En ny enfaskatalysator som möjliggör omvandling av förnybart och avfallskol till hållbara dieselbränslen har utvecklats genom ett unikt samarbete mellan National Renewable Energy Laboratory (NREL) och två U.S. Department of Energy (DOE) konsortier, Chemical Catalysis for Bioenergy (ChemCatBio) och initiativet Co-Optimization of Fuels &Engines (Co-Optima).

Forskare använde reduktiv företringskemi för att omvandla alkohol- och ketonsubstrat som härrör från mikrobiella karboxylsyror till ett eterbioblandningsmaterial för användning när det blandas i konventionellt dieselbränsle. Den första kontinuerliga katalytiska processen i sitt slag utformades för att minska produktionskostnaderna i förhållande till batchkemi, den tidigare senaste tekniken. I kombination med det nya bränslets potentiella infrastrukturkompatibilitet och minskade växthusgasutsläpp i förhållande till fossil diesel, det minskar avsevärt riskerna med att introducera en ny teknik. Mer viktigt, med ökande efterfrågan på diesel, detta bränsle kan hjälpa till att möta det behovet på ett hållbart sätt.

En färsk artikel om Green Chemistry om forskningen, "Enfaskatalys för reduktiv företring av dieselbioblandningar, " expanderar på tidigare arbete med att utveckla högpresterande dieselbiobränslen. Förra hösten, NREL och Co-Optima identifierade ett lovande nytt bioblandningsmaterial, 4-butoxiheptan, som använder syret i biomassa för att skapa ett dieselbränsle med högre prestanda. Den reduktiva företringsprocessen använder en enfaskatalysator för att producera 4-butoxiheptan mer effektivt.

"Med denna forskning, vi försökte göra en ny biobränsleomvandlingsprocess som är relevant och tillämplig på förnybar och avfall-till-energiteknik, " förklarade Derek Vardon, en NREL-forskare och en av författarna till artikeln.

NREL är en ledande expert på att utveckla katalytiska processer för förnybara råvaror, men detta projekt var första gången som forskare optimerade en enfaskatalysator specifikt för att utveckla ett förnybart bränsle genom reduktiv företring. Forskare ställdes inför nya utmaningar med denna ansträngning, eftersom katalysatorn måste utföra två samtidiga funktioner, blanda en metallplats och syraplats i en process. En kommersiell industripartner hjälpte teamet med att få rätt mängd surhet i katalysatorstödet, medan forskargruppen vände sig till nanopartiklar av palladiummetall för att kemiskt koppla samman molekylerna.

En lovande egenskap hos enfaskatalysatorn är dess regenerativa egenskaper. Medan processkemin ger ett rent brinnande biobränsle med ett lågt sotningsindex, anmärkningsvärt är också katalysatorns stabilitet över tid, till och med bli mer aktiv när den regenereras. Hög stabilitet är avgörande för industriella katalysatorer som måste hålla i flera år för att vara ekonomiska och miljömässigt hållbara.

Forskare fortsätter att studera och förbättra denna process. Även om palladium är effektivt, det är också dyrt. Teamet undersöker palladiums funktion för att avgöra hur mycket av den ädla metallen som behövs. Dessutom, forskare testar hur katalysatorn fungerar med mer komplexa avfallsmaterial som producerar en blandning av etrar förutom 4-butoxiheptan.

"Vi tror att vi har en god förståelse för varför vi behöver palladiummetallplatserna vara större för att rymma kopplingskemin, " Vardon sa. "Vårt nästa steg är att samarbeta med Argonne National Laboratory för att ta en atomistisk titt på vad som händer på ytan för att hjälpa oss att designa nästa högpresterande, lågkostnadskatalysatormaterial. Genom att utnyttja de unika tekniska och analysmöjligheterna i det nationella labbsystemet, vi löser kritiska utmaningar för att hjälpa biobränslen att bli marknadsanpassade."