Yeni Proses, Lignin Biyo-Yağını Yeni Nesil Yakıt Olarak Güçlendiriyor
Linyin biyo-yağını hidrokarbonlara yükseltmek için yeni bir düşük sıcaklıklı çok aşamalı süreç, ağaçlardan ve diğer odunsu bitkilerden elde edilen selüloz ve biyoetanol üretiminden arta kalan bir atık ürün olan lignin kullanımının yaygınlaştırılmasına yardımcı olabilir.
Georgia Teknoloji Enstitüsü’ndeki araştırmacılar, süperasit ve platin parçacıklarından oluşan ikili bir katalizör sistemi kullanarak, hidrojen ekleyebileceklerini ve lignin biyo-yağından oksijeni çıkarabileceklerini, bu da yağı bir yakıt ve kimyasal hammadde kaynağı olarak daha kullanışlı hale getirebileceklerini gösterdi. Alışılmadık bir hidrojen döngüsüne dayanan işlem, düşük sıcaklıkta ve ortam basıncında yapılabilir, bu da yükseltmenin pratikliğini artırır ve ihtiyaç duyulan enerji girdisini azaltır.
Georgia Tech’in Kimya ve Biyomoleküler Mühendisliği Okulu ve Yenilenebilir BiyoÜrünler Enstitüsü’nde profesör olan Yulin Deng, “Çevresel ve sürdürülebilirlik açısından insanlar biyokütleden üretilen yağı kullanmak istiyor” dedi. “Kağıt ve biyoetanol üretiminden dünya çapında lignin üretimi yılda 50 milyon tondur ve bunun% 95’inden fazlası ısı üretmek için basitçe yakılır. Laboratuvarım düşük moleküler ağırlıklı lignin bileşiklerini ticari olarak uygun hale getirmek için iyileştirmek için pratik yöntemler arıyor. yüksek kaliteli biyoyakıt ve biyokimyasallar. ”
Süreç 7 Eylül’de Nature Energy dergisinde anlatıldı . Araştırma, Georgia Tech’deki Yenilenebilir Biyoürünler Enstitüsü tarafından desteklendi.
Selüloz, hemiselülozlar ve lignin, ağaçlardan, otlardan ve diğer biyokütle malzemelerinden çıkarılır. Selüloz kağıt, etanol ve diğer ürünlerin yapımında kullanılır, ancak bitkilere güç veren karmaşık bir malzeme olan lignin büyük ölçüde kullanılmaz çünkü gazyağı için başlangıç noktası görevi görebilecek düşük viskoziteli yağlara parçalanması zordur veya dizel yakıt.
400 santigrat derecenin üzerindeki sıcaklıklarda yapılan piroliz teknikleri, ligninden fenoller gibi biyo-yağlar oluşturmak için kullanılabilir, ancak yağlar yeterli hidrojenden yoksundur ve yakıt olarak kullanılamayacak kadar çok oksijen atomu içerir. Bu sorunu çözmeye yönelik mevcut yaklaşım, hidrojenin eklenmesini ve hidrodeoksijenasyon olarak bilinen katalitik bir işlemle oksijenin uzaklaştırılmasını içerir. Ancak bu işlem artık ortam sıcaklığından on kat daha yüksek yüksek sıcaklıklar ve basınçlar gerektiriyor ve platin katalizörün verimliliğini hızla azaltan kömür ve katran üretiyor.
Deng ve meslektaşları, bir hidrojen tampon katalitik sistemi kullanarak hidrojeni ekleyecek ve yağ monomerlerinden oksijeni çıkaracak yeni bir çözelti bazlı süreç geliştirmeye başladılar. Hidrojenin suda çok sınırlı çözünürlüğe sahip olması nedeniyle, çözeltideki lignin biyoyakıtının hidrojenasyonu veya hidrodeoksijenasyon reaksiyonu çok zordur. Deng’in grubu , hem bir hidrojen transfer ajanı hem de hidrojen gazının gaz-sıvı ara fazından toplu çözeltiye geri dönüşümlü bir hidrojen ekstraksiyonu yoluyla aktarılmasına yardımcı olan reaksiyon katalizörü olarak polioksometalat asidi (SiW 12 ) kullandı . İşlem daha sonra hidrojeni, karbon üzerinde platin nanopartikül yüzeyinde aktif bir tür H * olarak serbest bıraktı ve bu, hidrojenin düşük basınçta suda düşük çözünürlüğü sorununu çözdü.
