Авіація, морський та наземний вантажний транспорт наразі не можуть покладатися на електрифікацію.

Енергетична щільність акумуляторів приблизно в 50 разів менша на кілограм, ніж, наприклад, у авіаційного гасу, і для таких видів транспорту це неефективно, оскільки паливний бак довелося б замінити тоннами батарей. Рішенням є біопаливо, вироблене з відходів і забруднення, які ми генеруємо, щоб зменшити до нуля і навіть усунути частину викидів нашої системи життя. Рецепт і технологія існують, але результат дорогий і важкий для реалізації в масштабах, достатніх для забезпечення цього величезного флоту. Дослідницька група Surfcat (Хімія поверхні та каталіз) з Університету Севільї, Іспанія, покращила формулу отримання біопалива з міського сміття, відходів і CO₂, які людство генерує у надлишку. Вони подали європейський патент і відкрили нову лінію досліджень, яка включає використання водню.

Технологія синтезу передового біопалива за допомогою захоплення та утилізації вуглецю (CCU)

Технологія синтезу передового біопалива за допомогою захоплення та утилізації вуглецю (CCU) дозволяє використовувати викиди CO₂ як вихідний матеріал і вже десятиліття інтенсивно вивчається в лабораторіях, але не може повноцінно запрацювати через обмеження енергоефективності та технічні бар'єри, такі як відсутність відповідних каталізаторів.

Інші шляхи синтезу біопалива з відходів є більш усталеними.

Інші шляхи синтезу біопалива з відходів є більш усталеними. Техніка та базова формула існують вже століття. У спрощеному вигляді, вона полягає в тому, що за допомогою процесів піролізу (розкладання хімічної сполуки під дією тепла) та газифікації генерується газ або рідина, з яких, після процесу каталізу (реакції з іншими елементами), отримують бажаний продукт. Дослідники з Surfcat зосередилися на покращенні значної частини процесу, щоб зробити його, за словами керівника групи хіміка Хосе Антоніо Одріозоли, «технічно, економічно та соціально стійким».

Насамперед, сировина надходить не з викопних ресурсів, а зі звалищ, з забруднення, яке генерує людство. Група використовує міські відходи, вуглекислий газ, залишки біомаси (продукти обрізки або сільськогосподарські відходи), одяг і навіть мул очисних споруд. Деякі проєкти тестують використання водоростей.

У дуже стислому вигляді, ці сполуки піддаються термічній обробці, яка називається газифікацією. «Це як піч або котел з чарівним зіллям Панорамікса», — жартує Одріозола. У цій печі або котлі тепло розкладає хімічні сполуки та генерує газ (проєкт, який повторно використовує CO₂, називається BioCAs-CCU) або рідину (біоолія). Цей другий шлях є об'єктом двох ліній європейського фінансування (FLEXBY та CLEVER-FUEL) і включає оптимальне використання водню в процесі синтезу біопалива.

Після отримання газу або рідини, їх піддають каталітичному процесу в реакторі, своєрідній скороварці, куди додають те, що Томас Рамірес-Рейна, професор неорганічної хімії, який приєднався до Surfcat після роботи у Великій Британії, називає «приправами», щоб зробити процес зрозумілим. Вони дозволяють селективно отримувати бажану хімічну сполуку та прискорити процес, тим самим зменшуючи необхідну енергію і, отже, витрати.

Основа цього передового каталізу («приправи» для досягнення хімічної реакції швидше та з меншими діапазонами температури та тиску), який був представлений як європейський патент, ґрунтується на оксидах металів, також може бути використана для покращення поточних процесів переробки.

«Результат аналогічний паливу для літаків, кораблів і вантажівок. За допомогою каталізаторів ми змінюємо склад, щоб він відповідав тому, що нам потрібно. Гнучкість забезпечується від початку до кінця. Таким чином, ми змогли запропонувати рішення для текстилю, який ми накопичуємо, або для сільськогосподарських відходів і отримати те, що шукаємо: стійке паливо циркулярної економіки», — підкреслює Рамірес-Рейна.

Одріозола підкреслює важливість цієї гнучкості, оскільки вона є основою другої лінії досліджень, яка ще на початковій стадії, що дозволить не лише отримувати біопаливо з рідини, що утворюється при піролізі, але й використовувати водень: «Це можна зробити каталітичним способом, і це було б фундаментально, оскільки це було б нове джерело, яке не залежить від електролізу або викопних джерел».

Але поки ця друга лінія не дасть результатів, перша вже виглядає як альтернатива, якщо виробництво буде перенесено туди, де генерується та зберігається сировина. Це може бути випадок із заводами з виробництва біопалива, встановленими на звалищах міських відходів, де проблема накопичення сміття перетвориться на джерело постачання власного автопарку з вивезення сміття; або на очисних спорудах, де мул перетвориться на корисне паливо; або в районах з високим рівнем виробництва сільськогосподарських і лісових відходів. У цьому сенсі, в Лінаресі вже планується будівництво пілотної установки, яка використовуватиме залишки обрізки оливкових дерев.

Вартість кінцевого продукту все ще вища, ніж отриманого з викопних джерел, але необхідно враховувати переваги, які процес приносить серйозним і дорогим проблемам, таким як забруднення вуглекислим газом або накопичення відходів, а також двері, які відкриваються для прогресу досліджень, щоб досягти не лише бажаної ефективності, але й конкурентоспроможної вартості. «Суспільство має змінити менталітет, якщо ми дійсно хочемо рухатися далі», — підсумовує Рамірес-Рейна.

Нові інгредієнти (передовий каталіз) для цього старого рецепту (синтез біопалива) працюють, але обидва дослідники визнають, що поки що лише в лабораторних масштабах, де баланс забруднення та ресурсів є нульовим або від’ємним.

Нові інгредієнти (передовий каталіз) для цього старого рецепту (синтез біопалива) працюють, але обидва дослідники визнають, що поки що лише в лабораторних масштабах, де баланс забруднення та ресурсів є нульовим або від’ємним.

І є ще один елемент, у якому обидва погоджуються: освітній аспект. «Це відмінна риса. Ми навчаємо людей, ми віримо в те, що робимо, і ми робимо це з людьми, які навчаються, які стануть вченими та технологами майбутнього», — підкреслює Одріозола. Surfcat, що фінансується Державним дослідницьким агентством (Міністерство науки) та ЄС, базується в Інституті матеріалознавства Севільї (ICMS) і співпрацює з університетами Хаєна, Гранади та Сарагоси, а також з промисловими партнерами для розробки технології біопалива.

Лінія досліджень була підтверджена різними аналізами. Як описала дослідниця Май Буй у колективній статті, опублікованій в Energy & Environmental Science: «Цей підхід дозволяє виробляти відновлюване паливо, інтегруючи принципи сталого розвитку, циркулярної економіки та енергетичного переходу».

Але, як описує Європейська палата аудиторів у спеціальній доповіді («Підтримка ЄС сталого біопалива в транспорті»), виклик все ще стикається з проблемами. Для цього органу аудиторів біопаливо є альтернативою викопному паливу, сприяє скороченню викидів парникових газів у транспортному секторі та користується підтримкою спільноти. Проте висновки аналізу відзначають «відсутність довгострокової перспективи в політиці ЄС щодо біопалива, що впливає на безпеку інвестицій». І додають: «Проблеми сталого розвитку, поряд із доступністю та вартістю біомаси, обмежують розгортання біопалива. Загалом, незважаючи на підтримку, яку ЄС надає дослідженням, розгортання біопалива, отриманого з відходів, відбувалося повільніше, ніж очікувалося».