Biomassa is veel complexer dan conventionele grondstof en de ontwikkeling van de benodigde katalysatoren is traditioneel een langdurig en gecompliceerd proces. Om ervoor te zorgen dat Europa zijn langetermijndoelstelling haalt om de uitstoot van broeikasgassen tegen 2050 met 80-95 % te verminderen, kosteneffectieve omzetting van biomassa naar brandstoffen is essentieel.

Het door de EU gefinancierde FASTCARD-project gebruikte twee verschillende routes om te voldoen aan de Europese verplichtingen voor de productie van geavanceerde biobrandstoffen. De eerste betrof het 'vloeibaar maken' van biomassa en komt het dichtst in de buurt van economisch concurreren met fossiele brandstoffen, terwijl de tweede gebruikte vergassing van biomassa, die op korte termijn economisch uitdagend kunnen zijn. "Het initiatief integreerde fundamentele theoretische studies en inzichten op moleculair niveau met modellen en experimentele activiteiten die op pilootschaal werden uitgevoerd, " zegt projectcoördinator Dr. Duncan Akporiaye.

Onderzoek maakte de implementatie op korte en lange termijn mogelijk van geavanceerde biobrandstofproductie op basis van de snelle en risicoverminderende industrialisatie van nanokatalytische processen via op vloeistof gebaseerde en op gas gebaseerde waardeketens. Het consortium combineerde het met microkinetische en procesontwerpniveaumodellering om de mechanismen en economie die ten grondslag liggen aan deze processen beter te begrijpen. "Deze modellen zullen helpen bij het identificeren van veelbelovende katalysatoren van de volgende generatie, evenals bij de opschaling van laboratorium naar industriële schaal, " legt Dr. Akporiaye uit.

Verbeterde prestatie

Onderzoekers ontwikkelden een nieuw 'rationeel ontwerp' voor nanokatalysatoren op basis van schaalbare wiskundige en fysieke modellen. Dit werd gebruikt om de prestaties van bio-grondstoffen te voorspellen voor een betere controle. Ze creëerden ook industrieel relevante, inzichtelijke downscaling-methodologieën voor het evalueren van de impact van diverse bio-grondstoffen op de prestaties van katalysatoren. Volgens Dr. Akporiaye:"De microkinetische modellen kunnen worden toegepast op de vier belangrijkste stappen van de twee routes naar geavanceerde brandstoffen."

Projectpartners hebben de belangrijkste uitdagingen aangepakt die van invloed zijn op de efficiëntie en implementatie van de vier belangrijkste katalytische stappen in biobased processen. Ze omvatten het verbeteren van de selectiviteit en stabiliteit bij hydrobehandeling (HT) en het verhogen van het bio-oliegehalte van co-vloeistof katalytisch kraken (co-FCC), die beide de vloeibare waardeketen vormen. Het gebruik van HT hielp bij de ontwikkeling van een nieuwe generatie katalysatoren om een ​​co-feed te produceren voor bestaande FCC-eenheden, waardoor het algehele behandelingsniveau wordt geminimaliseerd. Uitdagingen waren onder meer de prestaties van de katalysator bij het verlagen van het waterstofverbruik, druk en temperatuur om de duurzaamheid te verbeteren en de selectiviteit met betrekking tot zuurstofverwijdering te verhogen.

De co-FCC-stap was in staat om biofeeds en ruwe oliedestillaten samen te verwerken in FCC-eenheden, vergelijkbare of betere prestaties vertonen dan een state-of-the-art FCC-katalysator, door de inhoud van het voermengsel te maximaliseren. De nieuwe katalysator moet voldoen aan de specificaties voor hydrothermische stabiliteit en het gebruik van strategische hulpbronnen zoals zeldzame aardmetalen en edele metalen met ten minste 20 % verminderen.

Verminderd risico

Wetenschappers hebben ook koolwaterstof (HC) reforming katalysatoren geselecteerd en getest onder realistische omstandigheden voor het produceren van syngas uit biomassa en onderzochten het effect van nikkel en/of palladium met ijzer op katalytische eigenschappen. In aanvulling, de koolstofdioxidetolerante Fischer Tropsch-stap werd gebruikt om nieuwe katalysatoren te ontwikkelen die gericht zijn op kleine gedelokaliseerde biomassa-naar-vloeibare brandstof-installaties van 500-3 000 vaten per dag, die de selectiviteit en stabiliteit van C5+ HC verbeterde om bij hogere temperaturen te werken, onder wisselende syngascondities. Dit resulteerde in een hogere productiviteit, grotere energiebesparingen en lagere kapitaaluitgaven.

FASTCARD biedt meer inzicht in het proces op proefschaal voor de twee belangrijkste routes naar geavanceerde biobrandstoffen. "Het project zal deelnemende bedrijven helpen om de experimentele resultaten die eerder op laboratoriumschaal zijn uitgevoerd, te vertalen naar de pilotschaal, waardoor de risico's en onzekerheden die gepaard gaan met het doorgaan naar volledige commercialisering, worden verminderd, " wijst Dr. Akporiaye op.