Uma tecnologia desenvolvida no Laboratório Nacional Oak Ridge do Departamento de Energia dos EUA e ampliada pela Vertimass LLC para converter etanol em combustíveis adequados para aviação, o transporte e outras aplicações pesadas podem ter um preço competitivo com os combustíveis convencionais, mantendo os benefícios de sustentabilidade do etanol de base biológica, de acordo com uma nova análise. p ORNL trabalhou com a licenciada de tecnologia Vertimass e pesquisadores em 10 outras instituições em uma análise tecnoeconômica e de sustentabilidade do ciclo de vida do processo - conversão catalítica de uma etapa de etanol em blendstocks de hidrocarbonetos que podem ser adicionados ao jato, diesel, ou combustíveis de gasolina para reduzir suas emissões de gases de efeito estufa. Esta nova tecnologia é chamada de Desidratação e Oligomerização Consolidada, ou CADO.

A análise, publicado em Proceedings of the National Academy of Sciences , mostrou que este processo de etapa única para conversão de vapor úmido de etanol poderia produzir blendstocks a $ 2 / gigajoule (GJ) hoje e $ 1,44 / GJ no futuro conforme o processo é refinado, incluindo custos de capital operacionais e anualizados. Assim, a mistura seria competitiva com o combustível de aviação convencional produzido a partir do petróleo a preços historicamente altos de cerca de US $ 100 / barril. A $ 60 / barril de petróleo, o uso de incentivos de combustível renovável existentes resultam em paridade de preços, a análise encontrada.

A conversão faz uso de um tipo de catalisador chamado zeólita, que produz diretamente cadeias de hidrocarbonetos mais longas a partir do álcool original, neste caso, etanol, substituir um processo tradicional de várias etapas por um que usa menos energia e é altamente eficiente.

p "A robustez do catalisador permite a conversão direta de etanol úmido, o que simplifica muito o processo, reduz o custo da purificação do etanol e torna os custos de produção da mistura de hidrocarbonetos competitivos com base na análise, "disse Zhenglong Li, cientista da equipe de catálise de biomassa no ORNL e um colaborador no projeto.

Embora esta catálise de etapa única tenha sido eficaz em escala de laboratório, Testes e melhorias adicionais da Vertimass resultaram em rendimentos de produto ainda mais altos quando aumentados 300 vezes usando formulações de catalisadores comerciais. A operação de conversão pode ser integrada em novas usinas de biocombustíveis ou instalada como tecnologia complementar às usinas de etanol existentes com um mínimo de novo investimento de capital, os pesquisadores notaram.

Biocombustíveis avançados prometem queima limpa, fontes de energia renováveis ​​neutras em carbono. O objetivo é criar biocombustíveis líquidos avançados que possam tirar proveito da infraestrutura de distribuição de dutos existente e possam ser usados ​​em motores existentes ou avançados sem perda de desempenho. Os combustíveis são particularmente atraentes para ajudar a reduzir as emissões líquidas de carbono em motores pesados, como os de aeronaves, navios e veículos comerciais de grande porte onde a eletrificação é um desafio.

Dados os padrões atuais, o biocombustível avançado poderia ser misturado a 20% com combustível de aviação derivado do petróleo e um pouco mais alto para a gasolina, sujeito a certificação e verificação.

Enquanto isso, uma análise do ciclo de vida do processo de conversão descobriu que seu perfil de emissões de gases de efeito estufa é semelhante ao do etanol que alimenta o processo.

p “A sustentabilidade do etanol bio-derivado, agora produzido principalmente de milho nos Estados Unidos, mas com alguns agora sendo feitos de palha de milho e, eventualmente, matérias-primas de biomassa dedicadas como switchgrass, realiza o processo catalítico, "disse Brian Davison, diretor de ciências do Centro de Inovação de Bioenergia (CBI) do DOE no ORNL e colaborador no projeto. O CBI está buscando alvos específicos de pesquisa para uma bioeconomia próspera:safras de biomassa sustentáveis; processos avançados para decompor e converter plantas em biocombustíveis especiais; e bioprodutos valiosos, incluindo matérias-primas químicas, feito a partir do resíduo de lignina após o bioprocessamento.

"Nossos cientistas estão constantemente ultrapassando os limites do que é possível oferecer inovações para energia limpa, "disse Moe Khaleel, diretor de laboratório associado para Ciências da Energia e Ambientais do ORNL. "A conversão de etanol em blendstocks de hidrocarbonetos aproveita uma abundante fonte de energia doméstica ao mesmo tempo em que apóia o desenvolvimento de prósperas bioeconomias americanas."

p Refinements by Vertimass to the original, lab-scale process include the development of cheaper forms of the catalyst, as well as more than doubling the liquid fuel yield, the paper noted.

The paper details the refinements as well as results from analyses by Argonne National Laboratory, the National Renewable Energy Laboratory, Vertimass, and ORNL in collaboration with Dartmouth, the Federal Aviation Administration, Boeing, Pennsylvania State University, University of California-Riverside, Imperial College of London, the Brazilian Bioethanol Science and Technology Laboratory, and the Brazilian Center for Research in Energy and Materials.

"This research shows how ethanol, in addition to being a valuable fuel for cars, can be an effective intermediate for sustainable production of low-cost fuels for air travel and heavy-duty vehicles, " said professor Lee Lynd of Dartmouth College, who collaborated on the research and is the corresponding author. "The integration of biological and catalytic technologies shown here reflects the power of such hybrid systems."