Les tout nouveaux réacteurs à catalyseur et à microcanaux améliorent les performances et les coûts.
Un processus breveté pour convertir l’alcool trouvé à partir de gaz résiduaires renouvelables ou même industriels en jet ou même en carburant diesel a été étendu à la section américaine du Western National Laboratory de l’énergie en utilisant des partenaires de l’Université d’État d’Or ainsi que le recyclage du carbone. experts en LanzaTech.
2 technologies clés énergie les unités de production d’énergie économes en énergie.
Une conversion de substance chimique en une seule étape rationalise exactement ce qui est actuellement un processus en plusieurs étapes. Le nouveau Invite brevetée PNNL transforme le biocarburant (éthanol) directement en un produit chimique polyvalent appelé n-butène. Une conception de réacteur à microcanaux réduit encore les coûts tout en fournissant un système de traitement évolutif à faire soi-même.
Regardez quel type de catalyseur breveté PNNL, couplé à un réacteur à microcanaux unique, peut convertir l’éthanol en une substance chimique utile avec de multiples utilisations industrielles, y compris le carburant d’avion. Crédit : Clip vidéo d’Eric Francavilla ; Animation par Paul Perkins | Laboratoire national de l’Ouest
La nouvelle procédure fournirait une voie plus efficace pour transformer l’éthanol renouvelable et dérivé des déchets en produits chimiques utiles. Actuellement, le n-butène est produit à partir de matières premières d’origine fossile en utilisant le craquage – ou la décomposition – à forte intensité énergétique de grosses molécules. La technologie la plus récente réduit les émissions de dioxyde de carbone en utilisant des matières premières de carbone renouvelables ou réutilisées. En utilisant du n-butène dérivé de manière durable comme point de départ, les processus actuels peuvent affiner davantage la substance chimique pour de multiples utilisations industrielles, y compris les sources d’énergie diesel et à réaction, et les lubrifiants industriels.
« La biomasse est vraiment une source difficile d’énergie alternative en raison de son prix élevé. De plus, le niveau de disques durs de la biomasse nécessite des usines de traitement plus petites et dispersées », a déclaré Vanessa Dagle, co-chercheuse principale associée à l’étude de recherche originale , qui a été publié dans le journal Catalyse ACS . « Nous avons réduit la complexité particulière et amélioré l’efficacité de la procédure, tout en diminuant simultanément les coûts d’investissement. Dès que la digestion modulaire et à grande échelle a été démontrée, cette méthode offre une approche réaliste de la production d’électricité localisée et distribuée. ”
Jet essence micro à macro
Dans une étape vers la commercialisation, le PNNL s’associe à des collaborateurs de longue date de l’université ou du collège d’État de l’Oregon pour intégrer une procédure de conversion chimique brevetée dans des réacteurs à microcanaux construits à l’aide de la technologie de publication 3D récemment développée. Également appelée fabrication de conservateurs, la publication 3D permet au groupe de recherche de créer un nid d’abeilles plissé de mini-réacteurs qui augmentera considérablement le rapport surface-volume efficace facilement disponible pour la réaction.
« La possibilité d’utiliser de toutes nouvelles technologies de production d’additifs multi-matériaux pour combiner la fabrication particulière de microcanaux avec des supports rapides à grande surface en une seule étape de procédure a la possibilité de ralentir considérablement les coûts de ces réacteurs », explique le responsable de l’OSU. chercheur Jean-Paul. «Nous sommes généralement ravis d’être des compagnons avec PNNL et LanzaTech dans cette entreprise. ”
Robert Dagle tient un flacon de carburant issu de la conversion de la biomasse. Pointage de crédit : Photo par Andrea Starr |Laboratoire national du Pacifique Sud-Ouest
« En raison des avancées récentes dans les stratégies de fabrication de microcanaux et des réductions de prix associées, nous pensons que le moment est venu d’adapter cette technologie à de nouvelles applications commerciales de bioconversion », a déclaré Robert Dagle, co-investigateur principal de l’analyse.
La technologie des microcanaux permettrait de construire des bioréacteurs à l’échelle commerciale à proximité des installations agricoles où la plupart de la biomasse est produite. L’un des plus grands obstacles à l’utilisation de la biomasse pour l’essence est la nécessité de la transporter sur de longues distances vers de grandes usines de production centrales.
« Le style modulaire réduit la durée et les risques essentiels pour déployer un réacteur », a déclaré Robert Dagle. « Des modules peuvent être ajoutés au fil du temps car la demande augmente. Nous appelons tous cette taille par numérotation. ”
Le quart du réacteur d’essai à l’échelle commerciale sera produit par édition 3D à l’aide de méthodes créées en partenariat avec OSU et sera également exploité sur le campus de Richland, Wash. associé au PNNL.
