Biến rác thải nhựa thành nhiên liệu phản lực bền vững
Bởi Đại học Illinois tại Urbana-Champaign
Polystyrene được sử dụng trong nhiều sản phẩm tiêu dùng, phần lớn trong số đó sẽ bị chôn lấp. Các nhà nghiên cứu đã tìm ra một cuộc sống mới cho sản phẩm thải này, giúp hỗ trợ các nỗ lực chuyển đổi máy bay của quốc gia từ nhiên liệu hóa thạch sang nhiên liệu hàng không bền vững. Tín dụng: Fred Zwicky
Các nhà nghiên cứu đã phát triển một phương pháp đột phá để sản xuất etylbenzen, một chất phụ gia quan trọng cho nhiên liệu hàng không bền vững, từ polystyrene thải.
Sáng kiến này có thể giảm đáng kể lượng khí thải carbon và sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch của ngành hàng không, hứa hẹn một tương lai sạch hơn, xanh hơn trong du lịch hàng không với khả năng tiết kiệm chi phí đáng kể và giảm 50% đến 60% lượng khí thải carbon.
Đột phá sáng tạo trong nhiên liệu hàng không bền vững
Một nghiên cứu mới giải quyết một trở ngại lớn trong quá trình chuyển đổi máy bay thương mại của Hoa Kỳ từ việc phụ thuộc nhiều vào nhiên liệu hóa thạch sang nhiên liệu hàng không bền vững. Các nhà nghiên cứu đã phát triển một phương pháp tiết kiệm chi phí để sản xuất etylbenzen — một chất phụ gia giúp tăng cường hiệu suất của nhiên liệu hàng không bền vững — bằng cách sử dụng polystyrene, một loại nhựa bền thường thấy trong các sản phẩm tiêu dùng.
Những phát hiện này đã được công bố gần đây trên tạp chí ACS Sustainable Chemistry and Engineering.
Tăng cường hiệu suất nhiên liệu bằng etylbenzen
Nhiên liệu được làm từ các nguồn không phải dầu mỏ, chẳng hạn như mỡ thải, dầu, mỡ bôi trơn hoặc sinh khối thực vật, thường thiếu hàm lượng hydrocarbon thơm cần thiết. Các hợp chất này rất cần thiết để duy trì hiệu suất của hệ thống nhiên liệu bằng cách bôi trơn các thành phần cơ học và làm phồng các phớt để ngăn rò rỉ trong quá trình vận hành bình thường, Hong Lu, một nhà khoa học nghiên cứu tại Trung tâm công nghệ bền vững Illinois giải thích. ISTC là một phần của Viện nghiên cứu Prairie tại Đại học Illinois Urbana-Champaign.
Mặc dù etylbenzen là một hydrocarbon thơm và có thể được lấy từ nhiên liệu hóa thạch, nhưng việc tìm ra cách bền vững để sản xuất nó sẽ hỗ trợ ngành hàng không chuyển đổi sang nhiên liệu máy bay phản lực bền vững.
Nhà khoa học nghiên cứu Hong Lu của Trung tâm Công nghệ Bền vững Illinois và các đồng nghiệp đã phát triển một phương pháp chuyển đổi polystyrene thải thành phụ gia nhiên liệu máy bay bền vững, etylbenzen. Công trình của họ đã vượt qua một trở ngại chính đối với việc sử dụng rộng rãi hơn các loại nhiên liệu hàng không bền vững. Tín dụng: Fred Zwicky
Mục tiêu cho Hàng không Bền vững
Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, Bộ Giao thông Vận tải Hoa Kỳ, Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ và các cơ quan chính phủ khác đã tạo ra một lộ trình để giải quyết các tác động liên quan đến khí hậu của nhiên liệu hàng không có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch. Thử thách lớn về Nhiên liệu Hàng không Bền vững đặt ra các mục tiêu đầy tham vọng về sản xuất nhiên liệu hàng không bền vững trong nước là 3 tỷ gallon mỗi năm vào năm 2030 và 100% lượng nhiên liệu máy bay phản lực dự kiến sử dụng, hoặc 35 tỷ gallon mỗi năm, vào năm 2050.
