Finansierat av ett amerikanskt energidepartement, ett team av forskare vid Worcester Polytechnic Institute (WPI) skapar ett bättre sätt att omvandla avfallsmat till biobränslen som är miljövänliga, ett projekt som kan påverka globala problem som råoljeberoende, matavfall, och vattenföroreningar.

Att använda matsvinn för att skapa biobränslen är inte nytt, men processer som utvecklats hittills, som är besvärliga och dyra, har inte fattat. I ett papper publicerat i open-access journal Energier , Michael Timko, docent i kemiteknik, rapporterar om ett arbete av ett team av kollegor för att avsevärt förbättra utbytet av olja från avfallskonverteringsprocessen samtidigt som effektiviteten förbättras.

"Människor har arbetat i decennier för att tillverka bränslen som konkurrerar med petroleum, "Timko sa." Vi försöker minska vårt beroende av råolja, en utarmande resurs som bidrar till klimatförändringarna. Om vi ​​kan göra det med något som annars skulle fortsätta att lämna in våra kommunala deponier, det är två sätt vi skulle gynna vår miljö. Detta är nog inte tillräckligt för att göra processen ekonomiskt genomförbar ännu, men det är ett steg i rätt riktning. "

Timko sa att hans process beskrivs i den nya tidningen, som finansierades med ett år, $ 168, 373 SBIR -bidrag från U.S. Department of Energy, kan bli ett ekonomiskt sätt att omvandla mat som har förstörts eller på annat sätt kasseras till biobränsle till kraftskolor, restauranger, mataffärer, och till och med hela samhällen. Han sa att han föreställer sig reaktorer som gör det möjligt för företag och institutioner som säljer eller serverar mat att bearbeta sitt avfall för att generera flytande bränsle som de kan använda för att generera kraft, spara pengar och hjälpa miljön. Och, han sa, genom att hålla matavfall borta från deponier, där det bryts ner för att producera växthusgaser och vattenföroreningar, processen kommer att ha betydande miljöfördelar.

Ungefär en tredjedel av all mat som produceras som livsmedel går förlorad eller går till spillo - cirka 1,3 miljarder ton per år, eller en förlust på cirka 161 miljarder dollar, enligt Food and Agriculture Organization of the United Nations. Trettio miljoner ton slösas bort varje år bara i USA.

Forskare har i decennier vetat hur man gör flytande och gasformiga bränslen av matavfall, med olika processer och med varierande framgång. En nyare process, hydrotermisk kondensering, är ett lovande alternativ, men de andra, har nackdelar. Genom denna process, våt biomassa (som matavfall) placeras i en tryckkokarliknande reaktor och utsätts för höga temperaturer och tryck. Under dessa omständigheter, kolväten i biomassan bryts ner för att producera ett biobränsle som liknar råolja.

Problemet är att en betydande del av de organiska föreningarna som produceras, inklusive syror och alkoholer, hamna i vattenfasen som produceras av reaktionen och omvandlas inte till biobränsle. Avloppsvattnet kan bearbetas ytterligare för att producera mer användbar olja eller behandlas för att göra det tillräckligt rent för att släppas ut, men båda alternativen lägger till betydande kostnader och använder extra energi.

"Vår utmaning är att tillverka ett bränsle som är ekonomiskt jämfört med petroleumbaserade bränslen, "Sa Timko." Faktum är att vårt biobränsle måste vara billigare än olja eftersom industrin har 80 till 100 års fart och en massiv infrastruktur bakom sig. "

Timko och hans team bestämde sig för att tillsätta katalysatorer till kondenseringsreaktionen för att se om de kunde minska mängden kolföreningar som förlorats i vattenfasen och öka utbytet av olja, vilket gör processen mer effektiv och ekonomisk. De experimenterade med två typer av föreningar:natriumkarbonat (Na2Co3), en homogen katalysator, och en grupp heterogen katalysator känd som cerium-zirkoniumblandade oxider (CeZrOx).

Även om natriumkarbonat inte signifikant ökade utbytet av olja, lägga till CeZrOx gjorde (från under 40 procent till över 50 procent), samtidigt som mängden föreningar som återstår i vattenfasen reduceras. "Genom att tillsätta dessa katalysatorer, vi har kunnat öka utbytet av biobränsle och minska förlusten av föreningar till vattenfasen med 50 procent. En förändring på 50 procent är mycket lovande, sa Timko.

I pågående forskning, teamet undersöker andra potentiella katalysatorer, inklusive röd lera - ett avfall som skapats vid tillverkning av aluminium, vilket är billigt, stabil, och pålitlig.

Alex Maag, en WPI -doktorand i kemiteknik, samordnade laboratorieexperimenten för projektet och övervakade bidragen från ett team med stora kvalificerade projekt (MQP):senior kemitekniker Maria Bailey, Jeremy Hemingway, och Nick Carabillo. (MQP är en professionell design- eller forskningserfarenhet som alla WPI-studenter måste slutföra.) Maag är medförfattare till Energies papper, tillsammans med Timko, Geoffrey Tompsett, biträdande forskningsprofessor i kemiteknik, och Alex Paulsen, Ted Amundsen, och Paul Yelvington från Mainstream Engineering Corporation i Rockledge, Fla.

"Genom att använda något som annars skulle gå på våra deponier, "sa Maag, "bidrar till produktionen av metan, en växthusgas, samt vattenföroreningar och erosion, vi kommer att kunna minska vårt beroende av råolja, en minskande resurs som bidrar till klimatförändringarna. Vi löser två problem samtidigt. "