211service.com
No biomasas līdz ķimikālijām vienā solī
Agrīnās stadijas uzņēmums, kas izdalīts no Masačūsetsas Universitātes Amherstā, plāno komercializēt katalītisko procesu celulozes biomasas pārvēršanai piecās no benzīnā atrodamajām ķīmiskajām vielām. Šīs ķīmiskās vielas izmanto arī rūpniecisko polimēru un šķīdinātāju ražošanā. Anellotech , kas meklē riska finansējumu, nākamgad plāno būvēt izmēģinājuma rūpnīcu.
Zāģskaidas uz benzīnu: Process, ko sauc par katalītisko pirolīzi, pārvērš biomasu, piemēram, zāģu skaidas, vērtīgās ķīmiskās vielās. No kreisās uz labo: zāģu skaidas; dūņām līdzīgas ķimikālijas, kas ražotas bez katalizatora; pulvera katalizators; aromātisko molekulu maisījums, kas izgatavots ar katalizatoru.
Anellotech reaktori veic procesu, ko sauc par katalītisko pirolīzi, kas pārvērš trīs no augos sastopamajām strukturālajām molekulām - divu veidu celulozi un koksnes molekulu lignīnu - degvielā. Sasmalcināto biomasu ievada augstas temperatūras reaktorā un sajauc ar katalizatoru. Siltums izraisa celulozes, lignīna un citu biomasas molekulu ķīmisku sadalīšanos procesā, ko sauc par pirolīzi; katalizators palīdz kontrolēt ķīmiskās reakcijas, pārvēršot celulozi un lignīnu uz oglekļa gredzenu balstītu molekulu maisījumā: benzolā, toluolā un ksilolā.
Šīs ķīmisko vielu grupas globālais tirgus ir 80 miljardi USD gadā un pieaug par 4 procentiem gadā, saka Anellotech izpilddirektors Deivids Sudoļskis. Viņš saka, ka mēs cenšamies konkurēt ar naftu, kuras cena ir 60 USD par barelu, pieņemot, ka netiks piešķirtas nodokļu atlaides vai subsīdijas. Uzņēmuma dibinātājs, Džordžs Hūbers , saka, ka viņa katalītiskās pirolīzes process var radīt 50 galonus ķīmisko vielu uz vienu tonnu koksnes vai citas biomasas ar 40 procentu ražu. Citi reakcijas produkti ietver koksu, ko izmanto reaktora kurināmajam.
Pirolīzes priekšrocība ir tā, ka tajā tiek izmantota visa biomasa, saka Džons Regalbuto, Nacionālā zinātnes fonda katalīzes un biokatalīzes programmas padomnieks. Vidēji lignīns veido 40 procentus no visā biomasā uzkrātās enerģijas. Bet, tā kā lignīnu nevar pārvērst cukuros tā, kā to var celuloze, to nevar izmantot kā izejvielu fermentācijas procesos, piemēram, tiem, ko izmanto daži biodegvielas uzņēmumi, lai pārvērstu cukurniedru degvielā.
Pirolīze atšķiras arī no gazifikācijas, kas ir vēl viens process visas biomasas izmantošanai. Gazifikācijas rezultātā veidojas oglekļa un ūdeņraža maisījums, ko sauc par sintēzi, ko pēc tam var izmantot degvielas ražošanai. Turpretim pirolīze vienā solī biomasu pārvērš šķidrā kurināmā. Un, lai gan gazifikāciju var ekonomiski veikt tikai ļoti lielā mērogā, saka Regalbuto, katalītisko pirolīzi varētu veikt mazākās pārstrādes rūpnīcās, kas atrodas netālu no biomasas piegādes.
Pirolīze ir efektīvs veids, kā izmantot biomasu, taču ir grūti kontrolēt reakcijas produktus, un ir grūti iegūt augstu ražu. Hubers saka, ka Anellotech procesa atslēgas ir īpaši pielāgots katalizators un reaktors, kas ļauj labi kontrolēt reakcijas apstākļus. Hubera grupa UMass, kur viņš ir ķīmijas inženierijas profesors, bija pirmā, kas izstrādāja katalītisko procesu biomasas pārvēršanai tieši benzīnā, un Anellotech procesi ir balstīti uz šo darbu.
Līdz šim Hubers laboratorijā ir izstrādājis divas reaktora paaudzes. Pārbaudēs grupa startē ar zāģu skaidu atkritumiem no vietējās dzirnavas. Sasmalcinātā biomasa tiek ievadīta verdošā slāņa reaktorā. Iekšpusē pulverveida ciets katalizators virpuļo gāzes maisījumā, kas uzkarsēts līdz aptuveni 600 ºC. Kad koksne nonāk kamerā, tā ātri sadalās jeb pirolizējas mazās nestabilās ogļūdeņraža molekulās, kas izkliedējas katalizatora daļiņu porās. Katalizatora iekšpusē molekulas tiek pārveidotas, lai izveidotu aromātisku ķīmisko vielu maisījumu. Reakcijas process aizņem nedaudz mazāk par divām minūtēm.
Uzņēmums neatklās sīkāku informāciju par katalizatoru, taču Hubers saka, ka viena no tā svarīgākajām īpašībām ir tā poru lielums. Ja poras ir pārāk lielas, tās aizsērē ar koksu, un, ja tās ir pārāk mazas, reaģenti nevar iekļauties, saka Hūbers. Uzņēmuma katalizators ir poraina silīcija un alumīnija struktūra, kuras pamatā ir ZSM-5, ceolīta katalizators, ko Mobil Oil izstrādāja 1975. gadā un plaši izmanto naftas pārstrādes rūpniecībā. Sudoļskis stāsta, ka to var lēti izgatavot darbuzņēmēji. Anellotech reaktori ir ļoti līdzīgi tiem, ko izmanto naftas attīrīšanai. Taču uzņēmuma reaktori ir paredzēti, lai nodrošinātu ātru siltuma pārnesi un šķidruma dinamiku, kas nodrošina, ka reaģenti nonāk katalizatorā, pirms tie pārvēršas koksā.
Stefans Černiks , vecākais zinātnieks Nacionālās atjaunojamās enerģijas laboratorijas Nacionālajā bioenerģijas centrā Golden, CO, brīdina, ka process līdz šim ir demonstrēts tikai nelielā mērogā un šo reaktoru sarežģītība var nozīmēt ilgu ceļu, lai tos palielinātu. Viņš saka, ka nav viegli plašā mērogā atkārtot attiecības starp ķīmisko reakciju un siltuma pārnesi, kā tas tiek darīts laboratorijā.
Pēc procesa demonstrēšanas nākamajā gadā izmēģinājuma rūpnīcā Anellotech cer sadarboties ar ķīmisko uzņēmumu, lai 2014. gadā uzbūvētu komerciāla mēroga iekārtu. Sudoļskis saka, ka uzņēmums vai nu licencēs katalītiskās pirolīzes procesu citiem uzņēmumiem, vai arī būvēs rūpnīcas, kas izplatītas biomasas avotu tuvumā. jo biomasas transportēšana nav ekonomiski izdevīga.