L'un des moyens d'accroître la durabilité consiste à réduire les émissions de carbone dans les transports. En 2017, les émissions de gaz à effet de serre (GES) de ce secteur ont dépassé toutes les autres aux États-Unis, représentant près de 30 % des émissions totales de GES, selon l'Environmental Protection Agency des États-Unis.

Une stratégie que les chercheurs explorent pour réduire les émissions consiste à produire des carburants renouvelables, comme le carburéacteur renouvelable, avec la production de biocarburants déjà en place, comme l'éthanol, un carburant à faible coût, combustion plus propre et largement disponible. Mais pour que cette stratégie fonctionne, l'éthanol doit d'abord être converti en hydrocarbure, une étape qui pourrait augmenter les coûts globaux.

Une étude pionnière publiée aujourd'hui révèle le nouveau système intégré, moyen rentable de convertir l'éthanol en mélanges de carburants qui peuvent réduire les émissions de gaz à effet de serre de 40 à 96 pour cent. Cette découverte marque une avancée majeure dans le développement du drop-in, ou interchangeables, biocarburants et peuvent promouvoir la recherche pour faire progresser leur utilisation dans l'aviation, expédition, camion longue distance et d'autres formes de transport de poids lourds.

L'équipe multidisciplinaire à l'origine de la découverte représente un large éventail d'institutions universitaires et industrielles et comprend des chercheurs du laboratoire national d'Argonne du département américain de l'Énergie (DOE), ainsi que le Laboratoire national des énergies renouvelables du DOE et le Laboratoire national d'Oak Ridge.

Les chercheurs à l'origine de l'étude ont développé leur nouvelle approche de conversion de l'éthanol en utilisant les dernières avancées en matière de catalyse et de développement de procédés. Contrairement aux méthodes traditionnelles qui nécessitent trois étapes, de nouvelles avancées permettent aux chercheurs de créer un processus de conversion qui combine les trois étapes, une mesure qui pourrait réduire le coût de conversion et l'empreinte environnementale.

Pour comprendre les impacts à grande échelle de leur processus de conversion en une étape, appelé déshydratation et oligomérisation d'alcools consolidés, ou CADO, les chercheurs ont évalué les impacts environnementaux de leur système via un processus appelé analyse du cycle de vie. Les chercheurs ont également évalué les impacts techniques et économiques de leur approche.

Pour lutter contre ce processus, l'équipe s'est tournée vers le groupe de recherche d'Argonne qui travaille sur les Gaz à Effet de Serre, Émissions réglementées, et le modèle d'utilisation de l'énergie dans les transports (GREET), un outil analytique puissant qui simule la consommation d'énergie et les sorties environnementales de divers systèmes de véhicules et de carburant. Utilisé par près de 40, 000 personnes dans le monde, la plateforme GREET peut analyser plusieurs véhicules et/ou systèmes de carburant, depuis le moment où les matières premières sont extraites ou extraites jusqu'au moment où elles sont éliminées ou émises, pour calculer la consommation d'énergie et les niveaux d'émissions tout au long.

"GREET est l'un des seuls outils disponibles qui peut fournir une image complète des impacts énergétiques et environnementaux de l'ensemble d'un véhicule et d'un système de carburant, " a déclaré Michael Wang, le leader de l'équipe GREET à Argonne, et l'un des co-auteurs de l'étude.

Les chercheurs d'Argonne ont utilisé GREET pour calculer les émissions de GES du cycle de vie produites par les hydrocarbures fabriqués à partir de différentes matières premières et méthodes de conversion. Certaines des matières premières, également appelées matières premières, analysées étaient le maïs et la canne à sucre, qui sont des matières premières de première génération, ainsi que de la paille de canne à sucre et des tiges de maïs, qui sont de la biomasse non alimentaire, ou les matières premières de deuxième génération.

"Les variations de la matière première utilisée pour fabriquer l'éthanol et les voies utilisées pour le convertir, produire différents niveaux d'émissions de GES, " a déclaré Pahola Thathiana Benavides, analyste des systèmes énergétiques d'Argonne, un autre co-auteur.

L'analyse de Wang et Benavides a montré que les mélanges d'hydrocarbures fabriqués à l'aide du processus de conversion CADO réduisaient les émissions de gaz à effet de serre de 40 à 96 % selon la matière première et la voie de conversion. Les émissions de GES ont diminué de 40 % avec le maïs grain, 70% avec du jus de canne à sucre et 70-96% avec de la biomasse cellulosique comme la paille de canne à sucre et la tige de maïs.

« Pour aller vers un développement plus durable, nous aurons besoin de carburants qui peuvent générer moins d'émissions et qui sont économiquement réalisables, " Benavides a déclaré. "Ce travail est un indicateur passionnant que la construction d'un tel avenir est possible."

L'étude, "Analyse technico-économique et du cycle de vie de la conversion catalytique en une seule étape de l'éthanol humide en mélanges de carburants fongibles, " est publié dans le Actes de l'Académie nationale des sciences .