Les mini-réacteurs à microcanaux augmentent considérablement l’efficacité de la conversion des substances chimiques des biocarburants. Crédit: Photo avec l’aimable autorisation de l’Oregon Condition University
Une fois le réacteur d’essai terminé, le partenaire industriel du PNNL LanzaTech donnera de l’éthanol pour alimenter le processus. Le processus de marque déposée de LanzaTech convertit les déchets et les résidus riches en carbone produits par les industries, par exemple la fabrication de l’acier, le raffinage des huiles essentielles et la production de substances chimiques, ainsi que le gaz généré par la gazéification de la foresterie, des résidus agricoles et des déchets municipaux directement en éthanol.
Le réacteur d’essai consommera de l’éthanol équivalant à jusqu’à la moitié de la biomasse sèche par jour. LanzaTech a déjà mis à l’échelle la première génération associée à la technologie PNNL destinée à la création de carburéacteur à partir d’éthanol et a formé une nouvelle entreprise, LanzaJet, pour commercialiser LanzaJet™ Alcohol-to-Jet. Le présent projet représente la prochaine phase de rationalisation qui traitera tout en offrant des avenues de produits supplémentaires à partir du n-butène.
« Le PNNL a été un partenaire solide dans la création de la technologie éthanol-jet que la société dérivée de LanzaTech, LanzaJet, utilisera dans plusieurs végétaux en cours de développement », a déclaré Jennifer Holmgren, PDG de LanzaTech. « L’éthanol peut provenir d’une sélection de sources durables et est donc une matière première de plus en plus essentielle destinée à l’essence d’aviation durable. Ce projet est très prometteur uniquement pour les technologies de réacteur alternatives qui pourraient avoir des avantages pour cette voie clé vers la décarbonation du secteur de l’aviation. ”
Un processus ajustable
Considérant que leurs premiers tests, l’équipe continue de perfectionner la procédure. Lorsque l’éthanol est certainement passé sur un puissant catalyseur à base d’argent-zircone soutenu sur une silice, cela effectue les réactions essentielles qui convertissent l’éthanol en n-butène ou, avec quelques ajustements aux situations de réaction, en butadiène.
Encore plus important encore, juste après des études de longue durée, le catalyseur particulier reste stable. Dans le cadre d’une étude de suivi , l’équipe de recherche a démontré que si le conducteur perdait son activité, il pouvait être régénéré par une procédure de base pour éliminer le coke, un revêtement dur à base de carbone qui peut s’accumuler avec le temps. Une formulation de catalyseur encore plus efficace et à jour va être utilisée pour la mise à l’échelle.
« Nous avons découvert l’idée de ce programme catalysé qui est hautement énergétique, sélectif et constant », a déclaré Vanessa Dagle. « En modifiant la pression ainsi que d’autres variables, nous pouvons en outre régler le système pour créer soit du butadiène, le bloc de construction du plastique ou du caoutchouc artificiels, soit un bon n-butène, ce qui est idéal pour fabriquer des sources d’énergie de jet ou des produits, par exemple un lubrifiant synthétique. . Compte tenu de notre conclusion initiale, d’autres instituts de recherche ont également commencé à explorer ce nouveau processus particulier. ”
En plus de Vanessa Dagle et Robert Dagle, l’équipe de développement rapide a incorporé les chercheurs du PNNL Austin tx Winkelman, Nicholas Jaegers, Johnny Saavedra-Lopez, Jianzhi Hu, Mark Engelhard, Sneha Akhade, Libor Kovarik, Vassilliki-Alexandra Glezakou, Roger Rousseau et Yong Wang . Une scientifique plus âgée, Susan Habas, du Laboratoire national des énergies alternatives, a également dirigé. Les chercheurs du PNNL Ward TeGrotenhuis, Rich Zheng et Ashton Saavedra-Lopez ont contribué au développement de la technologie des microcanaux.
L’analyse de la conversation chimique particulière a été soutenue par la section américaine de l’énergie (DOE), Workplace of Energy Efficiency plus Renewable Energy, au sein du Chemical substance Catalysis for Bioenergy (ChemCatBio) Consortium subventionné par le Bioenergy Technologies Office (BETO). ChemCatBio est un consortium de recherche et de développement dirigé par un laboratoire national du DOE et axé sur l’identification et la résolution des défis de la catalyse pour la conversion de la biomasse et des sources de déchets en carburants, substances chimiques et matériaux. La collaboration publique-privée particulière à l’échelle est soutenue simplement par le DOE-BETO et le compte de recherche sur l’innovation de l’université ou du collège de l’État de l’Oregon.
