Biomassa är mycket mer komplex än konventionell råvara och utvecklingen av de nödvändiga katalysatorerna är traditionellt en lång och komplicerad process. För att Europa ska nå sitt långsiktiga mål att minska utsläppen av växthusgaser med 80-95 % till 2050, kostnadseffektiv omvandling av biomassa till bränslen är avgörande.

Det EU-finansierade FASTCARD-projektet använde två olika vägar för att uppfylla europeiska åtaganden för produktion av avancerade biobränslen. Den första gällde "förtätning" av biomassa och är närmast att konkurrera ekonomiskt med fossila bränslen, medan den andra använde förgasning av biomassa, vilket kan vara ekonomiskt utmanande på kort sikt. "Initiativet integrerade grundläggande teoretiska studier och insikter som utförts på molekylär nivå med modeller och experimentella aktiviteter som utförts i pilotskala, " säger projektkoordinatorn Dr. Duncan Akporiaye.

Forskning möjliggjorde kortsiktig och långsiktig implementering av avancerad biobränsleproduktion baserad på snabb och riskminskande industrialisering av nanokatalytiska processer via vätskebaserade och gasbaserade värdekedjor. Konsortiet kombinerade det med mikrokinetisk och processdesignnivåmodellering för att bättre förstå mekanismerna och ekonomin bakom dessa processer. "Dessa modeller kommer att hjälpa till att identifiera lovande nästa generations katalysatorer, såväl som i uppskalningen från laboratoriet till industriell skala, " förklarar Dr. Akporiaye.

Förbättrad prestanda

Forskare utvecklade en ny "rationell design" för nanokatalysatorer baserad på skalbara matematiska och fysiska modeller. Detta användes för att förutsäga prestandan hos bioråvaror för bättre kontroll. De skapade också industriellt relevanta, insiktsfulla nedskalningsmetoder för att utvärdera effekten av olika bioråvaror på katalysatorprestanda. Enligt Dr Akporiaye:"Mikro-kinetiska modeller kan tillämpas på de fyra stora stegen i de två vägarna till avancerade bränslen."

Projektpartners tog upp de viktigaste utmaningarna som påverkar effektiviteten och implementeringen av de fyra nyckelkatalytiska stegen i biobaserade processer. De inkluderade att förbättra selektiviteten och stabiliteten vid hydrobehandling (HT) och öka biooljehalten co-fluid catalytic cracking (co-FCC), som båda bildar den flytande värdekedjan. Användning av HT hjälpte till att utveckla en ny generation av katalysatorer för att producera en co-feed till befintliga FCC-enheter, därigenom minimeras den totala behandlingsnivån. Utmaningarna inkluderade katalysatorprestanda för att sänka väteförbrukningen, tryck och temperatur för att förbättra hållbarheten och öka selektiviteten i förhållande till syreavlägsnande.

Co-FCC-steget kunde sambearbeta biofoder och råoljedestillat i FCC-enheter, uppvisar liknande eller bättre prestanda än en toppmodern FCC-katalysator, genom att maximera innehållet i foderblandningen. Den nya katalysatorn bör matcha specifikationerna för hydrotermisk stabilitet och minska användningen av strategiska resurser som sällsynta jordartsmetaller och ädelmetaller med minst 20 %.

Minskad risk

Forskare valde och testade också katalysatorer för reformering av kolväten (HC) under realistiska förhållanden för att producera syngas från biomassa och undersökte effekten av nickel och/eller palladium med järn på katalytiska egenskaper. Dessutom, det koldioxidtoleranta Fischer Tropsch-steget användes för att utveckla nya katalysatorer inriktade på små delokaliserade 500-3 000 fat per dag biomassa-till-vätskebränsle-anläggningar, vilket förbättrade C5+ HC -selektivitet och stabilitet för att arbeta vid högre temperaturer, under fluktuerande syngasförhållanden. Detta resulterade i ökad produktivitet, större energibesparingar och minskade investeringar.

FASTCARD ger större förståelse för processen i pilotskala för de två nyckelvägarna till avancerade biobränslen. "Projektet kommer att hjälpa deltagande företag att översätta de experimentella resultaten som tidigare utförts i labbskala till pilotskalan, därigenom minska riskerna och osäkerheterna i samband med att vi ska gå mot full kommersialisering, " påpekar Dr. Akporiaye.