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Combustible de aviación más limpio a partir del carbón
La Fuerza Aérea está probando un combustible para aviones hecho de carbón y biomasa vegetal que podría reemplazar el combustible a base de petróleo y emitir menos dióxido de carbono en comparación con el uso de combustibles para aviones convencionales. El combustible se elabora con un proceso desarrollado por Acelergia , con sede en Houston, que utiliza tecnología con licencia de ExxonMobil Research and Engineering Company y del Energy and Environmental Research Center de la Universidad de Dakota del Norte.
Plantar combustible para aviones: Ben Oster, ingeniero de investigación del Centro de Investigación Ambiental y Energética de la Universidad de Dakota del Norte, sostiene una muestra de combustible para aviones fabricado a partir de aceites vegetales. Accelergy ha licenciado la tecnología utilizada para fabricar este combustible.
Otros biocombustibles experimentales para aviones recientemente probados han requerido que la aeronave todavía use al menos un 50 por ciento de producto a base de petróleo para cumplir con los requisitos de rendimiento, particularmente para los aviones militares más avanzados. Pero el proceso Accelergy produce combustibles que se asemejan mucho a los combustibles a base de petróleo, lo que hace posible eliminar el petróleo por completo. Debido a esto, el nuevo proceso podría ayudar a la Fuerza Aérea a cumplir su objetivo de utilizar combustibles domésticos con bajo contenido de carbono para la mitad de sus necesidades de combustible. en 2016 . Aunque los primeros productos serán los combustibles para aviones, el proceso también se puede adaptar para producir gasolina y diesel.
El combustible pasó por una ronda inicial de pruebas, incluidas pruebas de motor a escala de laboratorio, y está en camino de ser probado en vuelo en 18 meses, dice Rocco Fiato, vicepresidente de desarrollo comercial de Accelergy.
Convertir carbón en combustibles líquidos no es nada nuevo, pero tales procesos han sido ineficientes y han producido grandes cantidades de emisiones de CO2. El enfoque de Accelergy es diferente porque utiliza licuefacción directa, que es similar al proceso utilizado para refinar el petróleo. Implica tratar el carbón con hidrógeno en presencia de un catalizador. La tecnología convencional para convertir carbón en combustibles líquidos descompone el carbón en gas de síntesis, que es principalmente monóxido de carbono con un poco de hidrógeno; Luego, el hidrógeno y el carbono se recombinan para producir hidrocarburos líquidos, un proceso que libera dióxido de carbono. Debido a que el proceso Accelergy omite la necesidad de gasificar todo el carbón, que consume mucha energía, antes de recombinar el hidrógeno y el carbono, es más eficiente y produce menos dióxido de carbono. No destruimos la molécula del carbón. En su lugar, lo masajeamos, le inyectamos hidrógeno y lo reorganizamos para formar los hidrocarburos deseados, dice Timothy Vail, presidente y director ejecutivo de Accelergy.
El hidrógeno para el proceso de Accelergy proviene de dos fuentes: carbón y biomasa. La acelergia gasifica una parte del carbón que utilizan, alrededor del 25 por ciento, así como la biomasa celulósica, de fuentes como los tallos de las plantas y las cáscaras de las semillas, para producir gas de síntesis. Luego, la empresa trata el gas de síntesis con vapor. En esta reacción, el monóxido de carbono reacciona con el agua para formar hidrógeno y dióxido de carbono. El uso de biomasa reduce las emisiones netas de dióxido de carbono, ya que la biomasa absorbió CO2 de la atmósfera a medida que crecían las plantas originales.
La tecnología también usa biomasa de otra manera. La empresa procesa cultivos de semillas, como soja o camelina, que contienen grandes cantidades de aceite. Después de extraer ese aceite (que deja materiales celulósicos que se gasifican), el aceite se procesa para eliminar los átomos de oxígeno, formando largas cadenas de moléculas de hidrocarburos rectas. Luego, estos se tratan para convertir las moléculas rectas en moléculas con forma de rama que permanecen líquidas a temperaturas más bajas, lo que las hace útiles en el combustible para aviones.
El uso de biomasa reduce las emisiones netas de dióxido de carbono, pero también lo hace el hecho de que la licuefacción directa es más eficiente que la gasificación convencional, dice Daniel Cicero, gerente de tecnología para hidrógeno y gas de síntesis en el Laboratorio Nacional de Tecnología Energética (NETL) del Departamento de Energía de EE. UU. en Morgantown, WV. En la gasificación, solo alrededor del 45 por ciento de la energía del carbón se transfiere al combustible producido. La acelergia afirma tener eficiencias de hasta el 65 por ciento utilizando licuefacción directa. Los rendimientos de combustible también son mayores. Los métodos de gasificación producen alrededor de dos a 2.5 barriles de combustible por tonelada de carbón. La licuefacción directa produce más de tres barriles por tonelada de carbón, y la suma de la biomasa lleva el total a cuatro barriles por tonelada de carbón.
En total, dice Fiato, gasificar carbón para producir combustible líquido produce 0,8 toneladas de dióxido de carbono por barril de combustible, mientras que el proceso de Accelergy produce solo 0,125 toneladas de CO2 por barril. Eso lo hace competitivo con el refinado de petróleo, especialmente el refinado de formas más pesadas de petróleo. (Los combustibles producen aproximadamente la misma cantidad de dióxido de carbono cuando se queman).
Además de reducir las emisiones de carbono en comparación con la tecnología convencional de carbón a líquidos, una ventaja clave del proceso es la capacidad de producir combustibles para aviones de alta calidad. La licuefacción directa del carbón produce cicloalcanos, moléculas en bucle que tienen una alta densidad de energía, lo que le da a los aviones un mayor alcance. También son estables a altas temperaturas, lo que permite su uso en aviones avanzados.
Un inconveniente del proceso es que cuesta más que refinar el petróleo. De hecho, Cicero dice que un estudio de NETL de carbón y biomasa a la tecnología de combustibles líquidos sugiere que no sería competitivo hasta que los precios del petróleo se mantengan por encima de $ 86 a $ 93 por barril. (El estudio se basó en procesos de gasificación convencionales). Él dice que el suministro de combustible a la Fuerza Aérea podría sustentar una o dos plantas pequeñas de Accelergy, pero para ir más allá de esto se requeriría un precio por las emisiones de dióxido de carbono de alrededor de $ 35 la tonelada.