美国农业部通过大豆燃料创新使航空旅行更具可持续性

位于伊利诺伊州皮奥里亚的美国农业部农业研究服务中心的科学家们已经开发出一种方法,可以用豆油制造更好的喷气生物燃料。

豆油中的脂肪酸可以转化为一系列通常由石油制成的工业产品,包括燃料、墨水和油漆。植物性产品的一大吸引力在于它们可以回收大气中的碳。这使得植物成为比石油和其他化石燃料更具可再生性的资源,石油和其他化石燃料在从地球中提取和使用时会向大气中添加碳。

然而,迄今为止开发的大豆喷气燃料含有不足量的“芳香”化合物,这些化合物赋予燃料所需的密度并有助于保持喷气发动机密封件柔软和正常工作。 位于皮奥里亚的ARS 国家农业利用研究中心的研究化学家 Ken Doll解释说,目前大豆喷气燃料中芳烃含量的不足意味着可以与源自石油的常规喷气燃料混合的量较少 。

使用生物燃料的混合物是航空业努力减少其“碳足迹”或温室气体总排放量的方式之一,特别是二氧化碳(2018 年为 9.05 亿吨 )。

一种制造大豆喷气燃料的方法依赖于使用一种称为钌的贵金属来催化化学反应,从而改变油中不饱和脂肪酸的结构和性质。多尔指出,这种方法的问题在于它产生的芳香族化合物太少,ARS 中心的生物油研究部门指出 。

为了解决这个问题,他和其他 ARS 科学家 Bryan Moser 和 Gerhard Knothe 在他们设计的六步程序中用铱代替了钌作为主要催化剂,并于 11 月获得了专利。

在实验室规模的实验中,在高油酸豆油上使用该方法生产的喷气燃料配方含有 8% 到 35% 的芳烃——这一范围与传统喷气燃料兼容,超出了基于钌的方法所能达到的范围。

该团队最近在《国际可持续工程杂志》在线问题上报道了这一进展, 为增加生物和传统喷气燃料的混合作为减排措施打开了大门。该方法还产生很少或不产生萘,萘是一种在燃烧时排放烟灰的喷气燃料成分。

研究人员现在正在寻找行业合作伙伴来扩大该过程并进一步评估其商业潜力。

他们的研究还支持皮奥里亚 ARS 中心的更广泛努力,为农产品或其废物副产品开发新的增值用途,并创造可持续的新加工方法。例如,理想情况下,用于制造大豆喷气燃料的铱可以被替换或与地球上丰富的催化剂(如铁)结合使用,以降低成本,多尔说。

除了大豆之外,还可以使用其他油籽作物,包括非食用来源,例如田间芥菜。“我们最初使用豆油是因为它的质量高、价格合理且存在精炼工艺。这也是我们历来在皮奥里亚使用过的一种商品,”多尔补充道。“但任何油酸含量高的油都可以使用。”

Peoria 团队的努力也反映了美国农业部 与其他联邦机构和利益相关者团体一起参与 可持续航空燃料大挑战。挑战是政府范围内的多方面承诺,即到 2050 年使用“本土”和其他可再生能源每年生产 350 亿加仑的可持续航空燃料。

在 农业研究服务中心 是农业部的首席科学的内部研究机构的美国部。每天,ARS 都专注于解决影响美国的农业问题。投资于农业研究的每一美元都会产生 17 美元的经济影响。

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