Ny proces gør kulstof til renere, højtydende diesel-biobrændstofblanding

En ny enfaset katalysator, der muliggør omdannelsen af ​​vedvarende og affaldskulstof til bæredygtige dieselbrændstoffer, er blevet udviklet gennem et unikt samarbejde mellem National Renewable Energy Laboratory (NREL) og to konsortier af det amerikanske energiministerium (DOE), Chemical Catalysis for Bioenergy (ChemCatBio) og Co-Optimization of Fuels &Engines (Co-Optima) initiativet.

Forskere brugte reduktiv etherificeringskemi til at omdanne alkohol- og ketonsubstrater afledt af mikrobielle carboxylsyrer til et ether-bioblandingsmateriale til brug, når det blandes i konventionelt dieselbrændstof. Den første af sin slags kontinuerlige katalytiske proces blev designet til at reducere produktionsomkostningerne i forhold til batchkemi, den tidligere state-of-the-art teknologi. Når det kombineres med det nye brændstofs potentielle infrastrukturkompatibilitet og reducerede drivhusgasemissioner i forhold til fossil diesel, det reducerer markant de risici, der er forbundet med at introducere en ny teknologi. Vigtigere, med stigende efterspørgsel efter diesel, dette brændstof kunne bidrage til at opfylde dette behov på en bæredygtig måde.

En nylig Green Chemistry-artikel om forskningen, "Enkeltfasekatalyse til reduktiv etherificering af dieselbioblandinger, " udvider på tidligere arbejde med at udvikle højtydende dieselbiobrændstoffer. Sidste efterår, NREL og Co-Optima identificerede et lovende nyt bioblendstock, 4-butoxyheptan, der udnytter ilten i biomassen til at skabe et dieselbrændstof med højere ydeevne. Den reduktive etherificeringsproces bruger en enkeltfaset katalysator til at producere 4-butoxyheptan mere effektivt.

"Med denne forskning, vi søgte at lave en ny biobrændstofkonverteringsproces, der er relevant og anvendelig til vedvarende og affald-til-energi-teknologi, " forklarede Derek Vardon, en NREL-forsker og en af ​​forfatterne til papiret.

NREL er en førende ekspert i udvikling af katalytiske processer til vedvarende råmaterialer, men dette projekt var første gang, at forskere optimerede en enfaset katalysator specifikt til at udvikle et vedvarende brændstof ved reduktiv foretring. Forskere stod over for nye udfordringer med denne indsats, da katalysatoren skal udføre to samtidige funktioner, blanding af et metalsted og et surt sted i én proces. En kommerciel industripartner hjalp teamet med at få den rigtige mængde surhed i katalysatorstøtten, mens forskerholdet henvendte sig til palladiummetalnanopartikler for kemisk at koble molekylerne sammen.

Et lovende træk ved den enfasede katalysator er dens regenerative egenskaber. Mens proceskemien giver et rent brændende biobrændstof med et lavt tilsodningsindeks, også bemærkelsesværdig er katalysatorens stabilitet over tid, selv bliver mere aktiv, når den er regenereret. Høj stabilitet er afgørende for industrielle katalysatorer, der skal holde i årevis for at være økonomiske og miljømæssigt bæredygtige.

Forskere fortsætter med at studere og forbedre denne proces. Mens palladium er effektivt, det er også dyrt. Holdet udforsker palladiums funktion for at bestemme, hvor meget af det ædle metall, der er nødvendigt. Ud over, forskere tester, hvordan katalysatoren fungerer med mere komplekse affaldsmaterialer, der producerer en blanding af ethere udover 4-butoxyheptan.

"Vi mener, at vi har en god forståelse af, hvorfor vi har brug for, at palladiummetalpladserne er større for at rumme koblingskemien, " Vardon sagde. "Vores næste skridt er at samarbejde med Argonne National Laboratory for at tage et atomistisk kig på, hvad der sker på overfladen for at hjælpe os med at designe den næste højtydende, lavpris katalysatormateriale. Ved at udnytte de unikke tekniske og analysemuligheder på tværs af det nationale laboratoriesystem, vi løser kritiske udfordringer for at hjælpe med at fremme biobrændstoffer mod markedsadoption."