Flugreisen sind beliebter denn je, und unser Wunsch nach schnellen Transportmitteln hat dazu geführt, dass Flugbenzin zu einem wichtigen Faktor für Treibhausgasemissionen geworden ist. Jetzt haben Forscher der University of Illinois Urbana-Champaign einen neuartigen Weg gefunden, um dieses Problem anzugehen: Sie wandeln Lebensmittelabfälle in nachhaltigen Flugkraftstoff (SAF) um, der den Industriestandards entspricht, ohne auf fossile Kraftstoffgemische zurückzugreifen. Ihr Verfahren, das in einer neuen Studie in Nature Communications beschrieben wird, könnte der Luftfahrtindustrie helfen, ihr ehrgeiziges Ziel der Netto-Null-Kohlenstoffemissionen bis 2050 zu erreichen.
Der Prozess lässt sich wie folgt zusammenfassen: Die Forscher wandeln Lebensmittelabfälle durch einen thermochemischen Umwandlungsprozess namens hydrothermale Verflüssigung (HTL) in Bio-Rohöl um. Anschließend entfernen sie Verunreinigungen aus dem Bio-Rohöl und raffinieren es schließlich mit Hilfe von Wasserstoff und Katalysatoren zu Flugkraftstoff.
Dieser Ansatz kann auf eine Vielzahl von Rohstoffen und Ölsorten angewendet werden und könnte zu einer neuen Richtung bei der Gewinnung von Kraftstoffen führen.
„HTL ahmt im Wesentlichen die natürliche Entstehung von Rohöl in der Erde nach. Dabei wird feuchte Biomasse unter hoher Hitze und hohem Druck in Bio-Rohöl umgewandelt. Das Ziel dieser Arbeit ist es, dieses Bio-Rohöl zu Kraftstoffen für den Transport aufzubereiten, die direkt in die bestehende Energieinfrastruktur eingespeist werden können“, sagte die Hauptautorin Sabrina Summers, die kürzlich ihren Doktorgrad am Fachbereich für Agrar- und Biotechnik (ABE) promoviert hat, das Teil des College of Agricultural, Consumer and Environmental Sciences und des Grainger College of Engineering der Universität von Illinois ist.
In diesem Projekt verwendeten die Forscher Abfälle aus einer nahe gelegenen Lebensmittelverarbeitungsanlage. Weltweit werden jährlich über 30 % der Lebensmittel auf allen Ebenen der Lieferkette verschwendet – vom landwirtschaftlichen Betrieb über den Transport, die Verarbeitung, den Einzelhandel und die Gastronomie bis hin zu den Haushalten. Die Zersetzung von Lebensmitteln auf Deponien und in Kläranlagen trägt zusätzlich zu den Treibhausgasemissionen bei, während das Recycling von Abfällen zur Förderung der Nachhaltigkeit beiträgt.
HTL kann jedoch Rohstoffe aus einer Vielzahl von Bioabfällen verarbeiten, darunter Lebensmittel, Klärschlamm, Algenblüten, Schweinegülle und landwirtschaftliche Rückstände.
„Um die Ziele der Luftfahrtindustrie zur Dekarbonisierung von Düsentreibstoff zu erreichen, benötigen wir viele verschiedene erneuerbare Energiequellen, und die Landwirtschaft wird bei der Bereitstellung der Rohstoffe eine entscheidende Rolle spielen“, sagte ABE-Professor und korrespondierender Autor Yuanhui Zhang.
Um Biokrudenöl in Düsentreibstoff umzuwandeln, entfernten die Forscher zunächst Verunreinigungen wie Feuchtigkeit, Asche und Salz. Anschließend verwendeten sie ein Verfahren namens katalytische Hydrotreating, um unerwünschte Elemente wie Stickstoff, Sauerstoff und Schwefel zu entfernen, sodass nur die für den Treibstoff benötigten Kohlenwasserstoffe übrig blieben. Nach dem Testen Dutzender Optionen identifizierten sie Kobaltmolybdän als den wirksamsten kommerziell erhältlichen Katalysator, um die erforderlichen chemischen Reaktionen anzutreiben und das Öl zu nachhaltigem Flugtreibstoff zu veredeln.
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Marianne Stein
Um den Hydrotreating-Prozess zu optimieren, passten die Forscher Variablen wie Temperatur, Katalysator- und Wasserstoffbelastung sowie Verweilzeit an, um die besten Bedingungen für die Herstellung von Düsentreibstoff zu ermitteln. Anschließend testeten sie ihren nachhaltigen Flugkraftstoff anhand strenger Standards, die von der American Society for Testing and Materials (ASTM) und der Federal Aviation Administration festgelegt wurden. Ihre SAF-Probe bestand die Vorauswahltests der Stufen Alpha und Beta und erfüllte alle Spezifikationen für herkömmlichen Düsentreibstoff – ohne dass Zusatzstoffe oder eine Beimischung fossiler Brennstoffe erforderlich waren.
Die Technologie hat das Potenzial, für die kommerzielle Produktion skaliert zu werden, merkte Zhang an.
