Stopione sole usprawniają produkcję biopaliw transportowych
Lignoceluloza – polimer zawierający celulozę, hemicelulozę i ligninę – jest jedną z najpotężniejszych broni w naszej walce ze zmianą klimatu. Strumienie odpadów z lignocelulozy są produktem ubocznym w różnych sektorach przemysłowych, takich jak rolnictwo (słoma kukurydziana, słoma) i leśnictwo (odpady z papierni). Przetwarzanie tego surowca na energię, na przykład w postaci biopaliw, pomaga zmniejszyć zależność od paliw kopalnych.
Pokonywanie przeszkód dla komercyjnego wykorzystania biopaliw
Możliwość wykorzystania lignocelulozy jako surowca do produkcji zaawansowanych biopaliw ogranicza sama technologia jej przetwarzania. Pozyskiwanie cukrów (prostych monosacharydów) z biomasy lignocelulozowej i ich synteza na paliwa stanowi wyzwanie, ponieważ lignoceluloza jest z natury uodporniona na rozkład. Aby zwiększyć wykorzystanie biopaliw, potrzebne są ekonomiczne technologie przeznaczone do tej konwersji. W ramach finansowanego ze środków UE projektu ABC-SALT znaleziono bardziej wydajną metodę rozkładu biomasy lignocelulozowej poprzez poddanie jej działaniu stopionych soli – soli, które w temperaturze pokojowej mają postać stałą, ale po podwyższeniu temperatury przechodzą w fazę ciekłą. „Zespół projektu ABC-SALT zaprezentował innowacyjną metodę produkcji zrównoważonych destylatów średnich z biomasy, zapewniającą większą ilość węglowodorów”, zaznacza koordynator projektu Erik Heeres. „Paliwa z biomasy otrzymuje się, wykorzystując kilka strumieni odpadów lignocelulozowych, w tym takich bogatych w ligninę. Wykorzystanie takich strumieni odpadów, dostępnych w dużej ilości i po niskich cenach, pomoże w przezwyciężeniu wszelkich ograniczeń surowców przy zachowaniu krótkich łańcuchów dostaw”. Destylaty średnie są ważnym paliwem w transporcie, zarówno drogowym (olej napędowy), jak i lotniczym (paliwo lotnicze).
Obiecujący proces przetwarzania biomasy na destylaty średnie
Zaawansowany proces konwersji termochemicznej wprowadzony przez zespół projektu ABC-SALT obejmuje następujące podstawowe etapy. Najpierw do rozpuszczenia biomasy wykorzystuje się odpowiednie stopione sole. Następnie biomasa trafia do maszyny do hydropyrolizy, gdzie jest szybko podgrzewana bez obecności tlenu. Etap katalitycznej hydrodeoksygenacji pomaga usunąć tlen ze strumieni biomasy po hydropyrolizie. „Stopione sole mają duży potencjał do wykorzystania ich jako upłynniaczy, ponieważ maksymalizują frakcję ciekłą w szybkiej hydropyrolizie i działają jak katalizatory. Oprócz zdolności do łatwego rozpuszczania biomasy wybrane stopione sole wykazywały wysoką pojemność cieplną, przewodność cieplną i niską prężność par”, wyjaśnia Heeres. Kolejnym wyzwaniem było wybranie stopionej soli o wystarczająco niskiej temperaturze topnienia, aby uniknąć wytwarzania popiołu lub węgla drzewnego, ale wystarczająco wysokiej, aby móc upłynnić biomasę. Ponadto wysoka stabilność termiczna odgrywała kluczową rolę w zapobieganiu rozkładowi soli w wysokich temperaturach. Próbki olejów otrzymanych w wyniku hydrolizy ligniny poddano hydrorafinacji w układach wsadowych i ciągłych. Osiągnięto wysokie uzyski węgla (do 90 %), a większość produktów węglowodorowych mieściła się w zakresie destylatów średnich.
Podniesienie poziomu dojrzałości technologii
Zintegrowaną koncepcję zademonstrowano w skali laboratoryjnej w specjalnym urządzeniu. Posłuży ona za prototyp przyszłego systemu produkcji paliwa w środowisku przemysłowym, wynosząc technologię ponad 4. poziom gotowości technologicznej. „Zdobyta w ramach projektu ABC-SALT wiedza naukowa pozwoli kluczowym interesariuszom na arenie biopaliw (np. decydentom, organom regulacyjnym, podmiotom przemysłowym) na dokonanie strategicznych wyborów dotyczących przyszłych technologii energetycznych i włączenie ich do obecnych i przyszłych systemów energetycznych. Obecnie rozważamy możliwość rozpoczęcia nowych projektów w oparciu o zdobytą wiedzę i doprowadzenie technologii do 5–6 poziomu gotowości technologicznej”, podsumowuje Heeres.
Słowa kluczowe
ABC-SALT, biomasa, biopaliwo, stopione sole, lignoceluloza, destylaty średnie, hydropyroliza, hydrodeoksygenacja
