Des chercheurs du Catalysis Center for Energy Innovation de l'Université du Delaware - un centre de recherche Energy Frontier soutenu par le département américain de l'Énergie - font progresser le développement de carburéacteur renouvelable fabriqué à partir d'épis de maïs et de copeaux de bois par rapport au pétrole. Crédit :Jeffrey Chase, Université du Delaware.
Les avions volent au-dessus, des traînées blanches vaporeuses coulaient derrière elles. La Federal Aviation Administration (FAA) a traité 43, 684 vols, en moyenne, tous les jours l'année dernière, et les vols militaires et commerciaux américains ont utilisé ensemble plus de 20 milliards de gallons de carburéacteur.
Toutes ces émissions s'additionnent. Le transport aérien mondial a contribué à 815 millions de tonnes d'émissions de CO2 en 2016, soit deux pour cent du total mondial d'origine humaine, selon l'Association internationale du transport aérien. Et le trafic aérien mondial ne ralentit pas. L'IATA prévoit que 7,2 milliards de passagers voyageront en avion en 2035, presque le double des 3,8 milliards qui ont volé en 2016.
Alors comment rendre les voyages aériens plus respectueux de l'environnement ? Des chercheurs de l'Université du Delaware travaillent au développement d'un carburéacteur alternatif. Au lieu du pétrole, Les chercheurs de l'UD veulent alimenter les avions avec des épis de maïs et des copeaux de bois - des choses dont vous ne vous souciez généralement pas beaucoup, à moins que vous ne soyez une marmotte ou un castor à la recherche de restes.
Dans le laboratoire interdisciplinaire de sciences et d'ingénierie Harker de l'UD, les chercheurs transforment ce matériel végétal, connue scientifiquement sous le nom de biomasse lignocellulosique, en produits verts, y compris les nouveaux carburants et produits chimiques. Les scientifiques sont affiliés au Catalysis Center for Energy Innovation (CCEI), un centre de recherche Energy Frontier soutenu par le département américain de l'Énergie. Basé à l'UD, le centre rassemble des scientifiques de neuf institutions pour travailler sur les défis de l'énergie propre.
L'un des plus grands obstacles à la fabrication de carburéacteur renouvelable, selon la directrice associée du CCEI, Basudeb Saha, augmente la vitesse et l'efficacité de deux processus chimiques critiques :le couplage et la désoxygénation. Étant donné que le matériel végétal avec lequel le centre travaille a une faible teneur en carbone une fois qu'il est décomposé d'un solide en un liquide, les molécules de carbone doivent être chimiquement cousues ensemble ou « couplées » pour créer des molécules à haute teneur en carbone dans la gamme des carburéacteurs. Ensuite, l'oxygène doit être retiré de ces molécules pour former des hydrocarbures ramifiés. Ce branchement est essentiel pour améliorer le débit de carburant aux températures de congélation du vol commercial.
"Les avions internationaux peuvent voler à une altitude de 35, 000 pieds, où la température extérieure peut descendre jusqu'à -14°C, " dit Saha, qui dirige un projet de carburéacteur renouvelable au centre. "C'est la température à laquelle un avion doit rouler, et le carburant ne peut pas être congelé."
Dans la recherche sur le carburéacteur renouvelable à l'Université du Delaware, Saïkat Dutta, chercheur postdoctoral au Catalysis Center for Energy Innovation, mène des expériences avec des catalyseurs, les « chèvres » chimiques qui déclenchent les réactions chimiques. Crédit :Evan Krape/Université du Delaware
Accélérer la production de carburéacteur renouvelable
La demande de carburant non pétrolier pour l'aviation persiste. Il y a plus d'une décennie, la FAA s'était fixé comme objectif d'utiliser 1 milliard de gallons de carburéacteur renouvelable d'ici 2018. Selon l'IATA, les carburants d'aviation durables font partie intégrante de sa poursuite d'une croissance neutre en carbone à partir de 2020, et à une réduction de 50 pour cent des émissions nettes de carbone d'ici 2050 (par rapport aux niveaux de 2005). Mais pas assez de quantités de ce carburant alternatif sont produites, ni à un coût compétitif.
Actuellement, plusieurs entreprises américaines fabriquent du carburéacteur renouvelable à partir de matériaux tels que les triglycérides extraits d'huiles et de graisses usées, ou d'une combinaison de monoxyde de carbone et d'hydrogène appelée gaz de synthèse. Une entreprise utilise des algues comme matière première et possède même un pipeline souterrain vers l'aéroport de Los Angeles (LAX), où un pourcentage se mélange avec du carburéacteur conventionnel, dit Saha.
Cependant, le traitement de ce matériau non conventionnel nécessite des températures élevées (350 °C (662 °F)) et une pression élevée également.
Ce n'est pas le cas avec ces copeaux de bois et ces épis de maïs à UD, où Saha et ses collègues ont développé de nouveaux catalyseurs, appelés « chèvres chimiques », qui déclenchent les réactions chimiques qui peuvent transformer cette matière végétale en carburant. L'un de ces catalyseurs, fabriqué à partir de graphène bon marché, ressemble à un nid d'abeilles de molécules de carbone. Ses propriétés de surface uniques augmentent la vitesse de la réaction de couplage. Il fonctionne également à basse température (60°C). Un autre catalyseur élimine l'oxygène de manière économe en énergie et produit des rendements élevés de molécules ramifiées, jusqu'à 99 %, adapté au carburéacteur. Les deux catalyseurs sont recyclables, et les processus sont évolutifs.
« La basse température et la haute sélectivité de notre procédé peuvent permettre une production économique et durable de carburants d'aviation biosourcés à partir de biomasse lignocellulosique, " dit Saha.
La recherche est détaillée dans trois articles scientifiques récents :"Solventless C–C Coupling of Low Carbon Furanics to High Carbon Fuel Precursors Using an Improved Graphene Oxide Carbocatalyst" et "Hydrodeoxygenation of Furylmethane Oxygenates to Jet and Diesel Range Fuels:Probing the Reaction Network with Le catalyseur de palladium pris en charge et le promoteur de triflate d'hafnium" sont tous deux apparus dans Catalyse ACS , qui est publié par l'American Chemical Society, et « L'hydrodésoxygénation catalytique de furylméthanes à haute teneur en carbone en alcanes à distance de carburant renouvelable sur un catalyseur d'iridium modifié au rhénium » a été présenté dans ChemSusChem .
