Katalysatorer for bedre produktion af biobrændstof

Biomasse er langt mere kompleks end konventionelt råmateriale, og udviklingen af ​​de nødvendige katalysatorer er traditionelt en langvarig og kompliceret proces. For at Europa kan nå sit langsigtede mål om at reducere drivhusgasemissionerne med 80-95 % inden 2050, omkostningseffektiv konvertering af biomasse til brændstoffer er afgørende.

Det EU-finansierede FASTCARD-projekt brugte to forskellige ruter til at opfylde europæiske forpligtelser til produktion af avancerede biobrændstoffer. Den første involverede 'likvefaktion' af biomasse og er tættest på at konkurrere økonomisk med fossile brændstoffer, mens den anden anvendte forgasning af biomasse, hvilket kan være økonomisk udfordrende på kort sigt. "Initiativet integrerede grundlæggende teoretiske undersøgelser og indsigter udført på molekylært niveau med modeller og eksperimentelle aktiviteter udført i pilotskala, "siger projektkoordinator Dr. Duncan Akporiaye.

Forskning muliggjorde kort- og langsigtet implementering af avanceret biobrændstofproduktion baseret på hurtig og risikoreducerende industrialisering af nanokatalytiske processer via væskebaserede og gasbaserede værdikæder. Konsortiet kombinerede det med mikrokinetisk og procesdesignniveaumodellering for bedre at forstå de mekanismer og økonomi, der ligger til grund for disse processer. "Disse modeller vil hjælpe med at identificere lovende næste generations katalysatorer, såvel som i opskaleringen fra laboratoriet til industriel skala, " forklarer Dr. Akporiaye.

Forbedret ydeevne

Forskere udviklede et nyt 'rationelt design' til nanokatalysatorer baseret på skalerbare matematiske og fysiske modeller. Dette blev brugt til at forudsige ydeevnen af ​​bio-feedstocks for bedre kontrol. De skabte også industrielt relevante, indsigtsfulde nedskaleringsmetoder til evaluering af virkningen af ​​forskellige bio-feedstocks på katalysatorens ydeevne. Ifølge Dr. Akporiaye:"De mikrokinetiske modeller kan anvendes på de fire store trin af de to ruter til avancerede brændstoffer."

Projektpartnere behandlede de vigtigste udfordringer, der påvirker effektiviteten og implementeringen af ​​de fire centrale katalytiske trin i biobaserede processer. De omfattede forbedring af selektivitet og stabilitet i hydrobehandling (HT) og forøgelse af bio-olieindhold co-fluid catalytic cracking (co-FCC), som begge danner den flydende værdikæde. Brug af HT hjalp med at udvikle en ny generation af katalysatorer til at producere en co-feed til eksisterende FCC-enheder, derved minimeres det samlede behandlingsniveau. Udfordringerne omfattede katalysatorens ydeevne til at sænke brintforbruget, tryk og temperatur for at forbedre holdbarheden og øge selektiviteten i forhold til iltfjernelse.

Co-FCC-trinnet var i stand til at co-forarbejde biofoder og råoliedestillater i FCC-enheder, viser lignende eller bedre ydeevne end en avanceret FCC-katalysator, ved at maksimere indholdet af foderblandingen. Den nye katalysator skal matche specifikationerne for hydrotermisk stabilitet og reducere brugen af ​​strategiske ressourcer som sjældne jordarter og ædelmetaller med mindst 20 %.

Reduceret risiko

Forskere udvalgte og testede også kulbrinte (HC) reformeringskatalysatorer under realistiske betingelser til fremstilling af syngas fra biomasse og undersøgte effekten af ​​nikkel og/eller palladium med jern på katalytiske egenskaber. Ud over, det kuldioxidtolerante Fischer Tropsch-trin blev brugt til at udvikle nye katalysatorer rettet mod små delokaliserede 500-3 000 tønder pr. dag biomasse-til-flydende-brændstof-anlæg, som forbedrede C5+ HC-selektivitet og stabilitet til drift ved højere temperaturer, under fluktuerende syngasforhold. Dette resulterede i øget produktivitet, større energibesparelser og reducerede anlægsudgifter.

FASTCARD giver større forståelse for processen på pilotskalaen for de to nøgleveje til avancerede biobrændstoffer. "Projektet vil hjælpe deltagende virksomheder med at oversætte de eksperimentelle resultater, der tidligere er udført i laboratorieskalaen til pilotskalaen, derved reducere de risici og usikkerheder, der er forbundet med at gå fremad mod fuld kommercialisering, " påpeger Dr. Akporiaye.