İçerik: Daha Hızlı ve Daha Ucuz Etanolden Jet Yakıtı Geliyor
Daha Hızlı ve Daha Ucuz Etanolden Jet Yakıtı Geliyor. Yenilenebilir veya endüstriyel atık gazlardan elde edilen alkolü jet veya dizel yakıta dönüştürmek için patentli bir süreç, Oregon Eyalet Üniversitesi’ndeki ortakların ve LanzaTech’teki karbon geri dönüşüm uzmanlarının yardımıyla ABD Enerji Bakanlığı’nın Pasifik Kuzeybatı Ulusal Laboratuvarı’nda yaygınlaştırılıyor.
Enerji açısından verimli yakıt üretim birimlerine iki temel teknoloji güç sağlar.
Tek adımlı bir kimyasal dönüşüm, şu anda çok adımlı bir süreci kolaylaştırır. Yeni PNNL patentli katalizör, biyoyakıtı (etanol) doğrudan n-büten adı verilen çok yönlü bir “platform” kimyasalına dönüştürür. Bir mikro kanal reaktör tasarımı, ölçeklenebilir bir modüler işleme sistemi sunarken maliyetleri daha da düşürür.
Yeni süreç, yenilenebilir ve atık kaynaklı etanolün faydalı kimyasallara dönüştürülmesi için daha verimli bir yol sağlayacaktır. Şu anda, n-büten, büyük moleküllerin enerji yoğun olarak parçalanması veya parçalanması yoluyla fosil bazlı hammaddelerden üretilmektedir. Yeni teknoloji, yenilenebilir veya geri dönüştürülmüş karbon hammaddeleri kullanarak karbondioksit emisyonlarını azaltır. Başlangıç noktası olarak sürdürülebilir şekilde türetilmiş n-büten kullanan mevcut prosesler, kimyasalı dizel ve jet yakıtları ve endüstriyel yağlayıcılar dahil olmak üzere çok sayıda ticari kullanım için daha da iyileştirebilir.
“Biyokütle, yüksek maliyeti nedeniyle zorlu bir yenilenebilir enerji kaynağıdır. Ek olarak, biyokütle ölçeği, daha küçük, dağıtılmış işleme tesislerine olan ihtiyacı artırıyor” dedi. “Sürecin karmaşıklığını azalttık ve verimliliği iyileştirdik, aynı zamanda sermaye maliyetlerini de düşürdük. Modüler, ölçeklendirilmiş işleme bir kez gösterildiğinde, bu yaklaşım yerelleştirilmiş, dağıtılmış enerji üretimi için gerçekçi bir seçenek sunuyor.”
Mikrodan makroya jet yakıtı
PNNL, ticarileştirmeye yönelik bir sıçramada, patentli kimyasal dönüştürme sürecini yeni geliştirilen 3D baskı teknolojisi kullanılarak inşa edilen mikro kanal reaktörlerine entegre etmek için Oregon Eyalet Üniversitesi’nde uzun süredir ortak çalışanlarla ortaklık kuruyor. Eklemeli üretim olarak da adlandırılan 3D baskı, araştırma ekibinin reaksiyon için mevcut olan etkin yüzey-alan-hacim oranını büyük ölçüde artıran pileli bir mini reaktör peteği oluşturmasına olanak tanır.
OSU baş araştırmacısı Brian Paul, “Mikro kanalların üretimini yüksek yüzey alanlı katalizör destekleriyle tek bir işlem adımında birleştirmek için yeni çok malzemeli eklemeli üretim teknolojilerini kullanma yeteneği, bu reaktörlerin maliyetlerini önemli ölçüde azaltma potansiyeline sahip” diyor. . “Bu çabada PNNL ve LanzaTech ile ortak olmaktan heyecan duyuyoruz.”
Robert Dagle, biyokütle dönüşümünden elde edilen bir şişe yakıt tutuyor. (Fotoğraf: Andrea Starr |Pasifik Kuzeybatı Ulusal Laboratuvarı)
Araştırmanın yardımcı araştırmacılarından Robert Dagle, “Mikro kanal üretim yöntemlerindeki son gelişmeler ve buna bağlı maliyet düşüşleri nedeniyle, bu teknolojiyi yeni ticari biyo-dönüşüm uygulamalarına uyarlamanın zamanının geldiğine inanıyoruz” dedi.
Mikrokanal teknolojisi, ticari ölçekli biyoreaktörlerin, çoğu biyokütlenin üretildiği tarım merkezlerinin yakınında inşa edilmesine izin verecektir. Biyokütleyi yakıt olarak kullanmanın önündeki en büyük engellerden biri, onu büyük, merkezi üretim tesislerine uzun mesafelere taşıma ihtiyacıdır.
