Technologia elektrochemiczna zmienia biociecze w zrównoważone paliwa
Surowe biociecze, takie jak ług czarny (produkt uboczny produkcji masy celulozowej) i ciecze pirolityczne (pochodzące z biomasy) są obiecującą alternatywą dla paliw kopalnych. Ich niestabilność chemiczna i złożony skład sprawiają, że produkcja biopaliw na dużą skalę z ich wykorzystaniem stanowi wyzwanie. Zespół finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu EBIO opracował elektrochemiczny proces uszlachetniania, który stabilizuje biociecze, dzięki czemu pozwala na ich przetwarzanie w istniejących rafineriach. W przeciwieństwie do tradycyjnych metod termochemicznych, metody elektrochemiczne opierają się na stosunkowo łagodnych warunkach, co zapewnia większą kontrolę nad procesem przetwarzania.
Rozwój elektrochemicznej produkcji biopaliw
Aby usprawnić przetwarzanie biocieczy w paliwa i substancje chemiczne, zespół skupił się na stabilizacji ługu czarnego i cieczy pirolitycznych. „W ramach projektu EBIO stosujemy metody elektrochemiczne w celu waloryzacji surowych biocieczy i poprawy ich wlaściwości - stabilności przechowywania i przydatności do procesów rafinacji”, wyjaśnia Roman Tschentscher, koordynator projektu EBIO. Właściwości ługu czarnego sprawiają, że może być bezpośrednio przetwarzany elektrochemicznie, natomiast ciecze pirolityczne wymagają wcześniejszego frakcjonowania. „Ług czarny ma odpowiednie właściwości elektrolityczne pod względem lepkości, zawartości soli i ligniny, w związku z czym może być bezpośrednio dostarczany do elektrolizera. W przypadku cieczy pirolitycznych, osiągnięcie selektywnego przetwarzania związków docelowych wymaga wcześniejszego frakcjonowania na strumienie lignitowe i celulozowe/hemicelulozowe”, wyjaśnia Tschentscher. Aby zoptymalizować proces, zespół projektu EBIO opracował zaawansowane protokoły analizy biocieczy, zapewniając większą kontrolę nad reakcjami i maksymalizując wydajność produkcji biopaliw.
Przełom w zakresie wydajnej rafinacji elektrochemicznej
Ważnym kamieniem milowym była weryfikacja skuteczności elektrod diamentowych z domieszką boru, które okazały się mieć doskonałe osiągi w procesie przetwarzania biocieczy. Zespół wykazał, że biociecze poddane tej obróbce mogą być przetwarzane razem z konwencjonalnymi paliwami, co umożliwia wykorzystanie infrastruktury w postaci istniejących rafinerii. To odkrycie ma kluczowe znaczenie, umożliwia bowiem bezpośrednie przetwarzanie biosurowców w rafineriach bez konieczności wprowadzania rozległych modyfikacji. Ponadto dzięki zapewnieniu, że poddane obróbce biociecze spełniają specyfikacje branżowe, zespół projektu EBIO dokłada istotny argument przemawiający za wdrożeniem technologii elektrochemicznego ulepszania surowca na szeroką skalę. Zastosowanie tego podejścia daje możliwość zmiany przeznaczenia istniejących rafinerii przy jednoczesnym zmniejszeniu kosztów związanych z przejściem na bardziej zrównoważone metody produkcji paliw. W przypadku wdrożenia na szeroką skalę, proces elektrochemiczny opracowany w ramach projektu EBIO może przyczynić się do produkcji nawet 61 milionów ton biopaliw rocznie, znacząco przyczyniając się do zrównoważonego zaopatrzenia Europy w energię.
Efektywność energetyczna i ekologia
Jedną z najważniejszych zalet elektrochemicznego wzbogacania biocieczy jest efektywność energetyczna procesu. Sam proces eliminuje potrzebę oddzielnej produkcji wodoru, dzięki czemu rozwiązanie jest bardziej kompaktowe i zrównoważone. „Wzbogacanie elektrochemiczne wykorzystuje energię elektryczną do produkcji reaktywnych jonów tlenu i wodoru poprzez rozszczepianie wody. Reagują one z frakcjami biocieczy w tym samym elektrolizerze. Koszyk energetyczny, od którego zależą dostawy energii elektrycznej na potrzeby procesu, jest kluczowym czynnikiem determinującym zrównoważony charakter procesu”, wyjaśnia Tschentscher. Aby zapewnić minimalną emisję dwutlenku węgla, instalacja może być zasilana z odnawialnych źródeł energii, takich jak wiatr, energia słoneczna lub wodna. Podejście to jest zgodne z europejskimi celami w zakresie dekarbonizacji sektora energetycznego - dzięki niemu biopaliwa są bardziej zrównoważone i ekologiczne.
Przygotowania do wdrożenia na szeroką skalę
Sukces projektu EBIO opierał się na współpracy w całym łańcuchu wartości biopaliw. Projekt połączył dostawców surowców, zespoły rozwijające technologie i rafinerie, co pozwoliło zapewnić optymalizację każdego etapu procesu pod kątem wdrożenia przemysłowego. „Już podczas pisania wniosku dotyczącego projektu EBIO małe zespoły złożone z dwóch lub trzech partnerów powstały naturalnie - wszystko to dzięki wzajemnemu dopełnianiu się pod względem kompetencji, infrastruktury i zainteresowań”, mówi Tschentscher. Wspierając międzysektorową wymianę wiedzy, projekt wzmocnił partnerstwa między instytucjami badawczymi a interesariuszami branżowymi. Kluczową zaletą technologii opracowanej przez zespół projektu EBIO jest możliwość jej bezproblemowej integracji z istniejącymi rafineriami. „Biorafinerie, zwłaszcza celulozownie, poświęciły ostatnie dziesięciolecia na optymalizację swojej działalności. Elektrochemiczne przetwarzanie surowych biocieczy w trakcie ich produkcji i w warunkach typowych dla biorafinerii znacznie zwiększy zainteresowanie celulozowni i innych biorafinerii dalszym zwiększaniem skali i komercjalizacją”, zauważa Tschentscher. Wykorzystanie w projekcie katalizatorów opartych na metalach nieszlachetnych i nowych procesów separacji jeszcze bardziej poprawiło rentowność rozwiązania. Wszystkie te osiągnięcia sprawiają, że ulepszanie biocieczy staje się bardziej opłacalne, wzmacniając potencjał skalowalnego, zrównoważonego rozwiązania w zakresie biopaliw opracowanego w ramach projektu EBIO.
Słowa kluczowe
EBIO, biociecze, ług czarny, piroliza, biorafinerie, elektrochemia, zrównoważony rozwój, rafinerie, biopaliwo
