Пищевые отходы богаты триглицеридами — жирами, из которых можно получить биокруды (сырой биомасляный продукт) с помощью гидротермального сжижения. Однако готовый биокруд не подходит для авиации: в нем слишком много кислорода, он нестабилен и имеет низкую теплоту сгорания. В исследовании, опубликованном в Science Advances, авторы использовали нанокатализаторы на основе β-Mo₂C (карбид молибдена), чтобы доработать биокруд до состояния, пригодного для авиационного топлива.
Команда протестировала катализаторы, нанесенные на цеолит ZSM-5. К ним добавили железо — оно усилило кислотность среды и помогло расколоть длинные углеводородные цепи. Получившийся катализатор полностью удалял кислород из биокруда и повышал удельную теплоту сгорания топлива до 46,5 МДж/кг — почти как у классического Jet A (46,1 МДж/кг).
Ключевые параметры, которые определяют, пригодно ли вещество в качестве топлива для самолетов, — это вязкость, плотность, температура воспламенения и замерзания, а также среднее число атомов углерода. После дистилляции продуктов реакции в диапазоне 150-230°C полученная фракция соответствовала всем предварительным стандартам Федерального авиационного управления США. Среднее число атомов углерода составило 10,6 против 11,4 у стандартного авиационного топлива.
Авторы также провели расчетные оценки цетанового числа (показатель воспламеняемости) и определили высокую долю насыщенных углеводородов. Это означает хорошую воспламеняемость, низкую температуру замерзания и высокую энергоэффективность.
Полученный катализатор на основе железа и карбида молибдена не только показал высокую эффективность, но и продемонстрировал устойчивость: его можно использовать повторно, не теряя активности. Это делает технологию перспективной с точки зрения промышленных масштабов.
Авторы подчеркивают, что метод открывает путь к использованию пищевых отходов как сырья для авиационного топлива, снижая выбросы и помогая в достижении целей по декарбонизации.
Ранее мы рассказывали, как ученые нашли способ получать водород из мочи.