Странная идея, не правда ли? Однако исследователи из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне считают, что им удалось разработать процесс, который может воплотить этот маловероятный сценарий в реальность — по крайней мере, в небольших масштабах.
В статье, опубликованной на этой неделе в журнале Nature Communications, инженеры-агрономы описали стратегию, позволяющую превратить избыточные пищевые отходы в биотопливо, а затем «модернизировать» это топливо до уровня авиационного, которое можно заливать в самолёт без необходимости внесения дополнительных изменений в инфраструктуру воздушного судна. Они сравнили полученное из пищевых отходов топливо с отраслевыми стандартами и выяснили, что оно соответствует всем необходимым требованиям к традиционному авиационному топливу.
Хотя эти результаты пока скорее подтверждают концепцию, они открывают захватывающую возможность использования пищевых отходов (которых, безусловно, предостаточно) для того, чтобы помочь авиационной отрасли приблизиться к амбициозной цели — достижению нулевого уровня выбросов углекислого газа в течение следующих трёх десятилетий.
Профессор Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне и автор соответствующего исследования Юаньхуэй Чжан заявил: «В линейной экономике мы просто производим что-то, используем и выбрасываем. В этом проекте мы берём отходы и восстанавливаем энергию и материалы для получения полезного продукта. Это заполняет недостающее звено в концепции циркулярной экономики».
Самолёты отстают от автомобилей по сокращению выбросов
По данным Агентства по охране окружающей среды США (EPA), в 2022 году на транспорт приходилось примерно 29% всех выбросов парниковых газов в США. Из них около семи процентов — на долю коммерческих самолётов.
Современные автомобили за последние годы сократили выбросы, отчасти благодаря переходу на питание от аккумуляторных батарей. Теоретически самолёты на аккумуляторах возможны для некоторых коротких перелётов, но они просто не обеспечивают достаточно энергии для пассажирского самолёта, летящего через всю страну (авиационное топливо содержит примерно в 50 раз больше энергии на килограмм, чем обычные литий-ионные батареи. В результате самолёты отстают от автомобилей по сокращению выбросов.
Но как насчёт так называемого устойчивого авиационного топлива (SAF) на основе биомассы? По некоторым оценкам, SAF, которое в основном состоит из топлива, полученного из органических материалов, может сократить выбросы от полётов до 80% по сравнению с традиционным авиационным топливом.
Хотя этанол и другие производные на основе биомассы десятилетиями доступны для автомобилей, для самолётов они оставались более труднодоступными, поскольку их химический состав не соответствует гораздо более строгим требованиям, необходимым для авиационного топлива.
Превращение биомассы в авиационное топливо
В этом новом эксперименте команда начала со сбора пищевых отходов на близлежащих предприятиях пищевой промышленности. Затем они использовали химический процесс, называемый гидротермальной сжиженностью (HTL), который, по сути, имитирует способ, с помощью которого Земля естественным образом создаёт сырую нефть из органических веществ в течение миллионов лет, но без длительного ожидания. HTL действует как своего рода усовершенствованная «скороварка», чтобы ускорить ход времени природы.
Извлекая из пищевых отходов достаточно сырой нефти, исследователи затем приступили к преобразованию её в авиационное топливо в два этапа. На первом этапе была удалена соль, зола, влага и другие примеси. После этого они использовали процесс очистки, называемый каталитическим гидроочищением, чтобы устранить другие нежелательные элементы, такие как азот, сера и кислород. То, что осталось, — это специфические углеводороды, необходимые для производства авиационного топлива.
Команда протестировала различные катализаторы и обнаружила, что кобальт-молибден является наиболее эффективным и коммерчески доступным металлическим катализатором для проведения химических реакций, необходимых для переработки нефти в авиационное топливо.
Исследователи проверили полученное авиационное топливо на соответствие текущим стандартам, установленным Американским обществом по испытаниям и материалам (ASTM) и Федеральным управлением гражданской авиации. Оно прошло скрининговый тест и соответствовало отраслевым требованиям без необходимости введения каких-либо специальных добавок. Это означает, что теоретически такое топливо могло бы использоваться для заправки коммерческого самолёта.
Результаты исследования — это первый шаг, подтверждающий, что авиационное топливо, полученное из пищевых отходов, по крайней мере, возможно. Однако производство достаточного количества такого топлива для заправки целого пассажирского самолёта — это совсем другое дело. Масштабирование на этом уровне требует времени, ресурсов и глубоких карманов вне академической среды.
«Наше исследование помогает решить научные и инженерные проблемы, а затем в дело вступает промышленность», — сказал Чжан.