Учёные научились превращать пищевые отходы в авиационное топливо

Учёные из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн представили способ, который может изменить будущее авиации: они нашли метод превращать пищевые отходы в устойчивое авиационное топливо, полностью соответствующее отраслевым стандартам и не требующее добавления ископаемых компонентов. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications и рассматривается как возможный шаг к достижению цели авиационной отрасли — нулевых выбросов углерода к 2050 году.

Новая технология основана на процессе, называемом гидротермальным сжижением (hydrothermal liquefaction, HTL). Он имитирует естественное образование нефти в земной коре, но происходит в лабораторных условиях при высоких температуре и давлении. В результате влажная биомасса превращается в биосырьё — биокри́д (biocrude oil). Далее исследователи удаляют из него примеси и с помощью водорода и катализаторов доводят до состояния авиационного топлива.

Как пояснила ведущий автор исследования Сабрина Саммерс, недавно завершившая аспирантуру на факультете сельскохозяйственной и биологической инженерии Университета Иллинойса, цель работы — «усовершенствовать биокрид до уровня транспортного топлива, которое можно использовать в существующей энергетической инфраструктуре». В данном проекте использовались отходы с расположенного неподалёку предприятия по переработке продуктов питания.

По данным ООН, ежегодно теряется и выбрасывается свыше 30% всей произведённой пищи — на этапах от фермы до магазинов и ресторанов. При разложении в свалочных условиях пищевые отходы выделяют метан и углекислый газ, усиливая парниковый эффект. Поэтому переработка таких отходов в энергоносители не только снижает нагрузку на полигоны, но и способствует формированию устойчивой экономики.

Технология HTL способна работать не только с пищевыми остатками, но и с другими видами биомассы — осадком сточных вод, вспышками водорослей, навозом и сельскохозяйственными остатками. Профессор Юаньхуэй Чжан, соавтор и научный руководитель проекта, подчеркнул, что «для декарбонизации авиационного топлива потребуется множество возобновляемых источников, и именно сельское хозяйство может сыграть ключевую роль в обеспечении таких ресурсов».

Процесс переработки включает несколько стадий очистки. Сначала из биокрида удаляют влагу, золу и соли. Затем проводят каталитическое гидрооблагораживание — процесс, в ходе которого из топлива устраняются азот, кислород и сера, остаются только углеводороды, необходимые для авиационного керосина. После серии экспериментов команда определила, что наиболее эффективно реакции преобразования идут с использованием катализатора на основе кобальт-молибдена, широко применяемого в промышленности.

Учёные оптимизировали параметры процесса — температуру, давление, дозу катализатора и объём водорода, а затем протестировали полученное топливо по стандартам Американского общества по испытанию материалов (ASTM) и Федерального авиационного управления США (FAA). Результаты оказались обнадёживающими: образцы прошли все предварительные проверки (Tier Alpha и Beta) и полностью соответствовали требованиям к обычному авиационному топливу, не нуждаясь в добавлении нефтяных компонентов.

Профессор Чжан отметил, что технология может быть масштабирована до промышленного уровня. По его словам, «исследование решает научные и инженерные задачи, после чего индустрия сможет подхватить инициативу.» Этот процесс применим и к другим видам масел, может заменить нефтехимические материалы, используемые для производства пластмасс. Потенциал огромен — как для бизнеса, так и для экономики в целом.

Учёный также напомнил о своём подходе к оценке «циклической биоэкономики» — системы, в которой отходы превращаются в ресурсы.

— В линейной экономике мы просто что-то производим, используем и выбрасываем. В этом проекте мы собираем отходы и используем энергию и материалы, чтобы производить пригодный к использованию продукт. Это восполняет недостающее звено в циклической парадигме, — подытожил Чжан.