科学家研究将塑料废弃物转化为可持续喷气燃料

聚苯乙烯被用于各种消费品中，其中大部分最终都被填埋。 研究人员为这种废品找到了新的用途，这将有助于把美国的飞机从化石燃料转换为可持续航空燃料。 图片来源：Fred Zwicky

一项新的研究解决了美国商用飞机从严重依赖化石燃料过渡到可持续航空燃料的一个主要障碍。 研究人员开发出一种具有成本效益的方法，利用聚苯乙烯（一种消费品中常见的耐用塑料）生产乙苯--一种可提高可持续航空燃料性能的添加剂。

该研究成果最近发表在《ACS可持续化学与工程》杂志上。

由废脂、废油、废油脂或植物生物质等非石油来源制成的燃料通常缺乏足够的芳香烃。 伊利诺伊可持续技术中心（Illinois Sustainable Technology Center ）的研究科学家 Hong Lu 解释说，通过润滑机械部件和膨胀密封件以防止正常运行时发生泄漏，这些化合物对于保持燃料系统的性能至关重要。 伊利诺伊可持续技术中心隶属于伊利诺伊大学香槟分校Prairie研究所。

虽然乙苯是一种芳香烃，可以从化石燃料中提取，但找到生产乙苯的可持续方法将有助于航空业向可持续喷气燃料转化。

伊利诺伊州可持续技术中心的研究科学家 Hong Lu 及其同事开发出了一种将废弃聚苯乙烯转化为可持续航空燃料添加剂乙苯的方法。 他们的工作克服了广泛使用可持续航空燃料的一个关键障碍。 图片来源：Fred Zwicky

美国能源部、美国运输部、美国农业部和其他政府机构为解决化石燃料衍生航空燃料对气候的影响制定了路线图。 可持续航空燃料大挑战设定了雄心勃勃的目标：到 2030 年，国内可持续航空燃料的产量将达到每年 30 亿加仑；到 2050 年，预计航空喷气燃料使用量的 100%，即每年 350 亿加仑。

研究人员报告说，目前的标准要求在任何可持续航空燃料和化石燃料的混合中至少包含 8.4% 的芳香烃，"以保持与现有飞机和相关基础设施的兼容性"。 Lu 说，虽然这一规定提高了整体燃料组合的安全性和有效性，但却严重限制了可持续燃料的使用，目前可持续燃料仅含有约 0.5% 的芳香烃。

他说："目前，他们使用的是 20% 至 30% 的可持续航空燃料和 70% 至 80% 的常规喷气燃料。 向可持续燃料转换的滞后源于几个因素，其中之一是混合燃料中需要足够的芳香烃。 其他重要因素还包括混合物的挥发性、酸度、含水量和凝固点等品质。"

Lu 和他的同事之所以选择开发乙苯，是因为与其他高芳香族化合物相比，乙苯在燃烧时形成烟尘的可能性较低。 他们选择从聚苯乙烯入手，因为聚苯乙烯富含碳氢化合物，而且大量存在于废物流中。

Lu 说："美国每年生产约 250 万吨聚苯乙烯，几乎所有的聚苯乙烯都被填埋。"

为了将聚苯乙烯转化为乙苯，研究小组采用了热解方法，通过加热将聚合物分解为富含苯乙烯的液体。 第二步是氢化，将其转化为粗乙苯，然后蒸馏得到纯度为 90% 的产品。

当与一种可持续航空燃料混合时，聚苯乙烯衍生乙苯的性能"几乎与化石燃料衍生乙苯一样好"，Lu 说。 进一步提纯将提高其性能。

"我们进行了初步成本分析，发现用废聚苯乙烯生产的乙苯比用原油生产的乙苯便宜。 而对我们的乙苯进行的生命周期分析发现，与从原油中提取的乙苯相比，它的碳排放量减少了 50%到 60%。"

Lu和他的同事希望进一步开发这种添加剂，以帮助扩大可持续燃料在航空领域的使用。

编译自/ScitechDaily