Новая технология позволяет преобразовывать сточные воды в биотопливо, что, по заявлению ученых, может сократить выбросы самолетов на 70% по сравнению с традиционным реактивным топливом.
На сегодняшний день устойчивое авиационное топливо (SAF) составляет менее 1% от общего объема топлива, используемого в авиационной отрасли. Однако необходимость в экологически чистых решениях растет, так как на авиацию приходится 2,5% глобальных выбросов углекислого газа.
Традиционные виды авиационного топлива производятся на основе нефти, тогда как альтернативные виды создаются из жиров или масел. В исследовании, опубликованном 25 апреля в журнале ACS Sustainable Chemistry and Engineering, ученые представили технологию, которая преобразует сточные воды пивоваренных заводов и молочных ферм в компоненты для SAF — летучие жирные кислоты.
Учёные применили анаэробное сбраживание с задержкой метана (MAAD) — процесс, впервые предложенный Мельтем Ургун Демиртас (Meltem Urgun Demirtas), руководителем отдела экологически чистых материалов и процессов Аргоннской национальной лаборатории. В этом процессе бактерии, а не традиционные методы очистки сточных вод, расщепляют органические вещества в сточных водах посредством анаэробного сбраживания, превращая сточные воды в масляную и молочную кислоты. По словам ученых, эти кислоты впоследствии могут быть преобразованы в SAF.
Однако этот процесс также приводит к образованию молочных кислот, которые ограничивают производство SAF и даже снижают его углеродную эффективность при преобразовании летучих жирных кислот в SAF. Чтобы обойти эту проблему, ученые разработали метод электрохимического разделения, который извлекает органические соединения из сточных вод.
В результате для восстановления продуктов была создана технология «in-situ» (на месте), которая удаляет нужные отходы из сложных смесей через мембранное разделение. В сочетании с анаэробной ферментацией эти методы позволили команде создать устойчивые микробные сообщества, производящие большое количество масляной кислоты.
Ученые из Аргоннской национальной лаборатории продолжат работу над повышением устойчивости своих разработок и будут исследовать другие материалы из сырья, которые можно использовать с этой технологией. Эти исследования финансируются Управлением технологий биоэнергетики Министерства энергетики США в рамках Программы энергоэффективности и возобновляемых источников энергии. Ожидается, что при поддержке этих исследований ученым удастся коммерциализировать процесс и даже масштабировать его, чтобы производить достаточно SAF для удовлетворения 100% спроса со стороны коммерческого сектора.
Ранее ученые уже обращали внимание на негативные последствия для экосистем сточных вод. Цветение водорослей, вызванное сточными водами, может «приводить к изменениям в биоразнообразии», — отметила Энн Юнгблют (Anne Jungblut), исследователь в области биологических наук из Музея естествознания в Великобритании. Изменения в биоразнообразии могут привести к серьезным последствиям для целых речных систем.
«Оба потока сточных вод богаты органическими веществами, и их очистка с помощью традиционных методов обработки требует значительных затрат углерода, — отметил ведущий автор исследования Тэмин Ким (Taemin Kim), аналитик в области энергетических систем в Аргоннской национальной лаборатории. — Наша технология не только очищает эти сточные воды, но и позволяет производить экологически чистое топливо с низким углеродным следом для авиационной отрасли.»
Процесс «in-situ» извлечения продукта с мембранной поддержкой позволяет снизить выбросы парниковых газов на 70%, при этом сохраняя доступную стоимость конечного продукта. По данным Агентства по охране окружающей среды США, парниковые газы вызывают изменение климата, удерживая тепло, что создает каскадный эффект в различных биомах. Снижая их количество с помощью этой технологии, ученые из Аргоннской национальной лаборатории делают первые шаги в борьбе с изменением климата и могут помочь устранить потребность в использовании вредных видов топлива.
