可持续航空燃料由生物质和农业废物等可再生材料制成，在航空业脱碳方面具有巨大潜力。但广泛采用尚未开始。

可持续航空燃料(SAF) 占燃料使用量的不到 1%航空业，而航空燃油约占全球温室气体 (GHG) 排放量的 3%。生产比化石航空燃料更节能、更便宜且具有成本竞争力的 SAF 对于广泛的商业用途至关重要。

现在阿贡国家实验室的科学家们开发出了一种新技术这创造了一种具有成本竞争力的 SAF，可以将航空业的温室气体排放量减少高达 70%。阿贡国家实验室的生命周期和技术经济模型被用来分析 SAF 的环境影响和经济可行性。

这研究在ACS 可持续化学与工程表明新的甲烷被逮捕厌氧消化（MAAD）技术将高浓度有机废水转化为挥发性脂肪酸，可升级为SAF。

阿贡国家实验室博士后研究员吴浩然表示，作为 SAF 生产的关键前体，挥发性脂肪酸可以在航空业脱碳方面发挥关键作用。

“废物流中的挥发性脂肪酸可以使生物燃料生产更具成本效益和可持续性，”吴说。“阿贡的新技术使用膜辅助生物反应器来提高挥发性脂肪酸的产量。”

该研究推进了美国能源部可持续航空燃料大挑战中概述的目标，该挑战旨在到 2030 年将 SAF 产量增加到 30 亿加仑。目标是到 2050 年生产足够的燃料来满足 100% 的商用喷气燃料需求。

将废物流转化为生物燃料

航空业等难以实现电气化的行业需要生物燃料来脱碳。将生物质转化为生物燃料是一个复杂的过程，涉及用作原料的有机材料的变量，以及满足燃料规格的转化、分离和纯化技术。

科学家们没有依赖脂肪、油和油脂等更传统的资源，而是使用啤酒厂和奶牛场的富碳废水作为其创新技术的原料。该技术取得了一项关键进步，有机碳这些高强度废物流难以以其他方式进行经济有效的处理。

“这两种废水流都富含有机物，使用传统废水处理方法处理它们是碳密集型的，”研究作者、阿贡国家实验室能源系统分析师 Taemin Kim 说。“通过使用我们的技术，我们不仅可以处理这些废物流，还可以为航空业生产低碳可持续燃料。”

阿贡国家实验室的技术在将这些废物流转化为 SAF 方面也取得了新突破。

厌氧消化是将生物质转化为甲烷，然后转化为生物燃料的成熟技术。MAAD 技术由阿贡国家实验室可持续材料和工艺部门经理 Meltem Urgun Demirtas 开发，专注于挥发性脂肪酸（如丁酸）和乳酸的生产。

然而，乳酸限制了挥发性脂肪酸生产SAF。阿贡 MAAD 技术克服了这一限制，提高了挥发性脂肪酸产量。

“当将挥发性脂肪酸转化为 SAF 时，乳酸会降低碳效率，”Wu 说。“因此，将转换从乳酸挥发性脂肪酸的生产是关键。”

在另一项创新中，科学家们开发了一种电化学分离方法来增强膜辅助 MAAD 技术。

Urgun 说：“我们开发了一种原位产品回收工艺，以增加膜辅助消化器中的保留时间，从而使微生物群落具有丰富的丁酸生产能力，并提高酸生产率和浓度，从而降低酸生产成本和酸毒性。”德米尔塔斯是这项研究的首席研究员。

分析经济和环境影响

随着实验数据科学家们利用阿贡国家实验室的先进模拟和建模工具设计了三种可能的废物转化为 SAF 的路径，并将它们与由化石燃料生产的传统喷气燃料进行了比较。

利用过程模型，科学家对这些途径进行了技术经济和生命周期分析。使用阿贡的研发温室气体、管制排放和技术能源使用 (R&D GREET) 模型进行生命周期分析，以评估从生产到最终使用的温室气体影响。

科学家表示，与传统喷气燃料相比，废物转航空燃料途径可显着减少碳排放。当 SAF 典型生物原料的需求导致短缺时，该研究还扩大了较少使用的废料的使用。

虽然研究仍将继续，但科学家最终希望将正在申请专利的工艺商业化，并扩大该技术的广泛使用。

Wu 表示：“设计一种膜辅助技术，能够以与传统喷气燃料相当的成本减少 70% 的温室气体排放，这是一项重大进步。”

“我们将继续努力增强可持续性，并开始探索其他原料以与我们的技术一起使用。”

阿贡国家实验室首席能源系统分析师帕霍拉·塔西亚娜·贝纳维德斯·加莱戈 (Pahola Thathiana Benavides Gallego) 也是该研究的首席研究员。