p A descarbonização do transporte aéreo é fundamental para atender às metas climáticas dos EUA e melhorar a economia de energia do país. Mas as tecnologias que estão transformando os automóveis - como motores elétricos e combustíveis de hidrogênio - são difíceis de implementar em aeronaves. p Uma bateria poderosa o suficiente para abastecer um avião seria proibitivamente pesada. O hidrogênio tem apenas um quarto da densidade energética do combustível de aviação (e muitas vezes mais caro), mas exigiria tanques de armazenamento complexos e grandes a bordo. Para reduzir significativamente suas emissões, o setor de aviação comercial dos EUA precisará de novos métodos de fabricação de combustível de aviação sustentável.

p O bem estabelecido, O mercado de etanol de custo competitivo oferece uma oportunidade de mudar a composição do combustível de aviação e outros produtos de combustível do petróleo. O Escritório de Eficiência Energética e Energia Renovável do Escritório de Tecnologias de Bioenergia do Departamento de Energia está focado no desenvolvimento de combustíveis industrialmente viáveis ​​usando biomassa renovável, incluindo esforços de laboratórios nacionais para produzir biocombustíveis drop-in compatíveis com os atuais sistemas de aeronaves.

p Na primeira etapa de um processo de várias etapas de etanol para combustível de aviação desenvolvido pelo Laboratório Nacional de Oak Ridge do DOE, um catalisador é usado para converter etanol em C rico em buteno ₃₊ olefinas, intermediários importantes que podem então ser processados ​​em combustíveis de aviação. Mais duas etapas - oligomerização e hidrotratamento - convertem esses intermediários nos hidrocarbonetos líquidos usados ​​como combustíveis.

p Zhenglong Li, do ORNL, liderou uma equipe encarregada de melhorar a técnica atual de conversão de etanol em C ₃₊ olefinas e demonstrou um catalisador composto único que altera a prática atual e reduz os custos. A pesquisa foi publicada em Catálise ACS .

p Existem dois desafios que impedem as técnicas de conversão atuais de uma adoção mais ampla:baixo rendimento de olefinas e altos custos de produção. Também, abordagens recentes para conversão requerem hidrogênio adicional, outro fardo de custo. O resultado final? O custo de atualização do etanol precisa ser drasticamente reduzido para competir com o petróleo.

p Li tem a missão de refazer o processo padrão, produzindo C ₃₊ olefinas com alto rendimento e sem hidrogênio adicional. Ao estudar as reações menores em jogo nesta etapa, A equipe de Li se concentrou em uma solução potencial.

p "Embora pensemos nisso como um processo, do lado da química quando você aumenta o zoom, existem várias etapas elementares, "disse ele." Na primeira etapa, geramos hidrogênio internamente - podemos usar essa baixa concentração de hidrogênio a jusante onde ela é necessária e evitar o uso de hidrogênio adicional? Para fazer isso, precisamos desenvolver novos catalisadores; os padrões atuais não podem fazer essa conversão na alta temperatura relativa exigida. "

p A equipe desenvolveu e testou um catalisador composto - um catalisador beta de zinco-ítrio combinado com um catalisador de liga de átomo único. Cientistas de materiais ORNL, incluindo o co-autor de Li Lawrence Allard, foi pioneira no uso de catalisadores de átomo único, que foi apresentado em um artigo de 2011 da Nature Chemistry.

p "Ligas de átomo único são usadas para hidrogenação seletiva de baixa temperatura, mas ninguém ainda relatou seu uso neste tipo de redução de alta temperatura, "Disse Li." Também sabemos que poderíamos facilmente hidrogenar em excesso essas moléculas, que não seria utilizável. O ponto crítico aqui foi modular a proporção de hidrogênio e butadieno gerada durante a reação. "

p O processo foi um sucesso:o catalisador composto alcançou um etanol a C ₃₊ reação de olefina sem hidrogênio externo e mudou o rendimento.

p "Estamos alcançando seletividade de 78% na conversão de etanol de 94%, o mais alto relatado entre a literatura, "Li disse.

p A pesquisa é a primeira para combinar esses catalisadores e fornece uma nova compreensão fundamental de como esses materiais funcionam. A equipe de Li levará a técnica adiante.

p "Continuaremos a otimizar este processo para alcançar uma seletividade de catalisador ainda maior e maior rendimento de olefinas, "disse ele." A indústria da aviação requer combustíveis de hidrocarbonetos líquidos com alta densidade de energia. Esta nova tecnologia de catalisador é um passo importante para alcançar o renovável, combustível de aviação sustentável por meio da conversão do etanol. "