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Carburante per jet più pulito dal carbone
L'Air Force sta testando un carburante per jet a base di carbone e biomassa vegetale che potrebbe sostituire il carburante a base di petrolio ed emettere meno anidride carbonica rispetto all'utilizzo di carburanti per jet convenzionali. Il carburante è realizzato con un processo sviluppato da accelerazione , con sede a Houston, che utilizza la tecnologia concessa in licenza dalla ExxonMobil Research and Engineering Company e dall'Energy and Environmental Research Center dell'Università del North Dakota.
Piantare carburante per aerei: Ben Oster, un ingegnere di ricerca presso il Centro di ricerca sull'energia e l'ambiente dell'Università del North Dakota, tiene in mano un campione di carburante per aerei a base di oli vegetali. Accelergy ha concesso in licenza la tecnologia utilizzata per produrre questo carburante.
Altri biocarburanti sperimentali recentemente testati per i jet hanno richiesto che l'aereo utilizzi ancora almeno il 50 percento di prodotti a base di petrolio per soddisfare i requisiti di prestazione, in particolare per i jet militari più avanzati. Ma il processo Accelergy produce combustibili che assomigliano molto ai combustibili a base di petrolio, rendendo possibile eliminare del tutto il petrolio. Per questo motivo, il nuovo processo potrebbe aiutare l'Air Force a raggiungere il suo obiettivo di utilizzare combustibili domestici a basse emissioni di carbonio per metà del suo fabbisogno di carburante entro il 2016 . Sebbene i primi prodotti saranno i carburanti per aerei, il processo può anche essere adattato per produrre benzina e diesel.
Il carburante ha superato un primo ciclo di test, inclusi test sui motori su scala di laboratorio, ed è sulla buona strada per essere testato in volo tra 18 mesi, afferma Rocco Fiato, vicepresidente dello sviluppo aziendale di Accelergy.
Trasformare il carbone in combustibili liquidi non è una novità, ma tali processi sono stati inefficienti e hanno prodotto grandi quantità di emissioni di CO2. L'approccio di Accelergy è diverso perché utilizza la liquefazione diretta, che è simile al processo utilizzato per raffinare il petrolio. Si tratta di trattare il carbone con idrogeno in presenza di un catalizzatore. La tecnologia convenzionale per convertire il carbone in combustibili liquidi scompone il carbone in gas di sintesi, che è principalmente monossido di carbonio con un po' di idrogeno; l'idrogeno e il carbonio vengono quindi ricombinati per produrre idrocarburi liquidi, un processo che rilascia anidride carbonica. Poiché il processo Accelergy evita la necessità di gassificare tutto il carbone, che consuma molta energia, prima di ricombinare l'idrogeno e il carbonio, è più efficiente e produce meno anidride carbonica. Non distruggiamo la molecola nel carbone. Invece lo massaggiamo, gli iniettiamo idrogeno e lo riorganizziamo per formare gli idrocarburi desiderati, afferma Timothy Vail, presidente e CEO di Accelergy.
L'idrogeno per il processo di Accelergy proviene da due fonti: carbone e biomassa. Accelergy gassifica una parte del carbone che usano, circa il 25% di esso, così come la biomassa cellulosica, da fonti come steli di piante e gusci di semi, per produrre syngas. L'azienda tratta quindi il syngas con il vapore. In questa reazione, il monossido di carbonio reagisce con l'acqua per formare idrogeno e anidride carbonica. L'utilizzo della biomassa riduce le emissioni nette di anidride carbonica, poiché la biomassa ha assorbito CO2 dall'atmosfera durante la crescita delle piante originarie.
La tecnologia utilizza la biomassa anche in un altro modo. L'azienda lavora semi, come la soia o la camelina, che contengono grandi quantità di olio. Dopo aver estratto quell'olio (che lascia materiali cellulosici che vengono gassificati), l'olio viene lavorato per rimuovere gli atomi di ossigeno, formando lunghe catene di molecole di idrocarburi diritte. Questi vengono quindi trattati per trasformare le molecole diritte in molecole simili a rami che rimangono liquide a temperature più basse, rendendole utili nel carburante per aerei.
L'uso della biomassa riduce le emissioni nette di anidride carbonica, ma lo stesso vale per il fatto che la liquefazione diretta è più efficiente della gassificazione convenzionale, afferma Daniel Cicero, responsabile della tecnologia per l'idrogeno e il syngas presso il National Energy Technology Laboratory (NETL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, a Morgantown, Virginia Occidentale. Nella gassificazione, solo il 45 percento circa dell'energia contenuta nel carbone viene trasferita al combustibile prodotto. Accelergy sostiene efficienze fino al 65% utilizzando la liquefazione diretta. Anche i rendimenti del carburante sono più alti. I metodi di gassificazione producono da due a 2,5 barili di combustibile per tonnellata di carbone. La liquefazione diretta produce oltre tre barili per tonnellata di carbone e l'aggiunta della biomassa porta il totale a quattro barili per tonnellata di carbone.
Tutto sommato, dice Fiato, la gassificazione del carbone per produrre combustibile liquido produce 0,8 tonnellate di anidride carbonica per barile di carburante, mentre il processo di Accelergy produce solo 0,125 tonnellate di CO2 per barile. Ciò lo rende competitivo con la raffinazione del petrolio, in particolare la raffinazione delle forme più pesanti di petrolio. (I combustibili producono circa la stessa quantità di anidride carbonica quando vengono bruciati.)
Oltre a ridurre le emissioni di carbonio rispetto alla tecnologia convenzionale dal carbone ai liquidi, un vantaggio chiave del processo è la capacità di produrre carburanti per jet di alta qualità. La liquefazione diretta del carbone produce cicloalcani, molecole ad anello che hanno un'alta densità di energia, dando agli aeroplani una maggiore portata. Sono anche stabili alle alte temperature, consentendo loro di essere utilizzati in velivoli avanzati.
Uno svantaggio del processo è che costa più della raffinazione del petrolio. In effetti, Cicerone afferma che uno studio NETL sul carbone e sulla biomassa per la tecnologia dei combustibili liquidi suggerisce che non sarebbe competitivo fino a quando i prezzi del petrolio non rimarranno al di sopra di $ 86 a $ 93 al barile. (Lo studio era basato su processi di gassificazione convenzionali.) Dice che la fornitura di carburante all'Air Force potrebbe sostenere uno o due piccoli impianti Accelergy, ma per andare oltre questo sarebbe necessario un prezzo sulle emissioni di anidride carbonica di circa 35 dollari a tonnellata.