Z resztek obiadu do zbiornika samolotu. Paliwo z odpadów spełnia normy

Transport odpowiada dziś za ok. 29 proc. emisji gazów cieplarnianych w Stanach Zjednoczonych – szacuje Environmental Protection Agency (EPA). Z tej puli około 7 proc. pochodzi z lotnictwa komercyjnego. W czasie gdy samochody przechodzą rewolucję elektryczną, samoloty wciąż pozostają w epoce paliw kopalnych.

Powód jest prosty: paliwo lotnicze ma około 50 razy większą gęstość energetyczną niż baterie litowo-jonowe, co sprawia, że loty długodystansowe z napędem elektrycznym pozostają poza zasięgiem technologii.

Dlatego coraz większe nadzieje wiąże się z tzw. biopaliwami lotniczymi (SAF – Sustainable Aviation Fuels), które powstają z materiałów organicznych i mogą redukować emisje nawet o 80 proc. w porównaniu z klasycznym paliwem. Choć od dekad wykorzystuje się etanol i biodiesel w transporcie drogowym, to opracowanie paliwa bezpiecznego dla silników odrzutowych okazało się znacznie trudniejsze.

Na pomysł wpadł zespół kierowany przez prof. Yuanhuia Zhanga z Uniwersytetu Illinois Urbana-Champaign. Badacze postanowili sprawdzić, czy da się uzyskać paliwo lotnicze z nadwyżek żywności i odpadów z przetwórstwa spożywczego.

„W gospodarce liniowej produkujemy coś, używamy i wyrzucamy” – mówi prof. Zhang. – „W tym projekcie odzyskujemy energię i surowce z odpadów, tworząc produkt użytkowy. To brakujące ogniwo w gospodarce o obiegu zamkniętym”.

Opisany w Nature Communications proces zaczyna się od hydrotermalnej likwefakcji (HTL) – chemicznej reakcji, która w warunkach wysokiego ciśnienia i temperatury „naśladuje” proces naturalnego powstawania ropy z materii organicznej, ale skraca go z milionów lat do kilku godzin.

Badacze zebrali odpady z pobliskich zakładów spożywczych i umieścili je w reaktorze przypominającym przemysłowy szybkowar. Efektem tego procesu była gęsta ciecz  – odpowiednik ropy naftowej pochodzenia organicznego.

Jak powstaje paliwo z jedzenia

Uzyskana substancja wymagała dalszego oczyszczenia. Najpierw usunięto z niej sól, popiół i wilgoć. Następnie zastosowano proces katalitycznego uwodornienia (hydrotreatingu), który eliminuje pozostałości azotu, siarki i tlenu.

Kluczowe było dobranie odpowiedniego katalizatora. Po serii testów naukowcy stwierdzili, że najlepiej sprawdza się połączenie kobaltu i molibdenu (Co-Mo) – powszechnie stosowane w przemyśle naftowym, a jednocześnie tanie i dostępne.

W efekcie powstała mieszanina węglowodorów identycznych z tymi, które występują w klasycznym paliwie lotniczym. Co istotne, nowe paliwo przeszło pomyślnie testy zgodności z normami ASTM i Federalnej Administracji Lotnictwa (FAA), czyli amerykańskimi standardami bezpieczeństwa dla paliw odrzutowych. Nie wymaga żadnych dodatków ani zmian w silnikach.

Kuchenne odpady kontra zmiany klimatu

Choć projekt jest na razie dowodem koncepcji, jego potencjał jest ogromny. Każdego roku na świecie marnuje się około miliarda ton żywności. Według ONZ, nawet 8-10 proc. globalnych emisji gazów cieplarnianych pochodzi z produkcji i utylizacji jedzenia, które nigdy nie trafia na talerze.

„Nasze badania rozwiązują problemy naukowe i inżynieryjne – później przemysł może przejąć pałeczkę” – podkreśla Zhang.

W dłuższej perspektywie technologia może więc rozwiązać dwa kryzysy jednocześnie: nadprodukcję odpadów organicznych i emisje z transportu lotniczego.

Od teorii do praktyki – czyli skala problemu

Droga od reaktora badawczego do zbiorników na lotniskach będzie jednak długa. Samolot pasażerski potrzebuje kilku tysięcy litrów paliwa na jeden lot, a obecna metoda produkcji wciąż działa w skali laboratoryjnej.

Do przemysłowego wdrożenia potrzebne są duże inwestycje i infrastruktura przetwarzania biomasy. Wiele zależy też od regulacji i polityki klimatycznej – Unia Europejska planuje, by od 2030 r. co najmniej 10 proc. paliwa lotniczego pochodziło z odnawialnych źródeł.

W Stanach Zjednoczonych Departament Energii uruchomił program „Sustainable Aviation Fuel Grand Challenge”, którego celem jest osiągnięcie rocznej produkcji 11 mld litrów biopaliw lotniczych do 2030 r. – i aż 45 mld litrów do 2050 r.

Sztuka domknięcia obiegu

Pomysł wykorzystania odpadów spożywczych w lotnictwie doskonale wpisuje się w ideę gospodarki o obiegu zamkniętym, w której nic się nie marnuje, a produkty uboczne jednego procesu stają się surowcem dla innego.

Jak podkreśla prof. Zhang, „projekt pokazuje, że energia i materia zawarte w odpadach mogą być odzyskane i ponownie wykorzystane”. W praktyce oznacza to, że energia z kolacji, której nie zjedliśmy, może kiedyś zasilić silniki samolotu lecącego przez Atlantyk.

A jeśli naukowcom uda się skalować ten proces, przyszłość zrównoważonego lotnictwa może pachnieć nie ropą, lecz… wczorajszym obiadem.