Proces katalityczny obiecującym sposobem pozyskiwania propanu z glicerolu
Glicerol(odnośnik otworzy się w nowym oknie) jest związkiem organicznym, produkowanym głównie z tłuszczów i olejów, często stosowanym w produktach zdrowotnych i kosmetykach. Od niedawna cieszy się także popularnością jako surowiec do produkcji zrównoważonych paliw płynnych i gazowych. Zespół wspieranego ze środków działania „Maria Skłodowska-Curie”(odnośnik otworzy się w nowym oknie) projektu HYDROGAS badał potencjał gliceryny jako surowca do produkcji wodoru w postaci gazowej i biopropanu. Wodór jest powszechnie uważany za najbardziej obiecujące czyste paliwo przyszłości, ponieważ jego użytkowanie nie skutkuje wydzielaniem dwutlenku węgla. Z kolei biopropan może zastąpić pochodzące z paliw kopalnych skroplone gazy ropopochodne (stosowane w kartuszach gazowych), a ponadto budzi zainteresowanie sektorów związanych z transportem oraz ogrzewaniem pojedynczych budynków nieprzyłączonych do sieci ciepłowniczych. „Nasze podejście polegało na częściowym wykorzystaniu glicerolu do produkcji wodoru w postaci gazowej i wyprodukowaniu na jego bazie biopropanu, co pozwoliło na uniezależnienie się od drogich źródeł zewnętrznych wodoru”, wyjaśnia główny badacz, Jude Onwudili z Instytutu Badań nad Energią i Bioproduktami(odnośnik otworzy się w nowym oknie) na Uniwersytecie Aston w Zjednoczonym Królestwie, będącym gospodarzem projektu. Pierwszy cel projektu HYDROGAS, jakim było opracowanie procesu produkcji wodoru w ilości wystarczającej do przekształcenia glicerolu w biopropan, został zrealizowany z powodzeniem. Jeśli zaś chodzi o drugi cel uzyskania wysokiej wydajności procesu produkcji biopropanu, nie udało się go zrealizować zgodnie z oczekiwaniami, choć zespół jest przekonany, że jest to wykonalne.
Alternatywne źródło wodoru
Glicerol składa się z trzech atomów węgla, z których każdy zawiera grupę hydroksylową – jeden atom tlenu połączony z jednym atomem wodoru. Ze względu na to, że propan jest cząsteczką węglowodorową, składającą się wyłącznie z atomów węgla i wodoru, uzyskanie go z glicerolu polega na usunięciu trzech atomów tlenu. Zwykle wymaga to zastosowania katalizatora, który wykorzystuje wodór w postaci gazowej do selektywnego usuwania tlenu z glicerolu w postaci wody, pozostawiając cząsteczki propanu. Wodór jest jednak drogi i w większości jest pozyskiwany z paliw kopalnych, które są szkodliwe dla środowiska. Innowacja zaproponowana przez twórców projektu HYDROGAS polegała na wykorzystaniu glicerolu do produkcji wodoru potrzebnego do przekształcenia glicerolu w biopropan.
Dwustopniowy proces katalityczny
Z uwagi na fakt, że takie rozwiązanie wymaga wielu reakcji z użyciem różnych katalizatorów, badacze opracowali dwuetapowy proces. Na każdym etapie zespół testował różne katalizatory niejednorodne – substancje w innym stanie skupienia niż reagenty, na przykład używając stałego katalizatora w reakcji z udziałem cieczy. Aby wyselekcjonować katalizatory charakteryzujące się najbardziej stabilną aktywnością w reaktorze wsadowym, badacze przetestowali je w różnych temperaturach, stosując rożne czasy reakcji i rożne stężenia glicerolu. Materiałami katalitycznymi cieszącymi się dotąd największym zainteresowaniem były drogie metale z grupy platynowców(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Zespół projektu HYDROGAS postanowił jednak sprawdzić tanie i obiecujące alternatywy, oparte na metalach alkalicznych i pierwszorzędowych metalach przejściowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie). „Głównym wyzwaniem związanym z fazą wodną naszej reakcji było to, że katalizatory mogą ulec szybkiej dezaktywacji. Kluczowym rezultatem było znalezienie tańszego, wysoce aktywnego i stabilnego katalizatora, zwiększającego ilość biopropanu, jaką możemy uzyskać z glicerolu przy niższych kosztach”, mówi Carine Alves, stypendystka z Federalnego Uniwersytetu Bahia(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w Brazylii. Aby uniknąć konieczności kosztownej i czasochłonnej obróbki wstępnej w celu usunięcia zanieczyszczeń i zapewnienia stabilności surowego glicerolu, zespół wykorzystał czysty glicerol.
Korzyści dla środowiska, nowe miejsca pracy i bezpieczeństwo energetyczne
Produkcja odnawialnego wodoru i niskoemisyjnych gazowych paliw węglowodorowych, takich jak biopropan, jest jednym z kluczowych celów Europejskiego Zielonego Ładu(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Biopropan mógłby stać się cennym paliwem dla odległych lokalizacji niepodłączonych do sieci, poszerzając tym samym skład koszyka energetycznego i przyczyniając się do stworzenia nowych miejsc pracy. Zespół koncentruje się obecnie na optymalizacji tańszych i bardziej wydajnych katalizatorów, aby zmniejszyć liczbę reakcji potrzebnych do przekształcenia glicerolu w biopropan. „Trwają również prace nad uzyskaniem wysokiej wydajności produkcji biopropanu z »surowego glicerolu«. Dzięki projektowi HYDROGAS odkryliśmy, że reakcje drugiego etapu mogą przebiegać w warunkach innych niż hydrotermalne, dlatego zamierzamy kontynuować badania nad tą alternatywną drogą”, podsumowuje Onwudili.
