바이오매스 및 농업 폐기물과 같은 재생 가능한 재료로 만들어진 지속 가능한 항공 연료는 항공 산업을 탈탄소화할 수 있는 엄청난 잠재력을 가지고 있습니다.그러나 광범위한 채택은 아직 시작되지 않았습니다.

지속 가능한 항공연료(SAF)는 사용되는 연료의 1% 미만을 차지합니다.항공 산업, 항공 연료는 전 세계 온실가스(GHG) 배출량의 약 3%를 차지합니다.화석 기반 제트 연료를 사용하여 보다 에너지 효율적이고 저렴하며 비용 경쟁력이 있는 SAF를 생산하는 것은 광범위한 상업적 사용에 매우 중요합니다.

이제 아르곤 국립 연구소(Argonne National Laboratory)의 과학자들이 다음을 개발했습니다.새로운 기술이는 항공 산업의 온실가스 배출량을 최대 70%까지 줄일 수 있는 비용 경쟁력 있는 SAF를 생성합니다.Argonne의 수명주기와 기술 경제적 모델은 SAF의 환경 영향과 경제적 생존 가능성을 분석하는 데 사용되었습니다.

그만큼연구~에ACS 지속 가능한 화학 및 엔지니어링새로운 메탄이 체포되었음을 보여줍니다.혐기성 소화(MAAD) 기술은 고강도 유기 폐수를 휘발성 지방산으로 변환하여 SAF로 업그레이드할 수 있습니다.

Argonne 박사후 연구원인 Haoran Wu는 SAF 생산의 주요 전구체로서 휘발성 지방산이 항공 산업의 탈탄소화에 중요한 역할을 할 수 있다고 말했습니다.

Wu는 “폐기물에서 나오는 휘발성 지방산은 바이오연료 생산을 더욱 비용 효율적이고 지속가능하게 만들 수 있다”고 말했습니다."Argonne의 새로운 기술은 막 보조 생물반응기를 사용하여 휘발성 지방산의 생산을 향상시킵니다."

이 연구는 2030년까지 SAF 생산량을 30억 갤런으로 늘리는 것을 목표로 하는 DOE의 지속 가능한 항공 연료 그랜드 챌린지(Sustainable Aviation Fuel Grand Challenge)에 설명된 목표를 진전시킵니다. 목표는 2050년까지 상업용 제트 연료 수요의 100%를 충족하기에 충분한 연료를 생산하는 것입니다.

폐기물 흐름을 바이오 연료로 전환

항공과 같이 전기화하기 어려운 분야의 탈탄소화를 위해 바이오 연료가 요구됩니다.바이오매스를 바이오연료로 전환하는 것은 공급원료로 사용되는 유기물질의 변수와 연료 사양을 충족하기 위한 전환, 분리, 정제 기술이 관련된 복잡한 과정입니다.

과학자들은 지방, 기름, 그리스와 같은 보다 전통적인 자원에 의존하는 대신 양조장과 낙농장의 탄소가 풍부한 폐수를 혁신적인 기술의 공급원료로 사용했습니다.주요 발전에서 기술은유기탄소비용 효율적으로 처리하기 어려운 고강도 폐기물 흐름에서 발생합니다.

아르곤 에너지 시스템 분석가인 김태민 연구 저자는 "두 폐수 모두 유기물이 풍부하며 전통적인 폐수 처리 방법을 사용하여 처리하는 것은 탄소 집약적입니다."라고 말했습니다."우리의 기술을 사용하여 우리는 이러한 폐기물을 처리할 뿐만 아니라 항공 산업을 위한 저탄소 지속 가능한 연료를 만들고 있습니다."

Argonne의 기술은 또한 이러한 폐기물 흐름을 SAF로 전환하는 데 있어 새로운 지평을 열었습니다.

혐기성 소화는 바이오매스를 메탄으로 전환한 다음 바이오연료로 전환하는 확립된 기술입니다.Argonne의 지속 가능한 재료 및 프로세스 부서 관리자인 Meltem Urgun Demirtas가 개발한 MAAD 기술은 대신 휘발성 지방산(예: 부티르산) 및 젖산 생산에 중점을 둡니다.

그러나 젖산은 휘발성 지방산으로부터 SAF 생산을 제한합니다.Argonne MAAD 기술은 이러한 한계를 극복하여 휘발성 지방산 수율을 높입니다.

Wu는 "젖산은 휘발성 지방산을 SAF로 전환할 때 탄소 효율을 낮춘다"고 말했습니다."따라서 전환을 다른 곳으로 옮기는 것은유산휘발성 지방산 생산을 향한 것이 핵심입니다."

또 다른 새로운 혁신으로 과학자들은 막 보조 MAAD 기술을 향상시키기 위한 전기화학적 분리 방법을 개발했습니다.

Urgun은 "우리는 막 보조 소화조의 체류 시간을 늘리기 위해 현장 제품 회수 공정을 개발했습니다. 이를 통해 풍부한 부티르산 생산자가 있는 탄력 있는 미생물 군집을 허용하고 산 생산성과 농도를 높여 산 생산 비용과 산 독성을 줄였습니다."라고 Urgun은 말했습니다.이번 연구의 수석 연구원인 데미르타스(Demirtas).

경제적, 환경적 영향 분석

와 함께실험 데이터, 과학자들은 Argonne의 고급 시뮬레이션 및 모델링 도구를 사용하여 세 가지 가능한 폐기물에서 SAF로의 경로를 설계하고 이를 화석 연료에서 생산된 기존 제트 연료와 비교했습니다.

과학자들은 프로세스 모델을 사용하여 경로에 대한 기술 경제적 및 수명주기 분석을 수행했습니다.생산부터 최종 사용까지 온실가스 영향을 평가하기 위해 Argonne의 R&D Greenhouse Gas, Regulated Emissions, and Energy use in Technologies(R&D GREET) 모델을 사용하여 수명 주기 분석을 수행했습니다.

과학자들은 폐기물에서 항공 연료로의 경로가 기존 제트 연료에 비해 탄소 배출을 크게 줄인다고 말합니다.이 연구는 또한 SAF를 위한 일반적인 바이오 공급원료에 대한 수요가 부족해지는 상황에서 덜 사용되는 폐기물의 사용을 확대합니다.

연구가 계속되는 동안 궁극적으로 과학자들은 특허 출원 중인 프로세스를 상용화하고 기술을 확장하여 널리 사용할 수 있기를 희망합니다.

Wu는 “기존의 제트 연료와 비슷한 비용으로 온실가스를 70% 감소시키는 멤브레인 지원 기술을 설계하는 것은 상당한 발전”이라고 말했습니다.

"우리는 지속 가능성을 높이기 위해 계속 노력하고 우리 기술과 함께 사용할 수 있는 다른 공급원료 재료를 탐색하기 시작할 것입니다."

Argonne의 주요 에너지 시스템 분석가인 Pahola Thathiana Benavides Gallego도 이 연구의 주요 조사관으로 활동했습니다.