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聚苯乙烯被用于各種消費(fèi)品中，其中大部分最終都被填埋。 研究人員為這種廢品找到了新的用途，這將有助于把美國的飛機(jī)從化石燃料轉(zhuǎn)換為可持續(xù)航空燃料。 圖片來源：Fred Zwicky

一項新的研究解決了美國商用飛機(jī)從嚴(yán)重依賴化石燃料過渡到可持續(xù)航空燃料的一個主要障礙。 研究人員開發(fā)出一種具有成本效益的方法，利用聚苯乙烯（一種消費(fèi)品中常見的耐用塑料）生產(chǎn)乙苯--一種可提高可持續(xù)航空燃料性能的添加劑。

該研究成果最近發(fā)表在《ACS可持續(xù)化學(xué)與工程》雜志上。

由廢脂、廢油、廢油脂或植物生物質(zhì)等非石油來源制成的燃料通常缺乏足夠的芳香烴。 伊利諾伊可持續(xù)技術(shù)中心（Illinois Sustainable Technology Center）的研究科學(xué)家 Hong Lu 解釋說，通過潤滑機(jī)械部件和膨脹密封件以防止正常運(yùn)行時發(fā)生泄漏，這些化合物對于保持燃料系統(tǒng)的性能至關(guān)重要。 伊利諾伊可持續(xù)技術(shù)中心隸屬于伊利諾伊大學(xué)香檳分校Prairie研究所。

雖然乙苯是一種芳香烴，可以從化石燃料中提取，但找到生產(chǎn)乙苯的可持續(xù)方法將有助于航空業(yè)向可持續(xù)噴氣燃料轉(zhuǎn)化。

伊利諾伊州可持續(xù)技術(shù)中心的研究科學(xué)家 Hong Lu 及其同事開發(fā)出了一種將廢棄聚苯乙烯轉(zhuǎn)化為可持續(xù)航空燃料添加劑乙苯的方法。 他們的工作克服了廣泛使用可持續(xù)航空燃料的一個關(guān)鍵障礙。 圖片來源：Fred Zwicky

美國能源部、美國運(yùn)輸部、美國農(nóng)業(yè)部和其他政府機(jī)構(gòu)為解決化石燃料衍生航空燃料對氣候的影響制定了路線圖。 可持續(xù)航空燃料大挑戰(zhàn)設(shè)定了雄心勃勃的目標(biāo)：到 2030 年，國內(nèi)可持續(xù)航空燃料的產(chǎn)量將達(dá)到每年 30 億加侖；到 2050 年，預(yù)計航空噴氣燃料使用量的 100%，即每年 350 億加侖。

研究人員報告說，目前的標(biāo)準(zhǔn)要求在任何可持續(xù)航空燃料和化石燃料的混合中至少包含 8.4% 的芳香烴，"以保持與現(xiàn)有飛機(jī)和相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的兼容性"。 Lu 說，雖然這一規(guī)定提高了整體燃料組合的安全性和有效性，但卻嚴(yán)重限制了可持續(xù)燃料的使用，目前可持續(xù)燃料僅含有約 0.5% 的芳香烴。

他說："目前，他們使用的是 20% 至 30% 的可持續(xù)航空燃料和 70% 至 80% 的常規(guī)噴氣燃料。 向可持續(xù)燃料轉(zhuǎn)換的滯后源于幾個因素，其中之一是混合燃料中需要足夠的芳香烴。 其他重要因素還包括混合物的揮發(fā)性、酸度、含水量和凝固點等品質(zhì)。"

Lu 和他的同事之所以選擇開發(fā)乙苯，是因為與其他高芳香族化合物相比，乙苯在燃燒時形成煙塵的可能性較低。 他們選擇從聚苯乙烯入手，因為聚苯乙烯富含碳?xì)浠衔铮掖罅看嬖谟趶U物流中。

Lu 說："美國每年生產(chǎn)約 250 萬噸聚苯乙烯，幾乎所有的聚苯乙烯都被填埋。"

為了將聚苯乙烯轉(zhuǎn)化為乙苯，研究小組采用了熱解方法，通過加熱將聚合物分解為富含苯乙烯的液體。 第二步是氫化，將其轉(zhuǎn)化為粗乙苯，然后蒸餾得到純度為 90% 的產(chǎn)品。

當(dāng)與一種可持續(xù)航空燃料混合時，聚苯乙烯衍生乙苯的性能"幾乎與化石燃料衍生乙苯一樣好"，Lu 說。 進(jìn)一步提純將提高其性能。

"我們進(jìn)行了初步成本分析，發(fā)現(xiàn)用廢聚苯乙烯生產(chǎn)的乙苯比用原油生產(chǎn)的乙苯便宜。 而對我們的乙苯進(jìn)行的生命周期分析發(fā)現(xiàn)，與從原油中提取的乙苯相比，它的碳排放量減少了 50%到 60%。"

Lu和他的同事希望進(jìn)一步開發(fā)這種添加劑，以幫助擴(kuò)大可持續(xù)燃料在航空領(lǐng)域的使用。

編譯自/ScitechDaily