Nowy proces produkcji biopaliw z odpadów leśnych i rolniczych Wykorzystanie niestandardowych katalizatorów do produkcji zaawansowanych biopaliw z odpadów leśnych i rolniczych pozwoli na zmniejszenie wpływu na środowisko i ograniczenie kosztów. Zmiana klimatu i środowisko Energia Badania podstawowe © JDziedzic, Shutterstock Konwersję lignocelulozy na paliwa transportowe można przeprowadzić na kilka różnych sposobów. Nie jest to jednak proste zadanie ze względu na jej złożoność chemiczną, podwyższoną stabilność i wysoką zawartość tlenu. Wykazano, że wśród różnych procesów przemiany termochemicznej, piroliza biomasy jest bardzo obiecującą opcją wytwarzania ciekłych biopaliw. Piroliza oznacza obróbkę biomasy w obojętnej atmosferze, w wyniku czego powstają trzy frakcje: nieskraplające się gazy, ciecze (bioolej) i stały osad (węgiel). W ramach projektu CASCATBEL opracowano ekonomiczny proces przekształcania surowca lignocelulozowego na biopaliwa ciekłe drugiej generacji przy użyciu niestandardowych nanokatalizatorów w celu uzyskania produktów o właściwościach podobnych do tych, które występują w paliwach ropopochodnych. „Rozpoczęliśmy od zbadania biomasy poprzez sekwencyjne połączenie trzech etapów katalitycznych w celu umożliwienia kontrolowanej konwersji biomasy na ulepszone biopaliwa płynne (biooleje)”, mówi koordynator projektu, dr David Serrano Granados. „Te etapy to piroliza katalityczna, pośrednia deoksygenacja i hydrodeoksygenacja”. Duża część tlenu zawartego w biopaliwie pirolitycznym jest usuwana na pierwszych dwóch etapach katalitycznych. Minimalizuje to zużycie wodoru podczas ostatniego etapu przetwarzania, co ma bardzo pozytywne skutki zarówno pod względem ekonomiki procesu, jak i wpływu na środowisko. „Oprócz zaawansowanych biopaliw, opracowany proces będzie pozwalał na generowanie odnawialnej energii elektrycznej ze spalania karbonizatu powstałego na pierwszym etapie pirolizy”, wyjaśnia dr Serrano. „Podobnie, w odniesieniu do łagodzenia skutków zmiany klimatu, szacowana redukcja gazów cieplarnianych w opracowanym procesie jest w większości rozważanych scenariuszy wyższa niż 90% w porównaniu do paliw kopalnych”. Bioolej stosowany w paliwach transportowych Wyprodukowany bioolej zawiera niewiele tlenu i wykazuje lepsze właściwości, takie jak wyższa wartość opałowa, większa stabilność i zwiększona mieszalność z węglowodorami. „Dzięki temu biopaliwo może być wykorzystywane do wytwarzania paliw transportowych poprzez mieszanie go z konwencjonalnymi frakcjami benzyny i oleju napędowego”, zauważa dr Serrano. Skalowanie procesu pozwoliło naukowcom w pełni zbadać i zrozumieć dynamikę katalityczną i reakcyjną oraz ocenić zachowanie katalizatora w odpowiednim środowisku. Doświadczenia przeprowadzano w trzech różnych skalach (laboratoryjnej, testowej i pilotowej), wykorzystując zarówno związki modelowe, jak i rzeczywisty surowiec biomasy. Jak twierdzi dr Serrano: „nie było to proste, ponieważ wiele katalizatorów, które wykazywały dobrą wydajność na modelowych podłożach, miało słabą aktywność katalityczną podczas podawania prawdziwych materiałów biomasowych. Ponadto, w przypadku prawdziwego surowca biomasy, problemy z dezaktywacją katalizatora pogorszyły się z powodu rozległego osadzania się pozostałości węglowych i/lub ługowania aktywnych faz w katalizatorach”. Wyzwania te zostały przezwyciężone poprzez badanie przesiewowe szerokiej gamy materiałów katalitycznych, trybów pracy i warunków reakcji. „Naukowcy odkryli, że modyfikacja katalizatorów opartych na mikroporach, takich jak zeolit, poprzez dodanie wybranych składników była bardzo skuteczna w tłumieniu niepożądanych reakcji wtórnych, prowadząc do lepszej wydajności zmodernizowanego biooleju”, zauważa dr Serrano. Oczekuje się, że projekt CASCATBEL przyniesie szereg rezultatów, głównie na europejskim rynku zaawansowanych biopaliw. Inne sektory przemysłowe będą również zainteresowane innowacjami, takimi jak układ katalityczny, opracowanymi w celu umożliwienia przeprowadzania na jednym etapie zarówno pirolizy katalitycznej, jak i pośrednich reakcji odtleniania oparów biopaliwa. „Ten materiał, składający się ze zmodyfikowanego zeolitu, mógłby zostać użyty do współprzetwarzania innych surowców oprócz lignocelulozy, takich jak odpady z tworzyw sztucznych”, podsumowuje dr Serrano. Słowa kluczowe CASCATBEL, deoksygenacja, biomasa, zaawansowane biopaliwa, nanokatalizator
