Katalizatory usprawniają produkcję biopaliw
W ramach finansowanego przez UE projektu FASTCARD wykorzystano dwa różne sposoby prowadzące do realizacji europejskich zobowiązań w zakresie produkcji zaawansowanych biopaliw. Pierwszy z nich dotyczył „upłynniania” biomasy i jest najbliższy ekonomicznego konkurowania z paliwami kopalnymi, natomiast drugi dotyczył zgazowania biomasy, które w perspektywie krótkoterminowej może być trudne do przeprowadzenia z ekonomicznego punktu widzenia. „Inicjatywa ta zintegrowała podstawowe badania teoretyczne i spostrzeżenia prowadzone na poziomie molekularnym z modelami i działaniami eksperymentalnymi prowadzonymi na skalę pilotażową”, mówi koordynator projektu dr Duncan Akporiaye. Badania umożliwiły krótko- i długoterminowe wdrożenie zaawansowanej produkcji biopaliw w oparciu o szybką i zmniejszającą ryzyko industrializację procesów nanokatalitycznych za pośrednictwem płynnych i gazowych łańcuchów wartości. Konsorcjum połączyło je z modelowaniem mikrokinetycznym i modelowaniem poziomu projektowania procesów, aby lepiej zrozumieć mechanizmy i ekonomikę tych procesów. „Modele te pomogą w identyfikacji obiecujących katalizatorów nowej generacji, jak również w przejściu od skali laboratoryjnej do przemysłowej”, wyjaśnia dr Akporiaye. Lepsza wydajność Naukowcy opracowali nowatorski „racjonalny projekt” nanokatalizatorów oparty na skalowalnych modelach matematycznych i fizycznych. Został on wykorzystany do przewidywania wydajności biologicznych materiałów wsadowych w celu poprawy kontroli. Stworzyli również istotne dla przemysłu szczegółowe metody oceny wpływu różnych surowców biologicznych na wydajność katalizatorów. Dr Akporiaye tłumaczy: „Modele mikrokinetyczne można zastosować do czterech głównych etapów dwóch dróg prowadzących do powstania paliw zaawansowanych”. Partnerzy projektu zajęli się głównymi wyzwaniami wpływającymi na wydajność i realizację czterech kluczowych etapów katalitycznych w procesach opartych na zjawiskach biologicznych. Obejmowały one poprawę selektywności i stabilności w procesach obróbki wodorem (ang. hydrotreating, HT) oraz zwiększenie zawartości biooleju w kofluidalnym krakingu katalitycznym (ang. co-fluid catalytic cracking, co-FCC), które tworzą łańcuch wartości płynnych produktów. Zastosowanie HT pomogło opracować nową generację katalizatorów do produkcji wspólnego surowca dla istniejących jednostek FCC, minimalizując w ten sposób ogólny poziom przetwarzania. Wyzwaniem było obniżenie zużycia wodoru, ciśnienia i temperatury katalizatora w celu poprawy trwałości i zwiększenia selektywności w odniesieniu do usuwania tlenu. W ramach etapu co-FCC możliwe było współprzetwarzanie bio-surowców i destylatów ropy naftowej w instalacjach FCC, wykazujących podobną lub lepszą wydajność niż najnowocześniejszy katalizator FCC, poprzez maksymalizację zawartości mieszanki surowcowej. Nowy katalizator powinien odpowiadać specyfikacjom dotyczącym stabilności hydrotermalnej i ograniczyć co najmniej o 20% wykorzystanie strategicznych zasobów, takich jak pierwiastki ziem rzadkich i metale szlachetne. Zmniejszone ryzyko Naukowcy wyselekcjonowali i przetestowali również katalizatory reformujące węglowodory (ang. hydrocarbon, HC) w realnych warunkach produkcji gazu syntezowego z biomasy oraz zbadali wpływ niklu i/lub palladu z żelazem na właściwości katalityczne. Ponadto etap Fischera Tropscha, z tolerancją dwutlenku węgla, został wykorzystany do opracowania nowych katalizatorów ukierunkowanych na małe, przemieszczane zakłady przetwarzania biomasy w ciekłe paliwo w ilości 500-3000 baryłek dziennie, co poprawiło selektywność i stabilność C5+ HC w wyższych temperaturach przy zmiennych warunkach gazu syntezowego. Doprowadziło to do wzrostu wydajności, większych oszczędności energii i zmniejszenia nakładów inwestycyjnych. FASTCARD zapewnia lepsze zrozumienie procesu na skalę pilotażową w odniesieniu do dwóch kluczowych dróg do zaawansowanych biopaliw. „Projekt pomoże uczestniczącym w nim przedsiębiorstwom w przełożeniu wyników doświadczeń przeprowadzonych wcześniej w skali laboratoryjnej na skalę pilotażową, zmniejszając w ten sposób ryzyko i niepewność związane z dążeniem do pełnej komercjalizacji”, zauważa dr Akporiaye.
Słowa kluczowe
FASTCARD, katalizator, biomasa, biopaliwa, skala pilotażowa
