Cette semaine, des experts de l'industrie aéronautique se sont joints aux meilleurs chercheurs en énergie du pays pour discuter de stratégies pour un transport aérien plus propre qui rend le pays moins dépendant des combustibles fossiles traditionnels tout en ralentissant le changement climatique.

Leur échange d'idées globales ne représente qu'une fraction des solutions que les scientifiques du National Renewable Energy Laboratory (NREL) du Département américain de l'énergie (DOE) explorent dans la course à la réduction des émissions de certains des secteurs des transports qui posent les plus grands défis. .

Les avions représentent plus de 8 % de toutes les émissions de gaz à effet de serre (GES) liées aux transports aux États-Unis, tandis que les navires et les trains produisent chacun moins de 2 % de ces émissions. Même ainsi, un seul porte-conteneurs peut émettre autant de dioxyde de carbone que 75 000 voitures et autant d'oxyde d'azote et de particules que 2,5 millions de voitures. Les véhicules lourds utilisés pour le camionnage transcontinental génèrent 23 % des émissions de GES du pays.

Les exigences de poids, de puissance et de cycle de service de ces modes de transport, qui sont conjointement responsables de presque tous les mouvements de marchandises, les rendent notoirement difficiles à électrifier. Dans le même temps, le pays ne peut atteindre ses objectifs en matière de changement climatique qu'en réduisant considérablement ses émissions. Les chercheurs du NREL travaillent avec des partenaires, y compris ceux représentés au Forum des partenaires du laboratoire, pour résoudre ces problèmes avec des innovations de carburant et de combustion abordables et performantes conçues pour réduire l'empreinte carbone tout en renforçant la sécurité énergétique nationale et la résilience de la chaîne d'approvisionnement.

"D'une part, nous assistons à un passage relativement rapide aux voitures électriques. Il est cependant plus difficile d'éliminer pratiquement les émissions de carbone dans les secteurs de l'aviation, de la marine et des poids lourds, qui continueront de dépendre des carburants liquides", a déclaré NREL. Gina Fioroni, scientifique principale et responsable du groupe Combustibles et combustion. "Notre équipe travaille pour s'assurer que les nouveaux carburants provenant de sources durables brûleront plus proprement tout en permettant aux biens et aux personnes de se déplacer."

La recherche révèle comment les biocarburants peuvent réduire les émissions de GES

Les percées récentes du NREL offrent le potentiel de réduire les émissions de GES des camions diesel et des avions de 60 % à 84 %, respectivement. Le laboratoire explore des options qui peuvent fournir des réductions d'émissions similaires pour les trains et les navires.

Jusqu'à présent, les matières premières biosourcées, notamment les résidus de biomasse ligneuse, les résidus agricoles, les algues et les déchets solides municipaux, sont prometteuses en tant que sources renouvelables pour la production de ces nouveaux carburants. Les chercheurs du NREL évaluent l'efficacité, les performances et la stabilité des carburants candidats, ainsi que les facteurs technico-économiques, notamment les coûts de production et les chaînes d'approvisionnement en matières premières.

Le leadership scientifique de longue date de NREL a conduit à des découvertes importantes sur l'impact des propriétés du carburant sur le fonctionnement du moteur. Associée à la compréhension du laboratoire des priorités de l'industrie, ainsi qu'aux capacités avancées de simulation et d'apprentissage automatique, cette expertise fournit les informations nécessaires au développement rapide de carburants durables viables sur le marché pour les secteurs des camions long-courriers, du rail, de la marine et de l'aviation. Les recherches du laboratoire relient les points entre les propriétés du carburant, la structure moléculaire et la mécanique du moteur, donnant à l'industrie des informations cruciales pour cibler les conceptions pour des applications spécifiques.

L'identification de carburants fiables et efficaces avec une faible empreinte carbone et un potentiel de production à l'échelle commerciale repose sur une compréhension approfondie de l'impact des propriétés des carburants sur la combustion des moteurs. Une combinaison innovante de mesures des propriétés du carburant, de modèles de chimie au niveau moléculaire et de simulations informatiques hautes performances permet aux chercheurs du NREL d'identifier les meilleures solutions propres, efficaces et compétitives pour chaque mode.

Les simulations minimisent le temps et le coût des évaluations des performances du carburant

La production de grandes quantités de carburant d'aviation requises pour obtenir l'approbation de l'autorité de normalisation de l'industrie ASTM International est particulièrement coûteuse. Grâce aux simulations, les chercheurs peuvent évaluer avec précision les performances du carburant en quelques heures ou minutes, plutôt que de se fier à des évaluations coûteuses basées sur des équipements qui peuvent prendre des mois. L'équipe NREL peut évaluer rapidement les interactions des carburants avec les moteurs à turbine d'avion et les moteurs diesel actuels pour les locomotives, les navires et les camions, ainsi qu'explorer comment les nouveaux carburants pourraient fonctionner avec les technologies de moteur de prochaine génération de demain.

« Nous avons eu la chance de travailler avec autant de partenaires formidables, des fabricants d'équipements aux opérateurs, en passant par les associations industrielles, d'autres instituts de recherche et les autorités de certification », a déclaré Robert McCormick, chercheur principal au NREL et chef de l'équipe des biocarburants avancés. "Ils ont clairement indiqué à quel point il est complexe, long et risqué de mettre de nouveaux carburants sur le marché. Le travail de notre équipe tient compte de ces considérations, dans le but de commercialiser plus rapidement de nouveaux carburants viables et de meilleure qualité."

L'équipe NREL entretient des relations de longue date avec des organisations telles que l'ASTM, l'UL et l'Organisation internationale de normalisation, qui sont chargées d'établir les normes et les pratiques de l'industrie. Les chercheurs travaillent également en étroite collaboration avec des partenaires qui fabriquent et exploitent des équipements de camionnage, d'aviation, de chemin de fer, de construction, miniers, militaires et agricoles, ainsi qu'avec des entreprises qui produisent du carburant et des équipements d'infrastructure.

En outre, le laboratoire continue de faire le pont entre la transition vers l'électrification complète des véhicules légers et moyens et des stratégies visant à maximiser l'utilisation des biocarburants dans l'intervalle. Parallèlement, les chercheurs du NREL travaillent à améliorer les performances et la sécurité des batteries pour véhicules électriques.

"L'utilisation de carburant à combustion propre et à faible teneur en carbone n'est qu'une des stratégies nécessaires pour atteindre des émissions nettes nulles pour l'aviation et d'autres formes de transport", a déclaré Fioroni. « Non seulement cela aidera à lutter contre les changements climatiques, mais cela se traduira également par un système plus solide pour le transport de marchandises, l'approvisionnement essentiel de l'industrie et des consommateurs, et la livraison des produits dont nous avons besoin dans tout le pays et dans le monde. » + Explorer plus loin

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