Тем не менее, новый анализ, проведенный учеными Национальной лаборатории Лоуренса Беркли при Министерстве энергетики (лаборатория Беркли), показывает, что устойчивые биореактивные топлива на растительной основе могут стать конкурентоспособной альтернативой обычным нефтяным топливам, если текущие инициативы по развитию и расширению масштабов будут продолжать подталкивать впереди успешно.
«Технико-экономический анализ и затраты на сокращение выбросов парниковых газов на протяжении всего жизненного цикла пяти маршрутов к смеси биотоплива», недавно опубликованный в журнале Energy & Environmental Science, предоставляет многообещающие доказательства того, что оптимизация трубопровода производства биотоплива – использование завода, богатого углеводами. материал и использование генетически модифицированных бактерий для переваривания изолированных сахаров в высококалорийные молекулы, которые затем химически превращаются в топливный продукт – затраченные усилия того стоят.
«Электрифицировать авиацию с использованием батарей или топливных элементов сложно отчасти из-за ограничений по весу самолетов, поэтому жидкое биотопливо может сыграть большую роль в сокращении выбросов парниковых газов», – сказала ведущий автор Коринн Скоун, исследователь из лаборатории Беркли.
Область энергетических технологий, а также Объединенный институт биоэнергетики Министерства энергетики США (JBEI). «Команда JBEI работала над биологическими путями создания передовых смесей биотоплива для реактивных двигателей, которые не только производятся из растительных сахаров, но и обладают привлекательными свойствами, которые на самом деле могут дать преимущество перед обычным реактивным топливом."
Как получить топливо из растительного сырья
В настоящее время многопрофильные команды JBEI сосредоточены на оптимизации каждого этапа процесса производства биотоплива.
Некоторые исследователи специализируются на разработке идеальных исходных растений, называемых биомассой, которые создают высокую долю углеводов и низкую долю лигнина, типа материала, который на данный момент труднее сделать полезным. Между тем, другие разрабатывают методы эффективного выделения углеводов из непищевой биомассы и расщепления их на молекулы сахара, которые бактерии могут переваривать или «биопревращать» в молекулу топлива.
Чтобы получить максимально возможный урожай от биоконверсии, другие исследователи JBEI изучают, какие генетические факторы и факторы окружающей среды делают модифицированные бактерии более эффективными.
После оптимизации этих этапов ученые JBEI могут передать технологии коммерческим партнерам, которые затем могут модифицировать и смешивать топливо в готовые к использованию продукты и разрабатывать стратегии для индустриализации масштабов производства. Учитывая огромное количество экспериментов и инноваций, необходимых для выполнения всего этого, Скоун и ее соавторы использовали инновационные методы анализа, чтобы оценить, действительно ли предприятие может достичь финальной стадии альтернативы реактивному топливу, которую авиакомпании захотят использовать.
«Мы надеемся, что на ранних стадиях исследования мы сможем по крайней мере смоделировать то, что, по нашему мнению, будет выглядеть, если вы доведете эти маршруты производства топлива до стадии зрелости», – сказал Скоун. «Если бы вы подтолкнули их к эталону этанола – технология создания этанола из растительного материала, такого как стебли, листья и початки кукурузы, существует уже давно, и мы можем сбраживать сахар с эффективностью 90 процентов – насколько близко приведет ли это нас к рыночной цене нефтяного топлива? Это важно знать сейчас.
"К счастью, ответ – они могут быть жизнеспособными. И мы определили улучшения, которые необходимо внести на протяжении всего процесса преобразования, чтобы это произошло."
Представление производственного процесса в масштабе
По данным соавтор и научный сотрудник JBEI Нава Барал. Стоимость штатного авиакеросина около 2 долларов.50 на галлон.
Чтобы изучить, как биотопливо для реактивных двигателей могло бы преодолеть остающийся разрыв в ценах, исследовательская группа использовала комплексное компьютерное моделирование, которое смоделировало необходимую технологию и последующие затраты на полные, увеличенные производственные пути с разными уровнями эффективности и с диапазоном вводимых биомассы и химикатов.
Авторы смоделировали в общей сложности пять различных путей производства четырех различных молекул топлива.
Результаты показали, что все пять направлений действительно могут создавать топливные продукты по целевой цене в 2 доллара.50 за галлон, если производители смогут превратить оставшийся лигнин в ценное химическое вещество – над чем в настоящее время работают исследователи JBEI – его можно будет продать, чтобы компенсировать стоимость биотоплива. Чистая цена галлона биотоплива могла бы быть снижена еще больше, если бы авиакомпаниям был предложен хотя бы скромный финансовый кредит для сокращения выбросов.
После некоторых отраслевых исследований команда также обнаружила, что авиакомпании могут быть готовы платить надбавку в размере до пятидесяти центов за галлон, потому что все четыре биотоплива дают больше энергии на единицу объема, а это означает, что самолет может лететь дальше на баке того же размера.
«Разработка соединений на основе растений, которые имеют преимущество в производительности по сравнению с их аналогами на нефтяной основе, является важным фактором в определении их жизнеспособности на рынке», – сказал Блейк Симмонс, соавтор и главный научный и технический директор JBEI.
Однако, какими бы многообещающими ни были эти выводы, доведение технологии производства биотоплива до золотого стандарта урожайности, предполагаемой в этих симуляциях, потребует дальнейших успехов.
«Ясно, что для того, чтобы эти виды топлива стали коммерчески жизнеспособными, нам нужны все руки», – отметил Скоун. «Но этот анализ подчеркивает важность мультиинституциональных, интегративных исследовательских центров, таких как JBEI, потому что ни одна группа, работающая над одной фазой процесса в одиночку, не может добиться этого."