Onderzoekers hebben een krachtige, goedkope methode om gebruikt frituurvet en landbouwafval te recyclen tot biodiesel, en het omzetten van voedselresten en plastic afval in hoogwaardige producten.

De methode maakt gebruik van een nieuw type ultra-efficiënte katalysator die koolstofarme biodiesel en andere waardevolle complexe moleculen kan maken uit diverse, onzuivere grondstoffen.

Afgewerkt frituurvet moet momenteel een energie-intensief reinigingsproces doorlopen om te worden gebruikt in biodiesel, omdat commerciële productiemethoden alleen pure grondstoffen met 1-2% verontreinigingen aankunnen.

De nieuwe katalysator is zo sterk dat hij biodiesel kan maken van laagwaardige ingrediënten, bekend als grondstof, met tot 50% verontreinigingen.

Het is zo efficiënt dat het de productiviteit van productieprocessen kan verdubbelen voor het transformeren van afval zoals voedselresten, microplastics en oude banden tot hoogwaardige chemische voorlopers die worden gebruikt om alles te maken, van medicijnen en meststoffen tot biologisch afbreekbare verpakkingen.

Het ontwerp van de katalysator wordt gerapporteerd in een nieuwe studie van een internationale samenwerking onder leiding van RMIT University, gepubliceerd in Natuur Katalyse .

Mede-onderzoeker professor Adam Lee, RMIT, zei dat conventionele katalysatortechnologieën afhankelijk waren van grondstoffen met een hoge zuiverheid en dure technische oplossingen vereisten om hun slechte efficiëntie te compenseren.

"De kwaliteit van het moderne leven is kritisch afhankelijk van complexe moleculen om onze gezondheid te behouden en voedzaam voedsel te leveren, schoon water en goedkope energie, "zei Leen.

"Deze moleculen worden momenteel geproduceerd door niet-duurzame chemische processen die de atmosfeer vervuilen, bodem en waterwegen.

"Onze nieuwe katalysatoren kunnen ons helpen de volledige waarde te krijgen van hulpbronnen die normaal gesproken verloren zouden gaan - van ranzige gebruikte frituurolie tot rijstkaf en groenteschillen - om de circulaire economie te bevorderen.

"En door de efficiëntie radicaal te verhogen, ze zouden ons kunnen helpen de milieuvervuiling door chemische productie aanzienlijk te verminderen en ons dichter bij de groene chemierevolutie te brengen."

Katalysatorspons:het bevorderen van groene chemie

Om de nieuwe ultra-efficiënte katalysator te maken, het team maakte een keramische spons ter grootte van een micron (100 keer dunner dan een mensenhaar) die zeer poreus is en verschillende gespecialiseerde actieve componenten bevat.

Moleculen komen in eerste instantie de spons binnen via grote poriën, waar ze een eerste chemische reactie ondergaan, en gaan dan over in kleinere poriën waar ze een tweede reactie ondergaan.

Het is de eerste keer dat een multifunctionele katalysator is ontwikkeld die verschillende chemische reacties achter elkaar kan uitvoeren binnen een enkel katalysatordeeltje. en het zou een game changer kunnen zijn voor de wereldwijde katalysatormarkt van 34 miljard dollar.

Mede-onderzoeker professor Karen Wilson, ook van RMIT, zei dat het nieuwe katalysatorontwerp de manier nabootste waarop enzymen in menselijke cellen complexe chemische reacties coördineerden.

"Er zijn eerder katalysatoren ontwikkeld die meerdere gelijktijdige reacties kunnen uitvoeren, maar deze benaderingen bieden weinig controle over de chemie en zijn vaak inefficiënt en onvoorspelbaar, ' zei Wilson.

"Onze bio-geïnspireerde benadering kijkt naar de katalysatoren van de natuur - enzymen - om een ​​krachtige en nauwkeurige manier te ontwikkelen om meerdere reacties in een vaste volgorde uit te voeren.

"Het is alsof je een productielijn op nanoschaal hebt voor chemische reacties - allemaal gehuisvest in één, klein en superefficiënt katalysatordeeltje."

DIY-diesel:ondersteuning van gedistribueerde productie van biobrandstoffen

De sponsachtige katalysatoren zijn goedkoop te vervaardigen, geen edele metalen gebruiken.

Om met deze katalysatoren koolstofarme biodiesel te maken uit landbouwafval, is niet veel meer nodig dan een grote container, wat zacht verwarmen en roeren.

Het is een laagtechnologische, goedkope benadering die de gedistribueerde productie van biobrandstoffen kan bevorderen en de afhankelijkheid van diesel op basis van fossiele brandstoffen kan verminderen.

"Dit is vooral belangrijk in ontwikkelingslanden waar diesel de primaire brandstof is voor het aandrijven van huishoudelijke elektriciteitsgeneratoren, ' zei Wilson.

"Als we boeren in staat zouden stellen om biodiesel rechtstreeks te produceren uit landbouwafval zoals rijstzemelen, cashewnoten en ricinuszaadschelpen, op hun eigen grond, dit zou helpen bij het aanpakken van de kritieke problemen van energiearmoede en koolstofemissies."

Hoewel de nieuwe katalysatoren onmiddellijk kunnen worden gebruikt voor de productie van biodiesel, met verdere ontwikkeling zouden ze gemakkelijk kunnen worden aangepast om vliegtuigbrandstof te produceren uit land- en bosbouwafval, oude rubberen banden, en zelfs algen.

De volgende stappen voor het onderzoeksteam van de RMIT School of Science zijn het opschalen van de fabricage van katalysatoren van gram naar kilogram en het toepassen van 3D-printtechnologieën om de commercialisering te versnellen.

"We hopen ook het scala aan chemische reacties uit te breiden met licht en elektrische activering voor geavanceerde technologieën zoals kunstmatige fotosynthese en brandstofcellen, "zei Leen.

"En we zijn op zoek naar samenwerking met potentiële zakenpartners om een ​​reeks commercieel verkrijgbare katalysatoren voor verschillende toepassingen te creëren."