永續航空燃料由生物質和農業廢棄物等可再生材料製成，在航空業脫碳方面具有巨大潛力。但廣泛採用尚未開始。

永續航空燃料(SAF) 佔燃料使用量的不到 1%航空業，而航空燃油約佔全球溫室氣體 (GHG) 排放量的 3%。生產比化石航空燃料更節能、更便宜且具有成本競爭力的 SAF 對於廣泛的商業用途至關重要。

現在阿貢國家實驗室的科學家們開發出了一種新技術這創造了一種具有成本競爭力的 SAF，可以將航空業的溫室氣體排放量減少高達 70%。阿貢國家實驗室的生命週期和技術經濟模型被用來分析 SAF 的環境影響和經濟可行性。

這研究在ACS 可持續化學與工程表明新的甲烷被逮捕厭氧消化（MAAD）技術將高濃度有機廢水轉化為揮發性脂肪酸，可升級為SAF。

阿貢國家實驗室博士後研究員吳浩然表示，作為 SAF 生產的關鍵前體，揮發性脂肪酸可以在航空業脫碳方面發揮關鍵作用。

「廢物流中的揮發性脂肪酸可以使生物燃料生產更具成本效益和永續性，」吳說。“阿貢的新技術使用膜輔助生物反應器來提高揮發性脂肪酸的產量。”

該研究推進了美國能源部可持續航空燃料大挑戰中概述的目標，該挑戰旨在到2030 年將SAF 產量增加到30 億加侖。燃料需求。

將廢物流轉化為生質燃料

航空業等難以實現電氣化的產業需要生物燃料來脫碳。將生物質轉化為生質燃料是一個複雜的過程，涉及用作原料的有機材料的變量，以及滿足燃料規格的轉化、分離和純化技術。

科學家沒有依賴脂肪、油和油脂等更傳統的資源，而是使用啤酒廠和乳牛場的富碳廢水作為其創新技術的原料。該技術取得了一項關鍵進步，有機碳這些高強度廢物流難以以其他方式進行經濟有效的處理。

「這兩種廢水流都富含有機物，使用傳統廢水處理方法處理它們是碳密集型的，」研究作者、阿貢國家實驗室能源系統分析師 Taemin Kim 說。“透過使用我們的技術，我們不僅可以處理這些廢物流，還可以為航空業生產低碳可持續燃料。”

阿貢國家實驗室的技術在將這些廢物流轉化為 SAF 方面也取得了新突破。

厭氧消化是將生物質轉化為甲烷，然後轉化為生質燃料的成熟技術。MAAD 技術由阿貢國家實驗室可持續材料和工藝部門經理 Meltem Urgun Demirtas 開發，專注於揮發性脂肪酸（如丁酸）和乳酸的生產。

然而，乳酸限制了揮發性脂肪酸生產SAF。阿貢 MAAD 技術克服了這項限制，提高了揮發性脂肪酸產量。

「當揮發性脂肪酸轉化為 SAF 時，乳酸會降低碳效率，」Wu 說。「因此，將轉換從乳酸揮發性脂肪酸的生產是關鍵。

在另一項創新中，科學家們開發了一種電化學分離方法來增強膜輔助 MAAD 技術。

Urgun 說：「我們開發了一種原位產品回收工藝，以增加膜輔助消化器中的保留時間，從而使微生物群落具有豐富的丁酸生產能力，並提高酸生產率和濃度，從而降低酸生產成本和酸毒性。

分析經濟和環境影響

隨著實驗數據科學家利用阿貢國家實驗室的先進模擬和建模工具設計了三種可能的廢物轉化為 SAF 的路徑，並將它們與化石燃料生產的傳統噴氣燃料進行了比較。

利用過程模型，科學家對這些途徑進行了技術經濟和生命週期分析。使用阿貢的研發溫室氣體、管制排放和技術能源使用 (R&D GREET) 模型進行生命週期分析，以評估從生產到最終使用的溫室氣體影響。

科學家表示，與傳統噴射燃料相比，廢棄物轉航空燃料途徑可大幅減少碳排放。當 SAF 典型生物原料的需求導致短缺時，該研究也擴大了較少使用的廢料的使用。

雖然研究仍將繼續，但科學家最終希望將正在申請專利的製程商業化，並擴大該技術的廣泛使用。

Wu 表示：“設計一種薄膜輔助技術，能夠以與傳統噴氣燃料相當的成本減少 70% 的溫室氣體排放，這是一項重大進步。”

“我們將繼續努力增強可持續性，並開始探索其他原料以與我們的技術一起使用。”

阿貢國家實驗室首席能源系統分析師 Pahola Thathiana Benavides Gallego 也是這項研究的首席研究員。