211service.com
Nuo biomasės iki cheminių medžiagų vienu žingsniu
Iš Masačusetso universiteto (Amherst) atskirta ankstyvos stadijos įmonė planuoja komercializuoti katalizinį procesą, skirtą celiuliozės biomasei paversti penkiomis benzine esančiomis cheminėmis medžiagomis. Šios cheminės medžiagos taip pat naudojamos pramoniniams polimerams ir tirpikliams gaminti. Anellotech , kuri siekia rizikos finansavimo, kitais metais planuoja statyti bandomąją gamyklą.
Pjuvenos į benziną: Procesas, vadinamas katalizine pirolize, paverčia biomasę, pvz., pjuvenas, vertingomis cheminėmis medžiagomis. Iš kairės į dešinę: pjuvenos; į dumblą panašios cheminės medžiagos, pagamintos be katalizatoriaus; miltelių katalizatorius; aromatinių molekulių mišinys, pagamintas naudojant katalizatorių.
Anellotech reaktoriai atlieka procesą, vadinamą katalizine pirolize, kuri paverčia tris augaluose randamas struktūrines molekules – dvi celiuliozės formas ir medienos molekulę ligniną – į kurą. Susmulkinta biomasė tiekiama į aukštos temperatūros reaktorių ir sumaišoma su katalizatoriumi. Dėl šilumos celiuliozė, ligninas ir kitos biomasėje esančios molekulės chemiškai suyra per procesą, vadinamą pirolize; katalizatorius padeda kontroliuoti chemines reakcijas, paversdamas celiuliozę ir ligniną anglies žiedo molekulių mišiniu: benzenu, toluenu ir ksilenu.
Pasaulinė šios cheminių medžiagų grupės rinka siekia 80 milijardų dolerių per metus ir auga 4 procentais per metus, sako „Anellotech“ generalinis direktorius Davidas Sudolskis. Mes siekiame konkuruoti su nafta, kurios kaina yra 60 USD už barelį, darant prielaidą, kad jokių mokesčių kreditų ar subsidijų, sako jis. Įmonės įkūrėjas, Džordžas Huberis , sako, kad jo katalizinės pirolizės procesas gali sukurti 50 galonų cheminių medžiagų vienoje metrinėje medienos ar kitos biomasės tonoje, o išeiga yra 40 proc. Kiti reakcijos produktai yra koksas, naudojamas reaktoriui kuruoti.
Pirolizės pranašumas yra tas, kad jai naudojama visa biomasė, sako Johnas Regalbuto, Nacionalinio mokslo fondo katalizės ir biokatalizės programos patarėjas. Ligninas vidutiniškai sudaro 40 procentų visos biomasės sukauptos energijos. Tačiau kadangi ligninas negali būti paverstas cukrumi taip, kaip gali celiuliozė, ligninas negali būti naudojamas kaip žaliava fermentacijos procesams, pvz., naudojamiems kai kurių biokuro įmonių cukranendres paversti kuru.
Pirolizė taip pat skiriasi nuo dujinimo, kito proceso, skirto naudoti visą biomasę. Dujinant susidaro anglies ir vandenilio mišinys, vadinamas sintetinėmis dujomis, kurios vėliau gali būti naudojamos kurui gaminti. Priešingai, pirolizė vienu žingsniu paverčia biomasę skystuoju kuru. Ir nors dujofikavimas ekonomiškai gali būti atliktas tik labai dideliu mastu, sako Regalbuto, katalizinė pirolizė galėtų būti atliekama mažesnėse naftos perdirbimo gamyklose, esančiose netoli biomasės tiekimo šaltinių.
Pirolizė yra efektyvus būdas panaudoti biomasę, tačiau sunku kontroliuoti reakcijos produktus, sunku gauti didelį derlių. „Anellotech“ proceso raktai, sako Huberis, yra specialiai pritaikytas katalizatorius ir reaktorius, leidžiantis gerai kontroliuoti reakcijos sąlygas. Huberio grupė UMass, kur jis yra chemijos inžinerijos profesorius, pirmoji sukūrė katalizinį procesą, skirtą biomasei paversti tiesiai į benziną, o Anellotech procesai yra pagrįsti šiuo darbu.
Iki šiol Huberis laboratorijoje sukūrė dvi reaktoriaus kartas. Bandymuose grupė pradeda nuo vietinio malūno pjuvenų atliekų. Susmulkinta biomasė tiekiama į verdančio sluoksnio reaktorių. Viduje miltelių pavidalo kietas katalizatorius sukasi dujų mišinyje, įkaitintame iki maždaug 600 ºC. Kai mediena patenka į kamerą, ji greitai suyra arba pirolizuojasi į mažas nestabilias angliavandenilių molekules, kurios pasklinda į katalizatoriaus dalelių poras. Katalizatoriaus viduje molekulės pertvarkomos, kad būtų sukurtas aromatinių cheminių medžiagų mišinys. Reakcijos procesas trunka mažiau nei dvi minutes.
Bendrovė neatskleis detalių apie katalizatorių, tačiau Huberis teigia, kad viena iš svarbiausių jo savybių yra porų dydis. Jei poros per didelės, jos užsikemša koksu, o jei per mažos, reagentai netelpa, sako Huberis. Bendrovės katalizatorius yra akytas silicio ir aliuminio struktūra, pagrįsta ZSM-5, ceolito katalizatoriumi, kurį 1975 m. sukūrė Mobil Oil ir plačiai naudoja naftos perdirbimo pramonėje. Sudolskis sako, kad jį pigiai gali pagaminti rangovai. Anellotech reaktoriai yra labai panašūs į tuos, kurie naudojami naftos perdirbimui. Tačiau bendrovės reaktoriai yra sukurti taip, kad užtikrintų greitą šilumos perdavimą ir skysčių dinamiką, užtikrinančią, kad reagentai patektų į katalizatorių prieš virsdami koksu.
Stefanas Černikas Nacionalinės atsinaujinančios energijos laboratorijos Nacionalinio bioenergijos centro Golden, CO vyresnysis mokslininkas perspėja, kad šis procesas iki šiol buvo įrodytas tik nedideliu mastu, o šių reaktorių sudėtingumas gali reikšti ilgą kelią juos padidinti. Jis sako, kad nėra lengva dideliu mastu atkartoti ryšį tarp cheminės reakcijos ir šilumos perdavimo, kaip tai daroma laboratorijoje.
Kitais metais pademonstravęs procesą bandomojoje gamykloje, Anellotech tikisi bendradarbiauti su chemijos įmone, kad 2014 m. pastatytų komercinio masto įrenginį. Sudolsky teigia, kad bendrovė arba išduos katalizinės pirolizės proceso licenciją kitoms įmonėms, arba statys gamyklas, paskirstytas šalia biomasės šaltinių. nes transportuoti biomasę ekonomiškai neapsimoka.