Robert Dagle, “Modüler tasarım, bir reaktörü yerleştirmek için gereken süreyi ve riski azaltır” dedi. “Talep arttıkça modüller zamanla eklenebilir. Bu ölçeği numaralandırarak adlandırıyoruz. ”
Dörtte bir ticari ölçekli test reaktörü, OSU ile ortaklaşa geliştirilen yöntemler kullanılarak 3D baskı ile üretilecek ve PNNL’nin Richland, Wash. kampüsünde işletilecek.
Test reaktörü tamamlandığında, PNNL ticari ortağı LanzaTech, süreci beslemek için etanol tedarik edecek. LanzaTech’in patentli süreci, çelik üretimi, petrol arıtma ve kimyasal üretim gibi endüstriler tarafından üretilen karbon açısından zengin atıkları ve kalıntıların yanı sıra ormancılık ve tarımsal kalıntıların ve belediye atıklarının gazlaştırılmasıyla üretilen gazları etanole dönüştürür.
Test reaktörü günde yarım kuru ton biyokütleye eşdeğer etanol tüketecektir. LanzaTech, etanolden jet yakıtı üretimi için ilk nesil PNNL teknolojisini şimdiden büyüttü ve LanzaJet™ Alkolden Jete’yi ticarileştirmek için yeni bir şirket olan LanzaJet’i kurdu. Mevcut proje, n-bütenden ek ürün akışları sağlarken, bu süreci düzene sokmanın bir sonraki adımını temsil ediyor.
LanzaTech CEO’su Jennifer Holmgren, “PNNL, LanzaTech yan şirketi LanzaJet’in geliştirilmekte olan birden fazla tesiste kullandığı etanolden jete teknolojisinin geliştirilmesinde güçlü bir ortak olmuştur” dedi. “Etanol, çeşitli sürdürülebilir kaynaklardan gelebilir ve bu nedenle sürdürülebilir havacılık yakıtı için giderek daha önemli bir hammaddedir. Bu proje, havacılık sektörünün karbondan arındırılmasına yönelik bu önemli yola fayda sağlayabilecek alternatif reaktör teknolojisi için büyük umut vaat ediyor.”
Ayarlanabilir bir süreç
Ekip, ilk deneylerinden bu yana süreci mükemmelleştirmeye devam etti. Etanol, bir silika üzerinde desteklenen katı bir gümüş-zirkonya bazlı katalizörden geçirildiğinde, etanolü n-buten’e veya reaksiyon koşullarında bazı değişikliklerle bütadiyene dönüştüren temel kimyasal reaksiyonları gerçekleştirir.
Ancak daha da önemlisi, uzun süreli çalışmalardan sonra katalizör stabil kalır. Bir takip çalışmasında, araştırma ekibi, katalizör aktivitesini kaybederse, zamanla birikebilen sert karbon bazlı bir kaplama olan kok kömürü çıkarmak için basit bir prosedürle yeniden üretilebileceğini gösterdi. Ölçek büyütme için daha da verimli, güncellenmiş bir katalizör formülasyonu kullanılacaktır.
Vanessa Dagle, “Son derece aktif, seçici ve kararlı olan bu katalize sistem konseptini keşfettik” dedi. “Basıncı ve diğer değişkenleri ayarlayarak, sistemi, sentetik plastik veya kauçuk için bir yapı taşı olan bütadien veya jet yakıtları veya sentetik yağ gibi ürünler yapmak için uygun olan bir n-büten üretecek şekilde de ayarlayabiliriz. İlk keşfimizden bu yana, diğer araştırma kurumları da bu yeni süreci keşfetmeye başladı.”
Vanessa Dagle ve Robert Dagle’a ek olarak, katalizör geliştirme ekibi PNNL araştırmacıları Austin Winkelman, Nicholas Jaegers, Johnny Saavedra-Lopez, Jianzhi Hu, Mark Engelhard, Sneha Akhade, Libor Kovarik, Vassilliki-Alexandra Glezakou, Roger Rousseau ve Yong Wang’ı içeriyordu. Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı’ndan kıdemli bilim adamı Susan Habas da katkıda bulundu. PNNL personeli bilim adamları Ward TeGrotenhuis, Richard Zheng ve Johnny Saavedra-Lopez, mikrokanal teknolojisinin geliştirilmesine katkıda bulundu.
Kimyasal konuşma araştırması, Biyoenerji Teknoloji Ofisi (BETO) tarafından desteklenen Biyoenerji için Kimyasal Kataliz (ChemCatBio) Konsorsiyumu dahilinde ABD Enerji Bakanlığı (DOE), Enerji Verimliliği ve Yenilenebilir Enerji Ofisi tarafından desteklenmiştir. ChemCatBio, biyokütle ve atık kaynaklarının yakıtlara, kimyasallara ve malzemelere dönüştürülmesine yönelik kataliz zorluklarını belirlemeye ve üstesinden gelmeye adanmış bir DOE ulusal laboratuvar liderliğindeki araştırma ve geliştirme konsorsiyumudur. Kamu-özel, ölçek büyütme ortaklığı, DOE-BETO ve Oregon Eyaleti Üniversite İnovasyon Araştırma Fonu tarafından destekleniyor.