Une technologie développée au laboratoire national d'Oak Ridge du département de l'Énergie des États-Unis et mise à l'échelle par Vertimass LLC pour convertir l'éthanol en carburants adaptés à l'aviation, le transport maritime et d'autres applications lourdes peuvent être compétitifs par rapport aux carburants conventionnels tout en conservant les avantages de durabilité de l'éthanol biosourcé, selon une nouvelle analyse.

L'ORNL a travaillé avec le titulaire de licence de technologie Vertimass et des chercheurs de 10 autres institutions sur une analyse de durabilité techno-économique et du cycle de vie du processus - conversion catalytique en une seule étape de l'éthanol en mélanges d'hydrocarbures pouvant être ajoutés au jet, diesel, ou des carburants à essence pour réduire leurs émissions de gaz à effet de serre. Cette nouvelle technologie s'appelle la déshydratation et l'oligomérisation consolidées, ou CADO.

L'analyse, Publié dans Actes de l'Académie nationale des sciences , a montré que ce processus en une seule étape pour convertir la vapeur d'éthanol humide pourrait produire des stocks de mélange à 2 $/gigajoule (GJ) aujourd'hui et à 1,44 $/GJ à l'avenir à mesure que le processus est raffiné, y compris les coûts d'exploitation et d'investissement annualisés. Ainsi, le mélange serait compétitif avec le carburéacteur conventionnel produit à partir de pétrole à des prix historiquement élevés d'environ 100 $/baril. À 60 $/baril de pétrole, l'utilisation des incitatifs existants pour les carburants renouvelables entraîne une parité des prix, l'analyse a trouvé.

La conversion utilise un type de catalyseur appelé zéolite, qui produit directement des chaînes hydrocarbonées plus longues à partir de l'alcool d'origine, dans ce cas l'éthanol, remplacer un processus traditionnel en plusieurs étapes par un autre qui utilise moins d'énergie et est très efficace.

« La robustesse du catalyseur permet une conversion directe de l'éthanol humide, ce qui simplifie grandement le processus, réduit le coût de purification de l'éthanol et rend les coûts de production des mélanges d'hydrocarbures compétitifs sur la base de l'analyse, " dit Zhenglong Li, scientifique du personnel pour la catalyse de la biomasse à l'ORNL et un collaborateur sur le projet.

Bien que cette catalyse en une seule étape ait été efficace à l'échelle du laboratoire, des tests et des améliorations supplémentaires par Vertimass ont permis d'obtenir des rendements de produit encore plus élevés lorsqu'ils ont été multipliés par 300 à l'aide de formulations de catalyseurs commerciaux. L'opération de conversion pourrait être intégrée dans de nouvelles usines de biocarburants ou installée en tant que technologie complémentaire aux usines d'éthanol existantes avec un nouvel investissement en capital minimal, les chercheurs ont noté.

Les biocarburants avancés sont prometteurs en tant que combustion propre, sources d'énergie renouvelables neutres en carbone. L'objectif est de créer des biocarburants liquides avancés qui peuvent tirer parti de l'infrastructure de livraison par pipeline existante et peuvent être utilisés dans des moteurs existants ou avancés sans perte de performances. Les carburants sont particulièrement intéressants pour aider à réduire les émissions nettes de carbone dans les moteurs lourds tels que ceux des avions, les navires et les gros véhicules utilitaires où l'électrification est un défi.

Compte tenu des normes en vigueur, le biocarburant avancé pourrait être mélangé à 20 % avec du carburéacteur dérivé du pétrole et un peu plus pour l'essence, sous réserve de certification et de vérification.

Pendant ce temps, une analyse du cycle de vie du processus de conversion a révélé que son profil d'émissions de gaz à effet de serre est similaire à celui de l'éthanol introduit dans le processus.

"La durabilité de l'éthanol bio-dérivé, maintenant principalement produit à partir de maïs aux États-Unis, mais certains étant maintenant fabriqués à partir de tiges de maïs et éventuellement de matières premières de biomasse dédiées comme le panic raide, poursuit le processus catalytique, " a déclaré Brian Davison, directeur scientifique du Centre d'innovation en bioénergie (CBI) du DOE à l'ORNL et collaborateur du projet. Le CBI poursuit des objectifs de recherche spécifiques pour une bioéconomie florissante :cultures de matières premières durables pour la biomasse; des procédés avancés pour décomposer et convertir les plantes en biocarburants spécialisés ; et des bioproduits de valeur, y compris les matières premières chimiques, fabriqué à partir des résidus de lignine après biotraitement.

"Nos scientifiques repoussent constamment les limites de ce qui est possible pour réaliser des percées en matière d'énergie propre, " a déclaré Moe Khaleel, directeur associé du laboratoire des sciences de l'énergie et de l'environnement à l'ORNL. "La conversion de l'éthanol en mélanges d'hydrocarbures tire parti d'une abondante ressource énergétique nationale tout en soutenant le développement de bioéconomies américaines florissantes."

Raffinements par Vertimass à l'original, processus à l'échelle du laboratoire comprennent le développement de formes moins chères du catalyseur, ainsi que plus que doubler le rendement en carburant liquide, le papier a noté.

L'article détaille les améliorations ainsi que les résultats des analyses du Laboratoire national d'Argonne, le Laboratoire national des énergies renouvelables, Vertimasse, et ORNL en collaboration avec Dartmouth, l'Administration fédérale de l'aviation, Boeing, Pennsylvania State University, University of California-Riverside, Imperial College of London, the Brazilian Bioethanol Science and Technology Laboratory, and the Brazilian Center for Research in Energy and Materials.

"This research shows how ethanol, in addition to being a valuable fuel for cars, can be an effective intermediate for sustainable production of low-cost fuels for air travel and heavy-duty vehicles, " said professor Lee Lynd of Dartmouth College, who collaborated on the research and is the corresponding author. "The integration of biological and catalytic technologies shown here reflects the power of such hybrid systems."