ВизиЯ Наука и технологии Химики нашли способ производства реактивного топлива из н-бутена

Химики нашли способ производства реактивного топлива из н-бутена

Американские инженеры запатентовали технологию преобразования спирта, полученного из возобновляемых или промышленных отходов, в реактивное топливо. Исследования проводились Тихоокеанской северо-западной национальной лабораторией Министерства энергетики США при участии Университета штата Орегон и экспертов по рециркуляции углерода из компании LanzaTech.

Химики нашли способ, как преобразовать спирт в реактивное топливо

Две ключевые технологии обеспечивают работу энергоэффективных установок по производству реактивного топлива.

Одноэтапное химическая реакция упрощает многоэтапный процесс. Новый катализатор, запатентованный PNNL, превращает этанол в универсальный "платформенный" химикат под названием н-бутен. Микроканальная конструкция реактора еще больше снижает затраты, обеспечивая масштабируемую модульную систему переработки.

Новый технологический процесс позволит выпускать полезные химические вещества, сохраняя некоторые экологические ниши.

В настоящее время н-бутен производится из ископаемого сырья с помощью энергоемкого крекинга. Новая технология снижает выбросы углекислого газа за счет использования возобновляемого или переработанного углеродного сырья. Используя устойчиво полученный н-бутен в качестве отправной точки, можно и далее очищать химическое вещество для различных коммерческих применений, включая производство дизельного и реактивного топлива, а также промышленных смазочных материалов.

"Биомасса является сложным источником возобновляемой энергии из-за ее высокой стоимости. Кроме того, масштабы биомассы обуславливают необходимость создания небольших перерабатывающих заводов", - говорит Ванесса Дагл, соавтор исследования, результаты которого были опубликованы в журнале ACS Catalysis.

"Мы снизили сложность и повысили эффективность процесса, одновременно снизив капитальные затраты. После демонстрации модульной переработки этот подход предлагает реальный вариант для локализованного производства энергии".

Реактивное топливо от микро до макро

В рамках исследовательского проекта PNNL в партнерстве с Университетом штата Орегон запатентовали процесс химической конверсии в микроканальных реакторах, созданных с использованием технологии 3D-печати. Таким образом были созданы плиссированные соты мини-реакторов, которые значительно увеличивают объем сырья, доступный для реакции.

Новая технология позволяет создать реактивное топливо из промышленных спиртов

"Возможность использования новых технологий аддитивного производства из нескольких материалов для объединения производства микроканалов и катализаторов с высокой площадью поверхности в один технологический этап поможет значительно снизить стоимость самих реакторов", - говорит ведущий исследователь Брайан Пол.

"Благодаря недавним достижениям в области методов производства микроканалов и связанного с этим снижения стоимости, мы считаем, что пришло время адаптировать эту технологию для новых коммерческих применений биоконверсии", - указывает Роберт Дагл, также участвующий в исследовании.

Микроканальная технология позволит строить биореакторы коммерческого масштаба вблизи сельскохозяйственных центров, где производится большая часть биомассы. Одним из самых значительных препятствий для использования биомассы в качестве топлива является необходимость ее транспортировки на крупные централизованные производственные предприятия.

"Модульная конструкция сокращает время и риск, необходимые для развертывания реактора, - говорит Роберт Дагл. - Модули можно будет добавлять со временем по мере роста спроса. Мы называем это увеличением масштаба за счет нумерации".

Запатентованная технология LanzaTech преобразует богатые углеродом отходы сталелитейной и нефтяной промышленности в этанол.

Тестовый реактор будет потреблять этанол, эквивалентный 500 кг биомассы в день. Компания LanzaTech уже увеличила масштабы первого поколения технологии PNNL для производства реактивного топлива из этанола и создала новую компанию LanzaJet для коммерциализации LanzaJet™ Alcohol-to-Jet. Текущий проект представляет собой следующий шаг в рационализации этого процесса, обеспечивая при этом дополнительные потоки продукции из н-бутена.

Настраиваемый процесс

После первых экспериментов команда продолжала совершенствовать процесс. Когда этанол пропускают над твердым катализатором на основе циркония серебра, укрепленным на кремнеземе, он осуществляет основные химические реакции, которые превращают этанол либо в н-бутен, либо, при некоторых изменениях условий реакции, в бутадиен.

Но что еще более важно, после длительных испытаний катализатор остается стабильным.

В дальнейшем исследовательская группа показала, что если катализатор теряет активность, его можно регенерировать с помощью простой процедуры удаления кокса - твердого углеродного покрытия, которое образуется через некоторое время. Для расширения масштаба будет использована еще более эффективная, обновленная формула катализатора.

"Мы открыли концепцию этой каталитической системы, которая является высокоактивной, селективной и стабильной, - говорит Ванесса Дагл. - Регулируя давление и другие переменные, мы можем настроить систему на получение либо бутадиена - строительного блока для синтетического пластика или каучука, либо н-бутена, который подходит для производства реактивного топлива или таких продуктов, как синтетическая смазка. После нашего первого открытия другие исследовательские институты также начали изучать этот новый процесс".