Fazendo combustível de aviação a partir de biomassa

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Em 2021, quase um quarto dos as emissões mundiais de dióxido de carbono vieram do setor de transportes, sendo a aviação um contribuidor significativo. Embora a utilização crescente de veículos eléctricos esteja a ajudar a limpar o transporte terrestre, as baterias actuais não conseguem competir com os hidrocarbonetos líquidos derivados de combustíveis fósseis em termos de energia fornecida por quilograma de peso – uma grande preocupação quando se trata de voar. Entretanto, com base no crescimento previsto na procura de viagens, o consumo de combustível de aviação deverá duplicar até 2050 – o ano em que a indústria da aviação internacional se comprometeu a ser neutra em carbono.

Muitos grupos têm como meta um combustível de hidrocarbonetos 100% sustentável para aeronaves, mas sem muito sucesso. Parte do desafio é que os combustíveis de aviação são regulamentados de forma tão rigorosa. “Esta é uma subclasse de combustíveis que tem requisitos muito específicos em termos de química e propriedades físicas do combustível, porque não se pode arriscar que algo dê errado no motor de um avião”, diz Yuriy Román-Leshkov, diretor da Robert T. Haslam Professor de Engenharia Química. “Se você estiver voando a 30.000 pés, está muito frio lá fora e você não quer que o combustível engrosse ou congele. É por isso que a formulação é muito específica.”

O combustível de aviação é uma combinação de duas grandes classes de compostos químicos. Cerca de 75 a 90 por cento dela é composta por moléculas “alifáticas”, que consistem em longas cadeias de átomos de carbono ligados entre si. “Isso é semelhante ao que encontraríamos nos combustíveis diesel, portanto é um hidrocarboneto clássico que existe por aí”, explica Román-Leshkov. Os restantes 10 a 25 por cento consistem em moléculas “aromáticas”, cada uma das quais inclui pelo menos um anel composto por seis átomos de carbono conectados.

Na maioria dos combustíveis para transporte, os hidrocarbonetos aromáticos são vistos como uma fonte de poluição, por isso são removidos tanto quanto possível. Contudo, nos combustíveis de aviação, algumas moléculas aromáticas devem permanecer porque estabelecem as propriedades físicas e de combustão necessárias da mistura global. Eles também realizam mais uma tarefa crítica: garantem que as vedações entre os vários componentes do sistema de combustível da aeronave estejam firmes. “Os aromáticos são absorvidos pelos selos plásticos e os fazem inchar”, explica Román-Leshkov. “Se por algum motivo o combustível mudar, os selos também poderão mudar, e isso é muito perigoso.”

Como resultado, os aromáticos são um componente necessário – mas também são um obstáculo na criação de combustíveis de aviação sustentáveis, ou SAFs. As empresas sabem como produzir a fração alifática a partir de partes não comestíveis de plantas e outras energias renováveis, mas ainda não desenvolveram um método aprovado para gerar a fração aromática a partir de fontes sustentáveis. Como resultado, existe um “muro de mistura”, explica Román-Leshkov. “Como precisamos desse conteúdo aromático – independentemente da sua fonte – sempre haverá um limite para a quantidade de hidrocarbonetos alifáticos sustentáveis ​​que podemos usar sem alterar as propriedades da mistura.” Ele nota uma parede de mistura semelhante com a gasolina. “Temos muito etanol, mas não podemos adicionar mais de 10% sem alterar as propriedades da gasolina. Na verdade, os motores atuais não conseguem lidar com nem 15% de etanol sem modificação.”

Não há escassez de materiais de fontes renováveis ​​– ou tentativas de convertê-los

Nos últimos cinco anos, compreender e resolver o problema do SAF tem sido o objetivo da pesquisa de Román-Leshkov e sua equipe do MIT – Michael L. Stone PhD '21, Matthew S. Webber e outros – bem como de seus colaboradores em Washington State University, o Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) e o Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico. Seu trabalho se concentrou na lignina, um material resistente que dá suporte estrutural às plantas e proteção contra micróbios e fungos. Cerca de 30 por cento do carbono na biomassa está na lignina, mas quando o etanol é gerado a partir da biomassa, a lignina é deixada para trás como um produto residual.