Combustible de aviación sostenible a partir de residuos alimentarios cumple estándares

El viaje en avión se ha vuelto más popular que nunca, y la creciente demanda de transporte rápido ha convertido al combustible para aviones en un importante contribuyente a las emisiones de gases de efecto invernadero. Investigadores de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign descubrieron una forma novedosa de abordar este problema: convirtiendo residuos alimentarios en combustible de aviación sostenible (SAF) que cumple con los estándares de la industria sin depender de mezclas de combustibles fósiles.

Su proceso, descrito en un estudio publicado en Nature Communications, podría ayudar a la industria de la aviación a alcanzar su ambicioso objetivo de emisiones netas de carbono cero para 2050.

El proceso es el siguiente: los investigadores convierten residuos alimentarios en aceite biocrudo a través de un proceso de conversión termoquímica llamado licuefacción hidrotermal (HTL). Luego, eliminan impurezas del aceite biocrudo y, finalmente, lo refinan utilizando hidrógeno y catalizadores para transformarlo en combustible de aviación.

Este enfoque puede aplicarse a una variedad de materias primas y tipos de aceite, lo que podría llevar a una nueva dirección para la obtención de combustibles.

"HTL imita la formación natural de petróleo crudo en la Tierra. Utiliza alta temperatura y presión para convertir biomasa húmeda en un aceite biocrudo. El objetivo de este trabajo es mejorar ese aceite biocrudo en combustibles de transporte que puedan integrarse directamente en la infraestructura energética existente", explicó la autora principal Sabrina Summers, quien recientemente se graduó con un doctorado del Departamento de Ingeniería Agrícola y Biológica (ABE), parte de la Facultad de Ciencias Agrícolas, del Consumidor y del Medio Ambiente y de la Facultad de Ingeniería The Grainger College of Engineering en la U. de I.

En este proyecto, los investigadores utilizaron residuos de una planta de procesamiento de alimentos cercana. A nivel mundial, más del 30% de los alimentos se desperdician anualmente en todos los niveles de la cadena de suministro, desde la producción hasta el transporte, procesamiento, venta al por menor, servicios de alimentación y hogares. La descomposición de alimentos en vertederos y plantas de tratamiento de aguas residuales contribuye aún más a las emisiones de gases de efecto invernadero, y el reciclaje de residuos ayuda a promover la sostenibilidad.

Sin embargo, HTL puede procesar materias primas de una amplia gama de biocombustibles, incluidos alimentos, lodos de alcantarillado, floraciones algales, estiércol de cerdo y residuos agrícolas.

"Para cumplir con los objetivos de descarbonización del combustible de aviación, necesitamos muchas fuentes renovables diferentes, y la agricultura jugará un papel crítico en proporcionar las materias primas", afirmó el profesor de ABE y autor correspondiente Yuanhui Zhang.

Para convertir el aceite biocrudo en combustible de aviación, los investigadores primero eliminaron impurezas como humedad, cenizas y sal. Luego, utilizaron un proceso llamado hidrogenación catalítica para eliminar elementos no deseados como nitrógeno, oxígeno y azufre, dejando solo los hidrocarburos necesarios para el combustible.

Después de probar docenas de opciones, identificaron el molibdeno de cobalto como el catalizador comercial más efectivo para impulsar las reacciones químicas necesarias y refinar el aceite en combustible de aviación sostenible.

Para optimizar el proceso de hidrogenación, los investigadores ajustaron variables como temperatura, carga de catalizador e hidrógeno, y tiempo de retención para identificar las mejores condiciones para producir combustible de aviación. Luego, probaron su SAF sostenible contra rigurosos estándares establecidos por la American Society for Testing and Materials (ASTM) y la Federal Aviation Administration.

Su muestra de SAF superó las pruebas de preselección de Nivel Alpha y Beta y cumplió con todas las especificaciones para el combustible de jet, sin requerir aditivos ni mezclas con combustibles fósiles.

La tecnología tiene el potencial de escalarse para la producción comercial, señaló Zhang.

"Nuestra investigación ayuda a resolver los problemas científicos y de ingeniería, y luego la industria puede intervenir. El proceso puede aplicarse a otros tipos de aceites para SAF. También puede reemplazar otros materiales, como compuestos derivados del petróleo para la fabricación de plásticos. Esto tiene un enorme potencial para oportunidades comerciales y desarrollo económico", afirmó.

Zhang ha desarrollado un índice para medir la bioeconomía circular, y dijo que el SAF proporciona una valiosa contribución a la circularidad.

"En una economía lineal, simplemente producimos algo, lo usamos y lo tiramos. En este proyecto, tomamos los residuos y recuperamos la energía y los materiales para hacer un producto utilizable. Esto llena un eslabón perdido en el paradigma circular", concluyó.