, indipendentemente dalla sua fonte, ci sarà sempre un limite alla quantità di idrocarburi alifatici sostenibili che possiamo utilizzare senza modificare le proprietà della miscela”. Nota un simile muro di miscelazione con la benzina. “Abbiamo molto etanolo, ma non possiamo aggiungerne più del 10% senza modificare le proprietà della benzina. In effetti, i motori attuali non riescono a gestire nemmeno il 15% di etanolo senza modifiche”.

Non mancano le fonti rinnovabili né i tentativi di convertirle

Negli ultimi cinque anni, comprendere e risolvere il problema SAF è stato l'obiettivo della ricerca di Román-Leshkov e del suo team del MIT - Michael L. Stone PhD '21, Matthew S. Webber e altri - così come dei loro collaboratori a Washington State University, il National Renewable Energy Laboratory (NREL) e il Pacific Northwest National Laboratory. Il loro lavoro si è concentrato sulla lignina, un materiale resistente che fornisce alle piante supporto strutturale e protezione contro microbi e funghi. Circa il 30% del carbonio nella biomassa è contenuto nella lignina, ma quando l’etanolo viene generato dalla biomassa, la lignina viene lasciata come prodotto di scarto.