Ett sätt att öka hållbarheten är att minska koldioxidutsläppen inom transporter. Under 2017 överträffade utsläppen av växthusgaser (GHG) från denna sektor alla andra i USA, står för nästan 30 % av de totala växthusgasutsläppen, enligt United States Environmental Protection Agency.

En strategi som forskare undersöker för att minska utsläppen är att producera förnybara bränslen, som förnybart flygbränsle, med biobränsleproduktion redan på plats, som etanol – ett bränsle som är billigt, renare brinnande och allmänt tillgänglig. Men för att denna strategi ska fungera, etanol måste först omvandlas till ett kolvätebränsle, ett steg som skulle kunna öka de totala kostnaderna.

En banbrytande studie som släpptes idag avslöjar Vertimass nya integrerade, kostnadseffektivt sätt att omvandla etanol till bränsleblandningar som kan minska utsläppen av växthusgaser med mellan 40 och 96 procent. Upptäckten markerar ett stort framsteg i utvecklingen av drop-in, eller utbytbara, biobränslen och kan främja forskning för att främja deras användning inom flyget, frakt, långdistanslastbilar och andra former av tunga transporter.

Det tvärvetenskapliga teamet bakom upptäckten representerar ett brett utbud av akademiska institutioner och industriinstitutioner och inkluderar forskare från U.S. Department of Energys (DOE) Argonne National Laboratory, samt DOE:s National Renewable Energy Laboratory och Oak Ridge National Laboratory.

Forskarna bakom studien utvecklade sin nya metod för att omvandla etanol med hjälp av de senaste framstegen inom katalys och processutveckling. Till skillnad från traditionella metoder som kräver tre steg, nya framsteg låter forskare skapa en konverteringsprocess som kombinerade alla tre stegen, en åtgärd som skulle kunna sänka kostnaden för konvertering och miljöavtryck.

För att förstå de fullskaliga effekterna av deras konverteringsprocess i ett steg, kallad konsoliderad alkoholdehydrering och oligomerisering, eller CADO, forskare utvärderade miljöpåverkan av deras system via en process som kallas livscykelanalys. Forskare utvärderade också de tekniska och ekonomiska effekterna av deras tillvägagångssätt.

För att hantera denna process, teamet vände sig till forskargruppen på Argonne som arbetar med växthusgaserna, reglerade utsläpp, och energianvändning i transport (GREET) modell, ett kraftfullt analysverktyg som simulerar energianvändning och miljöeffekter från olika fordon och bränslesystem. Används av nästan 40, 000 människor över hela världen, GREET-plattformen kan analysera flera fordon och/eller bränslesystem, från när råvaror bryts eller utvinns till när de kasseras eller släpps ut, för att beräkna energianvändningen och utsläppsnivåerna genomgående.

"GREET är ett av de enda verktygen där ute som kan ge en komplett bild av energi- och miljöpåverkan från ett helt fordon och bränslesystem, sa Michael Wang, ledaren för GREET-teamet på Argonne, och en av medförfattarna till studien.

Argonne-forskare använde GREET för att beräkna livscykelns växthusgasutsläpp som produceras av kolvätebränslen gjorda av olika råvaror och omvandlingsmetoder. Några av de analyserade råvarorna – även känd som råvaror – var majs och sockerrör, som är första generationens råvaror, samt sockerrörshalm och majsstover, som är icke-livsmedelsbiomassa, eller andra generationens råmaterial.

"Variationer i råvaran som används för att tillverka etanol och vägar som används för att omvandla det, ger olika nivåer av växthusgasutsläpp, " sa Argonne energisystemanalytiker Pahola Thathiana Benavides, en annan medförfattare.

Wang och Benavides analys visade att kolväteblandningar gjorda med CADO-omvandlingsprocessen minskade utsläppen av växthusgaser allt från mellan 40 % upp till 96 % beroende på råvaran och omvandlingsvägen. Utsläppen av växthusgaser minskade med 40 % med majskorn, 70 % med sockerrörsjuice och 70-96 % med cellulosabiomassa som sockerrörshalm och majsstover.

"För att gå mot en mer hållbar utveckling, vi kommer att behöva bränslen som kan generera färre utsläpp och som är ekonomiskt genomförbara, " Sa Benavides. "Detta arbete är en spännande indikator på att det är möjligt att bygga en sådan framtid."

Studien, "Teknoekonomisk analys och livscykelanalys av enstegs katalytisk omvandling av våt etanol till fungibelt bränsleblandningsmaterial, " publiceras i Proceedings of the National Academy of Sciences .