Forscher aus Illinois wandeln Lebensmittelabfälle in Flugzeugtreibstoff um und fördern so die Kreislaufwirtschaft
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Flugreisen sind beliebter denn je, und unser Wunsch nach schnellem Transport bedeutet, dass Düsentreibstoff zu einem Hauptverursacher von Treibhausgasemissionen geworden ist. Forscher der University of Illinois Urbana-Champaign haben nun einen neuen Weg gefunden, dieses Problem zu lösen, indem sie Lebensmittelabfälle in nachhaltigen Flugzeugtreibstoff (SAF) umwandeln, der die Industriestandards erfüllt, ohne auf fossile Treibstoffmischungen angewiesen zu sein. Ihr Verfahren, das in einer neuen Studie in Nature Communications beschrieben wird, könnte der Luftfahrtindustrie helfen, ihr ehrgeiziges Ziel zu erreichen, bis 2050 keine Kohlenstoffemissionen mehr zu verursachen.
Sabrina Summers von der University of Illinois demonstriert die Hydrobehandlung von Bio-Rohöl aus Lebensmittelabfällen.
Marianne Stein
Das Verfahren lässt sich wie folgt zusammenfassen: Die Forscher wandeln Lebensmittelabfälle durch einen thermochemischen Umwandlungsprozess, die so genannte hydrothermale Verflüssigung (HTL), in Bio-Brutöl um. Anschließend entfernen sie Verunreinigungen aus dem Bio-Rohöl, und schließlich raffinieren sie es mit Hilfe von Wasserstoff und Katalysatoren, um es in Flugkraftstoff umzuwandeln.
Dieser Ansatz lässt sich auf eine Vielzahl von Rohstoffen und Ölsorten anwenden und könnte zu einer neuen Richtung bei der Gewinnung von Kraftstoffen führen.
"HTL ahmt im Grunde die natürliche Entstehung von Rohöl in der Erde nach. Es nutzt hohe Hitze und hohen Druck, um feuchte Biomasse in ein Bio-Rohöl umzuwandeln. Das Ziel dieser Arbeit ist es, dieses Bio-Rohöl in Transportkraftstoffe umzuwandeln, die direkt in die bestehende Energieinfrastruktur eingespeist werden können", sagte die Hauptautorin Sabrina Summers , die vor kurzem am Department of Agricultural and Biological Engineering (ABE), das zum College of Agricultural, Consumer and Environmental Sciences und dem Grainger College of Engineering der U.I. gehört, promoviert hat.
In diesem Projekt verwendeten die Forscher Abfälle aus einer nahe gelegenen Lebensmittelverarbeitungsanlage. Weltweit werden jährlich über 30 % der Lebensmittel auf allen Ebenen der Lieferkette verschwendet - vom Bauernhof über den Transport, die Verarbeitung, den Einzelhandel, die Gastronomie und die Haushalte. Die Zersetzung von Lebensmitteln auf Deponien und in Kläranlagen trägt weiter zu den Treibhausgasemissionen bei, und das Recycling von Abfällen trägt zur Förderung der Nachhaltigkeit bei.
HTL kann jedoch Rohstoffe aus einer Vielzahl von Bioabfällen verarbeiten, darunter Lebensmittel, Klärschlamm, Algenblüten, Schweinegülle und landwirtschaftliche Reststoffe.
"Um die Ziele der Luftfahrtindustrie zur Dekarbonisierung von Düsentreibstoff zu erreichen, brauchen wir viele verschiedene erneuerbare Quellen, und die Landwirtschaft wird eine entscheidende Rolle bei der Bereitstellung der Rohstoffe spielen", sagte ABE-Professor und korrespondierender Autor Yuanhui Zhang .
Um Biobrutöl in Düsentreibstoff umzuwandeln, entfernten die Forscher zunächst Verunreinigungen wie Feuchtigkeit, Asche und Salz. Dann setzten sie ein Verfahren namens katalytische Wasserstoffbehandlung ein, um unerwünschte Elemente wie Stickstoff, Sauerstoff und Schwefel zu entfernen, so dass nur die für den Kraftstoff benötigten Kohlenwasserstoffe übrig blieben. Nachdem sie Dutzende von Optionen getestet hatten, stellten sie fest, dass Kobalt-Molybdän der effektivste handelsübliche Katalysator ist, um die notwendigen chemischen Reaktionen auszulösen und das Öl in nachhaltigen Flugkraftstoff zu verwandeln.
Um das Hydrotreatment-Verfahren zu optimieren, passten die Forscher Variablen wie Temperatur, Katalysator- und Wasserstoffbeladung sowie Verweilzeit an, um die besten Bedingungen für die Herstellung von Flugzeugtreibstoff zu ermitteln. Anschließend testeten sie ihren nachhaltigen Flugkraftstoff anhand der strengen Normen der American Society for Testing and Materials (ASTM) und der Federal Aviation Administration. Ihre SAF-Probe bestand die Tier-Alpha- und -Beta-Vorscreening-Tests und erfüllte alle Spezifikationen für konventionellen Düsenkraftstoff - ohne dass Zusatzstoffe oder eine Mischung mit fossilen Kraftstoffen erforderlich waren.
Die Technologie hat das Potenzial, für die kommerzielle Produktion aufgestockt zu werden, so Zhang.
"Unsere Forschung trägt dazu bei, die wissenschaftlichen und technischen Probleme zu lösen, und dann kann die Industrie einspringen. Das Verfahren kann auf andere Ölsorten für SAF angewendet werden. Es kann auch andere Materialien ersetzen, z. B. aus Erdöl gewonnene Verbindungen für die Kunststoffherstellung. Dies birgt ein enormes Potenzial für Geschäftsmöglichkeiten und wirtschaftliche Entwicklung", sagte er.
Zhang hat einen Index zur Messung der zirkulären Bioökonomie entwickelt, und er sagte, dass SAF einen wertvollen Beitrag zur Zirkularität leistet.
"In einer linearen Wirtschaft produzieren wir einfach etwas, benutzen es und werfen es weg. In diesem Projekt nehmen wir den Abfall und gewinnen die Energie und die Materialien zurück, um ein brauchbares Produkt herzustellen. Dies füllt ein fehlendes Glied im Kreislaufparadigma", schloss er.
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