Se están realizando investigaciones para la creación de un nuevo combustible de BioJet, debido a que al tener una demanda diaria estimada de combustible de más de 5 millones de barriles por día, el sector de la aviación global es increíblemente intensivo en energía y depende casi por completo de los combustibles derivados del petróleo.
A diferencia de otros sectores energéticos, como el transporte terrestre o los edificios residenciales y comerciales, la industria de la aviación no puede cambiar fácilmente a fuentes de energía renovable utilizando las tecnologías existentes.
Sin embargo, un nuevo análisis realizado por científicos en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) del Departamento de Energía muestra que el combustible de biojet basado en plantas podría proporcionar una alternativa competitiva a los combustibles convencionales de petróleo si las iniciativas actuales de desarrollo y ampliación continúan impulsando Adelante con éxito.
“El análisis técnico-económico y el costo de mitigación de los gases de efecto invernadero durante el ciclo de vida de cinco rutas a las mezclas de combustibles de biocombustible“, ofrece pruebas prometedoras que optimizan el proceso de producción de biocombustibles: una planta rica en carbohidratos El material y el uso de bacterias modificadas genéticamente para digerir los azúcares aislados en moléculas densas de energía que luego se convierten químicamente en un producto combustible, bien vale la pena.
“Es difícil electrificar la aviación usando baterías o celdas de combustible en parte debido a las restricciones de peso en las aeronaves, por lo que los biocombustibles líquidos tienen el potencial de desempeñar un papel importante en la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero”, dijo la autora principal Corinne Scown, investigadora de Berkeley Lab.
El Área de Tecnologías Energéticas, así como el Instituto de Bioenergía Conjunto (JBEI) del DOE. “El equipo de JBEI ha estado trabajando en rutas biológicas para obtener mezclas avanzadas de combustible de bio-jet que no solo se derivan de azúcares de origen vegetal, sino que también tienen propiedades atractivas que podrían proporcionar una ventaja sobre los combustibles de jet convencionales”.
Cómo obtener combustible de material vegetal
Actualmente, los equipos multidisciplinarios basados en JBEI se centran en la optimización de cada etapa del proceso de producción de combustible de bio-jet.
Algunos investigadores se especializan en la ingeniería de plantas de origen ideal, conocidas como biomasa, que crean una alta proporción de carbohidratos y una baja proporción de lignina, un tipo de material que, a partir de ahora, es más difícil de hacer útil.
Mientras tanto, otros están desarrollando métodos para aislar eficientemente los carbohidratos en la biomasa no alimentaria y descomponerlos en moléculas de azúcar que las bacterias pueden digerir, o “bioconvertir”, en una molécula de combustible.
Para obtener el mayor rendimiento posible de la bioconversión, otros investigadores del JBEI están examinando qué factores genéticos y ambientales hacen que las bacterias modificadas sean más eficientes.
Una vez que estas etapas están optimizadas, los científicos de JBEI pueden hacer la transición de las tecnologías a socios comerciales que luego pueden modificar y combinar los combustibles en productos listos para usar y diseñar estrategias para industrializar la escala de producción.
Dada la gran cantidad de experimentación e innovación necesaria para lograr todo esto, Scown y sus coautores utilizaron métodos de análisis innovadores para evaluar si la empresa podría llegar realmente al juego final de una alternativa de combustible para aviones que las aerolíneas querrán usar.
“Nuestra esperanza es que al principio de las etapas de investigación, al menos podamos simular lo que creemos que se vería si desarrollara estas rutas de producción de combustible hasta el punto de madurez”, dijo Scown.
“Si tuviera que presionarlos al nivel de referencia del etanol, la tecnología para crear etanol a partir de material vegetal como tallos de maíz, hojas y mazorcas ha existido durante mucho tiempo, y podemos fermentar los azúcares con una eficiencia del 90 por ciento».
¿Esto nos llevaría al precio de mercado de los combustibles derivados del petróleo? Es importante saberlo ahora.
“Afortunadamente, la respuesta es que pueden ser viables. Y hemos identificado mejoras que deben suceder a lo largo del proceso de conversión para que eso suceda”.
Imaginando el proceso de producción de combustible de BioJet a escala.
Debido a la deconstrucción de la biomasa y las tecnologías de síntesis de combustible desarrolladas en JBEI, el costo teórico del combustible de chorro biológico ha disminuido constantemente en los últimos años y actualmente es tan bajo como $ 16 por galón, en comparación con $ 300,000 por galón cuando se estableció el JBEI, según coautor y postdoctoral JBEI Nawa Baral. El costo del combustible de avión estándar es de aproximadamente $ 2.50 por galón.
Para explorar cómo el combustible biojet podría salvar la brecha de precios restante, el equipo de investigación utilizó simulaciones computacionales complejas que modelaron la tecnología necesaria y los costos subsiguientes de vías de producción completas y ampliadas a diferentes niveles de eficiencia y con una gama de biomasa e insumos químicos .
Los autores simularon un total de cinco vías de producción diferentes a cuatro moléculas de combustible distintas.
Los resultados mostraron que las cinco vías podrían crear productos de combustible al precio objetivo de $ 2.50 por galón si los fabricantes pueden convertir la lignina sobrante en un químico valioso, algo en lo que los investigadores de JBEI están trabajando actualmente, que podría venderse para compensar El coste de los biocombustibles.
El precio neto de un galón de biocombustible podría reducirse aún más si se ofreciera a las aerolíneas incluso un crédito financiero modesto para la reducción de emisiones.
Después de algunas investigaciones de la industria, el equipo también encontró que las aerolíneas podrían estar dispuestas a pagar una prima de hasta cincuenta centavos por galón porque los cuatro biocombustibles entregan más energía por unidad de volumen, lo que significa que un avión podría volar más lejos en un tanque del mismo tamaño .
“El desarrollo de compuestos a base de plantas que tienen una ventaja de rendimiento sobre sus contrapartes a base de petróleo es un factor importante para determinar su viabilidad en el mercado”, dijo Blake Simmons, coautor y Director de Ciencia y Tecnología de JBEI.
Sin embargo, por muy prometedores que sean estos hallazgos, lograr que la tecnología de producción de biocombustibles alcance los rendimientos del estándar de oro asumidos en estas simulaciones requerirá más avances.
“Está claro que, para que este combustible de biojet alcance la viabilidad comercial, necesitamos todos los medios en la cubierta”, señaló Scown. “Pero este análisis resalta la importancia de los centros de investigación integrales y multiinstitucionales como JBEI porque ningún grupo que trabaje en una sola fase del proceso puede hacer que suceda”.