Gefinancierd door een subsidie ​​van het Amerikaanse ministerie van Energie, een team van onderzoekers van het Worcester Polytechnic Institute (WPI) creëert een betere manier om afvalvoedsel om te zetten in biobrandstoffen die milieuvriendelijk zijn, een project dat een impact zou hebben op mondiale problemen zoals de afhankelijkheid van ruwe olie, voedsel verspilling, en watervervuiling.

Het gebruik van voedselafval om biobrandstoffen te maken is niet nieuw, maar tot dusver ontwikkelde processen, die omslachtig en duur zijn, niet hebben gepakt. In een paper gepubliceerd in het open-access tijdschrift energieën , Michael Timko, universitair hoofddocent chemische technologie, rapporteert over het werk van een team van collega's om de opbrengst van olie uit het afvalconversieproces aanzienlijk te verbeteren en tegelijkertijd de efficiëntie te verbeteren.

"Mensen werken al tientallen jaren om brandstoffen te maken die concurreren met aardolie, Timko zei. "We willen onze afhankelijkheid van ruwe olie verminderen, een uitputtende hulpbron die bijdraagt ​​aan klimaatverandering. Als we dat kunnen doen met iets dat anders onze gemeentelijke stortplaatsen zou blijven storten, dat zijn twee manieren waarop we ons milieu ten goede zouden komen. Dit is waarschijnlijk nog niet voldoende om het proces economisch haalbaar te maken, maar het is een stap in de goede richting."

Timko zei dat zijn proces beschreven in de nieuwe krant, die werd gefinancierd door een eenjarig, $ 168, 373 SBIR-subsidie ​​van het Amerikaanse ministerie van Energie, zou een economische manier kunnen worden om voedsel dat bedorven is of anderszins wordt weggegooid om te zetten in biobrandstof om scholen van stroom te voorzien, restaurants, kruidenierszaken, en zelfs hele gemeenschappen. Hij zei dat hij reactoren voor ogen heeft waarmee bedrijven en instellingen die voedsel verkopen of serveren hun afval kunnen verwerken om een ​​vloeibare brandstof te genereren die ze kunnen gebruiken om stroom op te wekken. geld besparen en het milieu helpen. En, hij zei, door voedselverspilling van stortplaatsen te houden, waar het ontleedt om broeikasgassen en watervervuiling te produceren, het proces zal aanzienlijke milieuvoordelen opleveren.

Ongeveer een derde van al het voedsel dat voor menselijke consumptie wordt geproduceerd, gaat verloren of wordt verspild - ongeveer 1,3 miljard ton per jaar, of een verlies van ongeveer $ 161 miljard, volgens de Voedsel- en Landbouworganisatie van de Verenigde Naties. Alleen al in de VS wordt elk jaar dertig miljoen ton verspild.

Wetenschappers weten al tientallen jaren hoe ze vloeibare en gasvormige brandstoffen kunnen maken uit afvalvoedsel, met verschillende processen en met wisselend succes. Een nieuwer proces, hydrothermische vloeibaarmaking, is een veelbelovend alternatief, maar de anderen, heeft nadelen. Door dit proces, natte biomassa (zoals afvalvoedsel) wordt in een snelkookpan-achtige reactor geplaatst en blootgesteld aan hoge temperaturen en drukken. Onder deze voorwaarden, koolwaterstoffen in de biomassa worden afgebroken om een ​​biobrandstof te produceren die lijkt op ruwe olie.

Het probleem is dat een aanzienlijk deel van de geproduceerde organische verbindingen, inclusief zuren en alcoholen, komen in de waterfase die door de reactie ontstaat en worden niet omgezet in biobrandstof. Het afvalwater kan verder worden verwerkt om meer bruikbare olie te produceren of worden behandeld om het schoon genoeg te maken om te lozen, maar beide opties brengen aanzienlijke kosten met zich mee en gebruiken extra energie.

"Onze uitdaging is het maken van een brandstof die zuinig is in vergelijking met op aardolie gebaseerde brandstoffen, "Zei Timko. "In feite, onze biobrandstof moet goedkoper zijn dan olie, want die industrie heeft 80 tot 100 jaar momentum en een enorme infrastructuur erachter."

Timko en zijn team besloten om katalysatoren toe te voegen aan de vloeibaarmakingsreactie om te zien of ze de hoeveelheid koolstofverbindingen die verloren gaan in de waterfase konden verminderen en de opbrengst aan olie konden verhogen. waardoor het proces efficiënter en zuiniger wordt. Ze experimenteerden met twee soorten verbindingen:natriumcarbonaat (Na2Co3), een homogene katalysator, en een groep heterogene katalysatoren bekend als gemengde cerium-zirkoniumoxiden (CeZrOx).

Hoewel natriumcarbonaat de opbrengst aan olie niet significant verhoogde, het toevoegen van CeZrOx deed (van minder dan 40 procent tot meer dan 50 procent), terwijl de hoeveelheid verbindingen die in de waterfase achterblijven wordt verminderd. "Door deze katalysatoren toe te voegen, we hebben de opbrengst van biobrandstof kunnen verhogen en het verlies van verbindingen naar de waterfase met 50 procent kunnen verminderen. Een verandering van 50 procent is veelbelovend, ' zei Timko.

In lopend onderzoek, het team onderzoekt andere mogelijke katalysatoren, inclusief rode modder - een afvalstof die ontstaat tijdens de productie van aluminium, wat goedkoop is, stal, en betrouwbaar.

Alex Maag, een WPI-afgestudeerde student chemische technologie, coördineerde de laboratoriumexperimenten voor het project en hield toezicht op de bijdragen van een Major Qualifying Project (MQP)-team:senior majors chemical engineering Maria Bailey, Jeremy Hemingway, en Nick Carabillo. (De MQP is een professionele ontwerp- of onderzoekservaring die alle WPI-studenten moeten voltooien.) Maag is een co-auteur van de Energies-paper, samen met Timko, Geoffrey Tomsett, assistent-onderzoeksprofessor chemische technologie, en Alex Paulsen, Ted Amundsen, en Paul Yelvington van Mainstream Engineering Corporation in Rockledge, fla.

"Door iets te gebruiken dat anders op onze stortplaatsen zou belanden, " zei Maag, "bijdragen aan de productie van methaan, een broeikasgas, evenals watervervuiling en erosie, kunnen we onze afhankelijkheid van ruwe olie verminderen, een afnemende hulpbron die bijdraagt ​​aan klimaatverandering. We lossen twee problemen tegelijk op."