Kredit:Pixabay/CC0 Public Domain
Den här veckan går experter från flygindustrin tillsammans med landets främsta energiforskare för att diskutera strategier för renare lufttransporter som gör landet mindre beroende av traditionella fossila bränslen samtidigt som klimatförändringarna bromsas.
Deras utbyte av stora idéer representerar bara en bråkdel av de lösningar som forskare vid det amerikanska energidepartementets (DOE:s) National Renewable Energy Laboratory (NREL) undersöker i kapplöpningen att minska utsläppen från några av de transportsektorer som utgör de största utmaningarna .
Flygplan står för mer än 8 % av alla amerikanska transportrelaterade utsläpp av växthusgaser (GHG), medan fartyg och tåg vardera producerar mindre än 2 % av dessa utsläpp. Trots det kan ett enda containerfartyg släppa ut så mycket koldioxid som 75 000 bilar och lika mycket kväveoxid och partiklar som 2,5 miljoner bilar. De tunga fordon som används för transkontinentala lastbilstransporter genererar 23 % av landets växthusgasutsläpp.
Vikten, kraften och arbetscykelkraven för dessa transportsätt, som tillsammans är ansvariga för nästan all laströrelse, gör dem notoriskt svåra att elektrifiera. Samtidigt kan landet bara uppnå klimatmålen med djupa nedskärningar av sina utsläpp. NREL-forskare arbetar med partners inklusive de som är representerade vid laboratoriets partnerforum för att ta itu med dessa problem med prisvärda och högpresterande bränsle- och förbränningsinnovationer utformade för att minska koldioxidavtryck samtidigt som de stärker den nationella energisäkerheten och motståndskraften i leveranskedjan.
"Å ena sidan ser vi en relativt snabb övergång till elbilar. Det är dock tuffare att praktiskt taget eliminera koldioxidutsläpp inom flyg-, sjöfarts- och tunga sektorer, som kommer att fortsätta att förlita sig på flytande bränslen", säger NREL Senior forskare och bränsle- och förbränningsgruppchef Gina Fioroni. "Vårt team arbetar för att se till att nya bränslen från hållbara källor brinner renare samtidigt som varor och människor rör sig."
Forskning avslöjar hur biobaserade bränslen kan minska utsläppen av växthusgaser
De senaste NREL-genombrotten erbjuder potentialen att minska utsläppen av diesellastbilar och flygplans växthusgaser med 60 % till 84 % respektive. Laboratoriet undersöker alternativ som kan ge liknande utsläppsminskningar för tåg och marina fartyg.
Hittills har biobaserade råvaror, inklusive rester av vedartad biomassa, jordbruksrester, alger och kommunalt fast avfall, lovande som förnybara källor för produktion av dessa nya bränslen. NREL-forskare bedömer kandidatbränslen för effektivitet, prestanda och stabilitet, såväl som tekniska och ekonomiska faktorer, inklusive produktionskostnader och råvaruförsörjningskedjor.
NREL:s mångåriga vetenskapliga ledarskap har lett till betydande upptäckter om hur bränsleegenskaper påverkar motordriften. Parat med laboratoriets förståelse för branschens prioriteringar, såväl som avancerade simulerings- och maskininlärningsfunktioner, ger denna expertis de insikter som behövs för snabb utveckling av marknadslivskraftiga hållbara bränslen för långdistanslastbils-, järnvägs-, marin- och flygsektorer. Laboratoriets forskning kopplar samman punkterna mellan bränsleegenskaper, molekylär struktur och motormekanik, vilket ger industrin viktig information för att rikta design för specifika tillämpningar.
Identifiering av pålitliga, effektiva bränslen med ett litet koldioxidavtryck och potential för produktion i kommersiell skala bygger på en sofistikerad förståelse för hur bränsleegenskaper påverkar motorns förbränning. En innovativ kombination av mätningar av bränsleegenskaper, kemimodeller på molekylär nivå och högpresterande datorsimuleringar gör det möjligt för NREL-forskare att hitta de bästa rena, effektiva och kostnadseffektiva lösningarna för varje läge.
Simuleringar minimerar tid och kostnader för bedömningar av bränsleprestanda
Att producera stora mängder flygbränsle som krävs för att få godkännande från industristandardmyndigheten ASTM International är särskilt kostsamt. Med simuleringar kan forskare noggrant bedöma bränsleprestanda i timmar eller minuter, snarare än att förlita sig på dyra utrustningsbaserade utvärderingar som kan ta månader. NREL-teamet kan snabbt utvärdera bränslenas interaktion med dagens flygplansturbinmotorer och dieselmotorer för lokomotiv, fartyg och lastbilar, samt utforska hur nya bränslen kan fungera med morgondagens nästa generations motorteknologier.
"Vi har haft turen att arbeta med så många fantastiska partners - från utrustningstillverkare till operatörer, branschorganisationer, andra forskningsinstitutioner och certifieringsmyndigheter", säger NREL Senior Research Fellow och Advanced Biofuels Team Lead Robert McCormick. "De har gjort det tydligt hur komplext, tidskrävande och riskabelt det är att få ut nya bränslen på marknaden. Vårt teams arbete tar hänsyn till dessa överväganden, med målet att få ut livskraftiga nya, bättre bränslen på marknaden tidigare."
NREL-teamet har långvariga relationer med organisationer som ASTM, UL och International Organization for Standardization, som är ansvariga för att fastställa industristandarder och praxis. Forskare har också ett nära samarbete med partners som tillverkar och driver lastbils-, flyg-, järnvägs-, bygg-, gruv-, militär- och jordbruksutrustning, tillsammans med företag som producerar bränsle- och infrastrukturutrustning.
Dessutom fortsätter laboratoriet att överbrygga övergången till full elektrifiering av lätta och medelstora fordon med strategier för att maximera biobränsleanvändningen under tiden. Samtidigt arbetar NREL-forskare för att förbättra prestanda och säkerhet för batterier för elfordon.
"Att använda rent brinnande, koldioxidsnålt bränsle är bara en av de strategier som behövs för att nå nettonollutsläpp för flyg och andra transportformer," sa Fioroni. "Det här kommer inte bara att hjälpa till att bekämpa klimatförändringarna, utan det kommer också att resultera i ett starkare system för lasttransport, att få kritiska förnödenheter till industrin och konsumenterna och leverera de produkter vi behöver över hela landet och runt om i världen." + Utforska vidare