Các tiêu chuẩn hiện tại yêu cầu tối thiểu 8,4% hydrocarbon thơm phải được đưa vào bất kỳ hỗn hợp nhiên liệu hàng không bền vững và nhiên liệu có nguồn gốc từ hóa thạch nào "để duy trì khả năng tương thích với máy bay hiện có và cơ sở hạ tầng liên quan", các nhà nghiên cứu báo cáo. Trong khi quy định này làm tăng tính an toàn và hiệu quả của hỗn hợp nhiên liệu nói chung, thì nó lại hạn chế nghiêm trọng việc sử dụng nhiên liệu bền vững, hiện chỉ chứa khoảng 0,5% hydrocarbon thơm, Lu cho biết.
"Hiện tại, họ sử dụng hỗn hợp gồm 20% đến 30% nhiên liệu hàng không bền vững và 70% đến 80% nhiên liệu máy bay thông thường", ông cho biết. Độ trễ trong quá trình chuyển đổi sang nhiên liệu bền vững này xuất phát từ một số yếu tố, một trong số đó là nhu cầu về đủ hydrocarbon thơm trong hỗn hợp. Các yếu tố quan trọng khác liên quan đến các đặc tính như độ bay hơi, độ axit, độ ẩm và điểm đóng băng của hỗn hợp.
Những tiến bộ trong sản xuất etylbenzen từ polystyrene
Lu và các đồng nghiệp đã chọn phát triển etylbenzen vì nó có xu hướng tạo thành muội than khi đốt cháy thấp hơn các hợp chất thơm cao khác. Họ đã chọn bắt đầu với polystyrene vì nó giàu hydrocarbon và có sẵn rất nhiều trong dòng chất thải.
"Chúng tôi sản xuất khoảng 2,5 triệu tấn polystyrene ở Hoa Kỳ mỗi năm và hầu hết trong số đó đều được xử lý tại các bãi chôn lấp", Lu cho biết.
Để chuyển đổi polystyrene thành etylbenzen, nhóm nghiên cứu đã sử dụng phương pháp nhiệt phân, nung nóng để phân hủy polyme thành chất lỏng giàu styrene. Bước thứ hai, hydro hóa, chuyển đổi nó thành etylbenzen thô và chưng cất tạo ra sản phẩm tinh khiết 90%.
Khi trộn với nhiên liệu hàng không bền vững, etylbenzen có nguồn gốc từ polystyrene hoạt động "gần như tốt như etylbenzen có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch", Lu cho biết. Việc tinh chế thêm sẽ cải thiện hiệu suất của nó.
"Chúng tôi đã tiến hành phân tích chi phí sơ bộ và thấy rằng etylbenzen được sản xuất từ polystyrene thải rẻ hơn etylbenzen được sản xuất từ dầu thô. Và phân tích vòng đời etylbenzen của chúng tôi cho thấy nó giảm lượng khí thải carbon từ 50% đến 60% so với etylbenzen được sản xuất từ dầu thô".
Lu và các đồng nghiệp hy vọng sẽ phát triển thêm chất phụ gia này để giúp mở rộng việc sử dụng nhiên liệu bền vững nhiên liệu trong hàng không.
Tài liệu tham khảo: “Sản xuất phụ gia nhiên liệu hàng không bền vững từ polystyrene thải” của Ravindra Prajapati, Eliah Owyn Zaborowski, Hong Lu, Nandakishore Rajagopalan, Brajendra K Sharma, Bryan R Moser và Nalin Kumar, ngày 18 tháng 12 năm 2024, ACS Sustainable Chemistry & Engineering.
DOI: 10.1021/acssuschemeng.4c06748
Bộ phận nghiên cứu đổi mới doanh nghiệp nhỏ và Văn phòng hiệu quả năng lượng và năng lượng tái tạo của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đã hỗ trợ nghiên cứu này.
