Skæring af affald, brug af fossile brændstoffer, og drivhusgasemissioner ved at gøre ubrugt mad til biobrændstof

Finansieret af et tilskud fra det amerikanske energiministerium, et team af forskere ved Worcester Polytechnic Institute (WPI) skaber en bedre måde at omdanne madaffald til biobrændstoffer, der er miljøvenlige, et projekt, der ville have en indvirkning på globale problemer såsom afhængighed af råolie, madspild, og vandforurening.

At bruge madaffald til at skabe biobrændstoffer er ikke nyt, men processer udviklet hidtil, som er besværlige og dyre, ikke har fået fat i. I et papir publiceret i open-access journal Energier , Michael Timko, lektor i kemiteknik, rapporterer om et team af kollegers arbejde med at forbedre udbyttet af olie fra madaffaldsprocessen markant og samtidig forbedre effektiviteten.

"Folk har arbejdet i årtier på at lave brændstoffer, der konkurrerer med olie, " sagde Timko. "Vi søger at reducere vores afhængighed af råolie, en udtømmende ressource, der bidrager til klimaforandringerne. Hvis vi kan gøre det ved at bruge noget, der ellers ville fortsætte med at deponere vores kommunale lossepladser, det er to måder, hvorpå vi ville gavne vores miljø. Dette er sandsynligvis ikke nok til at gøre processen økonomisk gennemførlig endnu, men det er et skridt i den rigtige retning."

Timko sagde, at hans proces beskrevet i det nye papir, som blev finansieret af et år, $168, 373 SBIR-bevilling fra det amerikanske energiministerium, kunne blive en økonomisk måde at omdanne mad, der er fordærvet eller på anden måde kasseret, til biobrændstof til at drive skoler, restauranter, supermarked, og endda hele samfund. Han sagde, at han forestiller sig reaktorer, der vil tillade virksomheder og institutioner, der sælger eller serverer fødevarer, at behandle deres affald for at generere et flydende brændstof, de kunne bruge til at generere strøm, spare penge og hjælpe miljøet. Og, han sagde, ved at holde madaffald væk fra lossepladser, hvor det nedbrydes for at producere drivhusgasser og vandforurening, processen vil have betydelige miljømæssige fordele.

Omkring en tredjedel af al mad produceret til menneskeligt forbrug går tabt eller går til spilde - omkring 1,3 milliarder tons om året, eller et tab på ca. $161 mia. ifølge FN's fødevare- og landbrugsorganisation. 30 millioner tons spildes hvert år alene i USA.

Forskere har i årtier vidst, hvordan man laver flydende og gasformigt brændstof fra madaffald, ved hjælp af forskellige processer og med varierende succes. En nyere proces, hydrotermisk fortætning, er et lovende alternativ, men de andre, har ulemper. Gennem denne proces, våd biomasse (som madaffald) placeres i en trykkogerlignende reaktor og udsættes for høje temperaturer og tryk. Under disse forhold, kulbrinter i biomassen nedbrydes for at producere et biobrændstof, der ligner råolie.

Problemet er, at en betydelig del af de producerede organiske forbindelser, inklusive syrer og alkoholer, ende i vandfasen produceret af reaktionen og omdannes ikke til biobrændsel. Spildevandet kan behandles yderligere for at producere mere brugbar olie eller behandles for at gøre det rent nok til at udlede, men begge muligheder tilføjer betydelige omkostninger og bruger ekstra energi.

"Vores udfordring er at lave et brændstof, der er økonomisk sammenlignet med petroleumsbaserede brændstoffer, " sagde Timko. "Faktisk, vores biobrændstof skal være billigere end olie, fordi den industri har 80 til 100 års fremdrift og en massiv infrastruktur bag sig."

Timko og hans team besluttede at tilføje katalysatorer til fortætningsreaktionen for at se, om de kunne reducere mængden af ​​kulstofforbindelser, der tabes til vandfasen og øge udbyttet af olie, dermed gøre processen mere effektiv og økonomisk. De eksperimenterede med to typer forbindelser:natriumcarbonat (Na2Co3), en homogen katalysator, og en gruppe af heterogene katalysatorer kendt som cerium-zirconium blandede oxider (CeZrOx).

Selvom natriumcarbonat ikke øgede udbyttet af olie markant, tilføjelse af CeZrOx gjorde (fra under 40 procent til over 50 procent), samtidig reducere mængden af ​​forbindelser, der er tilbage i vandfasen. "Ved at tilføje disse katalysatorer, vi har været i stand til at øge udbyttet af biobrændstof og reducere tabet af forbindelser til vandfasen med 50 procent. En ændring på 50 procent er meget lovende, " sagde Timko.

I løbende forskning, holdet undersøger andre potentielle katalysatorer, inklusive rødt mudder - et affald, der opstår under produktionen af ​​aluminium, hvilket er billigt, stabil, og pålidelige.

Alex Maag, en WPI kandidatstuderende i kemiteknik, koordinerede laboratorieeksperimenterne for projektet og overvågede bidragene fra et Major Qualifying Project (MQP) team:senior kemiingeniør majors Maria Bailey, Jeremy Hemingway, og Nick Carabillo. (MQP er en design- eller forskningsoplevelse på professionelt niveau, som alle WPI-studerende skal gennemføre.) Maag er medforfatter på Energies-papiret, sammen med Timko, Geoffrey Tompsett, assisterende forskningsprofessor i kemiteknik, og Alex Paulsen, Ted Amundsen, og Paul Yelvington fra Mainstream Engineering Corporation i Rockledge, Fla.

"Ved at bruge noget, der ellers ville gå på vores lossepladser, sagde Maag, "bidrager til produktionen af ​​metan, en drivhusgas, samt vandforurening og erosion, vi vil være i stand til at reducere vores afhængighed af råolie, en aftagende ressource, der bidrager til klimaforandringerne. Vi løser to problemer på én gang. "