Deng, ” Platin üzerinde, polioksometalat asit hidrojenden gelen yükü yakalayarak suda çözünür olan H + ‘ yı oluşturur , ancak yükler çözelti içinde aktif H * oluşturmak için tersine H +’ ya geri aktarılabilir ,” dedi. Görünen bir sonuç olarak, hidrojen gazı, çözelti içindeki lignin yağı ile doğrudan reaksiyona girebilen aktif H * oluşturmak için su fazına aktarılır.
Olağandışı hidrojen döngüsünün ikinci bölümünde, polioksometalat asit, oksijeni biyo-yağ monomerlerinden uzaklaştırma aşamasını belirler.
Deng, “Süper asit, oksijeni gidermek için gereken aktivasyon enerjisini azaltabilir ve aynı zamanda çözeltide, yağ molekülleri üzerinde reaksiyona giren daha aktif hidrojen H * ‘ye sahip olursunuz” dedi. “Çözeltide, katalizörün yüzeyinde aktif hidrojen atomu H * ve lignin yağı ile hızlı bir reaksiyon vardır. Hidrojenin polioksometalat ile H + oluşturmak için ve ardından platin katalizör yüzeyinde hidrojen atomu H * ile tersine çevrilebilir reaksiyonu benzersizdir. tersinir döngü. ”
Platin parçacıkları ve polioksometalat asit, verimliliği düşürmeden çok sayıda döngü için yeniden kullanılabilir. Araştırmacılar ayrıca, lignin yağının hidrojenasyonunun ve hidrodeoksijenasyonunun verimliliğinin, yağdaki spesifik monomerlere bağlı olarak değiştiğini buldular.
Deng, “Piroliz ile üretilen 15 veya 20 farklı molekülü test ettik ve dönüşüm verimliliğinin alt uçta yüzde 50’den üst uçta yüzde 99’a kadar değiştiğini gördük,” dedi. “Enerji girdi maliyetini karşılaştırmadık, ancak dönüşüm verimliliği, benzer düşük sıcaklık, düşük hidrojen basıncı koşullarında bildirilenden en az on kat daha iyiydi.”
Daha düşük sıcaklıklarda (100 santigrat derecenin altında) çalışmak, platin katalizörde kömür ve katran oluşumu sorununu azalttı. Deng ve meslektaşları, katalitik aktivitede bozulma olmadan aynı platini en az on kez kullanabileceklerini keşfettiler.
Önümüzdeki zorluklar arasında, farklı metal katalizör sistemi kullanarak ürün seçiciliğini iyileştirmek ve solüsyondaki farklı lignin biyokimyasallarının ayrılması ve saflaştırılması için yeni teknikler geliştirmek bulunmaktadır. Platin pahalıdır ve diğer uygulamalar için yüksek talep görmektedir, bu nedenle daha düşük maliyetli bir katalizör bulmak, sürecin genel pratikliğini artırabilir ve belki de onu daha seçici hale getirebilir.
Biyo bazlı yağlara olan talebi karşılamaya yardımcı olurken, yeni teknik, genellikle sadece ısı üretmek için yakılan lignin için potansiyel bir gelir akışı sağlayarak orman ürünleri, kağıt ve biyoetanol endüstrilerine de fayda sağlayabilir.
“Küresel lignin pazar büyüklüğünün 2019’da 954,5 milyon dolar olduğu tahmin ediliyordu; bu, küresel olarak üretilen ligninin yalnızca çok küçük bir kısmı. Açıkçası, endüstri, lignini kimyasallara veya biyo-yağlara dönüştürerek bunun için daha fazla uygulama bulmak istiyor. , “Dedi. “Bu malzemenin daha iyi şekillerde kullanılması çevresel bir fayda da sağlayacaktır.”
Kaynak: phys.org
