Пищевые отходы могут стать топливом для будущих самолетов

Ученые превращают вчерашние объедки в средство для завтрашнего взлета.

Что для одного человека мусор, то для другого — авиатопливо ? Как ни странно, исследователи из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне считают, что им удалось разработать процесс, позволяющий воплотить этот маловероятный сценарий в реальность — по крайней мере, в небольших масштабах.

В статье, опубликованной на этой неделе в журнале Nature Communications , инженеры-агрономы изложили стратегию переработки излишков пищевых отходов в биотопливо, а затем «модернизации» этого топлива до авиационного, которое можно сразу заправлять в самолёт, не внося дополнительных изменений в инфраструктуру воздушного судна. Они сравнили полученное из пищевых отходов топливо с отраслевыми стандартами и обнаружили, что оно соответствует всем необходимым стандартам для обычного авиационного топлива.

Хотя эти результаты все еще являются скорее подтверждением концепции, они открывают захватывающую возможность использования пищевых отходов ( в которых, безусловно, нет недостатка ), чтобы помочь авиационной отрасли приблизиться к ее амбициозной цели — достижению нулевых выбросов углерода в течение следующих трех десятилетий.

«В линейной экономике мы просто производим что-то, используем это и выбрасываем. В этом проекте мы собираем отходы и восстанавливаем энергию и материалы, чтобы производить пригодный к использованию продукт. Это заполняет недостающее звено в циклической парадигме», — заявил профессор Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне и соавтор исследования Юаньхуэй Чжан.

По оценкам Агентства по охране окружающей среды США (EPA) , только в 2022 году на транспорт пришлось около 29% всех выбросов парниковых газов в США. Из них около семи процентов пришлось на коммерческие самолёты. Современные автомобили в последние годы сократили выбросы, отчасти благодаря переходу на электромобили. И хотя самолёты с аккумуляторным питанием теоретически возможны для некоторых коротких перелётов, они просто не обеспечивают достаточно энергии для пассажирского самолёта, совершающего перелёт через всю страну (авиатопливо содержит примерно в 50 раз больше энергии на килограмм, чем обычные литий-ионные аккумуляторы). В результате самолёты отстают от автомобилей в плане снижения выбросов.

Но что насчёт так называемого устойчивого авиационного топлива на основе биомассы (SAF)? По некоторым оценкам, SAF, которое в основном относится к топливу, полученному из органических материалов, может сократить выбросы от полётов до 80% по сравнению с обычным реактивным топливом. Хотя этанол и другие производные на основе биомассы доступны для автомобилей уже несколько десятилетий, для самолётов они остаются труднодоступными, поскольку их химический состав не соответствует гораздо более строгим требованиям, предъявляемым к реактивному топливу.

Именно для удовлетворения этих требований и нужны пищевые отходы. В новом эксперименте команда начала со сбора пищевых отходов с близлежащих предприятий пищевой промышленности. Затем они применили химический процесс, называемый гидротермальным сжижением (ГТС), который, по сути, имитирует процесс естественного образования нефти из органического вещества на Земле в течение миллионов лет, только без лишнего ожидания. ГТС действует как усовершенствованная «скороварка», ускоряя течение времени в природе.

Извлекши из пищевых отходов большое количество сырой нефти, исследователи приступили к её переработке в авиационное топливо, применив двухэтапный процесс. Первый этап включал удаление соли, золы, влаги и других примесей. После этого они использовали процесс очистки, называемый каталитической гидроочисткой, для устранения других нежелательных элементов, таких как азот, сера и кислород. Оставшиеся углеводороды представляли собой специфические соединения, необходимые для производства авиационного топлива. Они протестировали различные катализаторы и обнаружили, что кобальт-молибденовый катализатор оказался наиболее эффективным и коммерчески доступным металлическим катализатором для проведения химических реакций, необходимых для переработки нефти в авиационное топливо.

Команда протестировала авиационное топливо, полученное из пищевых отходов, на соответствие действующим стандартам, установленным Американским обществом по испытаниям и материалам (ASTM) и Федеральным управлением гражданской авиации США. Топливо прошло отборочные испытания и соответствовало отраслевым требованиям без необходимости добавления каких-либо специальных присадок. Это означает, что теоретически оно может использоваться в коммерческих самолетах.

Полученные результаты — первый шаг к доказательству того, что производство авиационного топлива из пищевых отходов, по крайней мере, возможно. Однако производство такого топлива в количестве, достаточном для обеспечения целого пассажирского самолёта, — это совсем другая задача. Масштабирование на таком уровне требует времени, ресурсов и солидных кошельков, не связанных с академической сферой.

«Наши исследования помогают решать научные и инженерные проблемы, а затем в дело может вступить промышленность», — сказал Чжан. 

Фото: Getty Images

Mack DeGeurin “Food scraps could power future airplanes”

Перевод статьи «Food scraps could power future airplanes» автора Mack DeGeurin, оригинал доступен по ссылке. Лицензия: CC BY. Изменения: переведено на русский язык