Düsentreibstoff auf Ligninbasis bietet mehr Leistung bei geringerer Umweltbelastung

Ein experimenteller Düsenkraftstoff auf pflanzlicher Basis könnte die Leistung und Effizienz von Triebwerken steigern und gleichzeitig auf die umweltschädlichen Aromaten verzichten, die herkömmlichen Kraftstoffen zugesetzt werden, so neue Forschungsergebnisse.

In einer in der Zeitschrift Fuel veröffentlichten Studie untersuchten Forscher einen von der Washington State University entwickelten Düsentreibstoff auf der Basis von Lignin, einem organischen Polymer, das Pflanzen zäh und holzig macht.

Anhand einer Reihe von Tests und Vorhersagen untersuchten die Forscher die für den Betrieb von Düsentriebwerken kritischen Treibstoffeigenschaften, darunter Dichtungsquellung, Dichte, Effizienz und Emissionen. Ihre Ergebnisse deuten darauf hin, dass dieser nachhaltige Kraftstoff mit anderen Biokraftstoffen gemischt werden könnte, um Kraftstoffe auf Erdölbasis vollständig zu ersetzen.

“Als wir unseren Lignin-Treibstoff getestet haben, haben wir einige interessante Ergebnisse gesehen”, sagt Bin Yang, Professor am WSU Department of Biological Systems Engineering und korrespondierender Autor der Studie. “Wir stellten fest, dass er nicht nur eine höhere Energiedichte und einen höheren Energiegehalt aufweist, sondern auch Aromaten vollständig ersetzen kann, die ein echtes Problem für die Luftfahrtindustrie darstellen.”

“Aromaten werden mit erhöhten Rußemissionen und Kondensstreifen in Verbindung gebracht, die schätzungsweise mehr zu den Klimaauswirkungen des Luftverkehrs beitragen als Kohlendioxid”, sagte Joshua Heyne, Mitautor, Wissenschaftler der University of Dayton und derzeitiger Co-Direktor des gemeinsamen WSU-Pacific Northwest National Laboratory Bioproducts Institute. “Aromaten werden auch heute noch in Kraftstoffen verwendet, weil wir für einige der Probleme, die sie lösen, keine Lösungen haben: Sie verleihen Flugzeugtreibstoff eine Dichte, die andere nachhaltige Technologien nicht haben. Einzigartig ist ihre Fähigkeit, die O-Ringe aufzuquellen, die zur Abdichtung von Metallverbindungen verwendet werden, und das tun sie gut.

“Wir wollen sicher, nachhaltig und mit den geringsten Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit fliegen”, so Heyne weiter. “Die Frage ist, wie wir das alles so wirtschaftlich wie möglich machen können.”

Yang hat ein patentiertes Verfahren entwickelt, das Lignin aus landwirtschaftlichen Abfällen in biobasierten Lignin-Düsenkraftstoff umwandelt. Ein solcher nachhaltiger Treibstoff könnte der Luftfahrtindustrie helfen, die Abhängigkeit von immer teureren fossilen Brennstoffen zu verringern und gleichzeitig höhere Umweltstandards zu erfüllen.

Die Eigenschaften des von der WSU entwickelten Treibstoffs auf Ligninbasis “bieten große Chancen für eine höhere Treibstoffleistung, eine höhere Treibstoffeffizienz, geringere Emissionen und niedrigere Kosten”, schreiben die Autoren in Fuel. “Die Tatsache, dass diese Moleküle eine mit Aromaten vergleichbare Volumenquellung aufweisen, öffnet die Tür zur Entwicklung von Düsenkraftstoffen, die praktisch keine Aromaten enthalten, sehr geringe Emissionen aufweisen und sehr leistungsstark sind.

“Der von uns getestete Kraftstoff auf Ligninbasis ergänzt andere nachhaltige Flugkraftstoffe, indem er die Dichte und, was vielleicht am wichtigsten ist, das Ringquellungspotenzial von Mischungen erhöht”, sagte Heyne. “Diese nachhaltigen Mischungen erfüllen nicht nur unseren Materialbedarf, sondern bieten auch eine höhere Energiedichte und spezifische Energie, ohne dass Aromaten verwendet werden.”

“Dieser Prozess schafft einen saubereren, energiedichteren Kraftstoff”, fügte Yang hinzu. “Das ist genau das, was nachhaltige Flugkraftstoffe für die Zukunft brauchen.”

Zu den weiteren Autoren der Studie gehören Zhibin Yang, Universität Dayton; Zhangyang Xu und Maoqi Feng, WSU; John Cort, Pacific Northwest National Laboratory; und Rafal Gieleciak, Natural Resources Canada.

Die Forschungsarbeiten von Yang und seinem Team wurden von der Defense Advanced Research Projects Agency des US-Verteidigungsministeriums, dem Office of Energy Efficiency & Renewable Energy des US-Energieministeriums, der National Science Foundation, der Sun Grant Initiative des US-Verkehrsministeriums, dem National Renewable Laboratory, dem Joint Center for Aerospace Technology Innovation und dem Bioproducts, Science and Engineering Laboratory der WSU unterstützt.

Datum: April 27, 2022
Quelle: Washington State University


Journal Reference:

  1. Zhibin Yang, Zhangyang Xu, Maoqi Feng, John R. Cort, Rafal Gieleciak, Joshua Heyne, Bin Yang. Lignin-based jet fuel and its blending effect with conventional jet fuelFuel, 2022; 321: 124040 DOI: 10.1016/j.fuel.2022.124040

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