Loading...
Projekti / Programi vir: ARRS

Razvoj integriranega katalitskega procesa za energetsko obogatitev bio-olja, pridobljenega s pirolizo substratov iz obnovljivih virov

Raziskovalna dejavnost

Koda Veda Področje Podpodročje
2.02.09  Tehnika  Kemijsko inženirstvo  Tehnika za varstvo okolja 

Koda Veda Področje
T350  Tehnološke vede  Kemijska tehnologija in inženirstvo 
Ključne besede
obnovljivi viri, sinteza goriv, piroliza, katalitski kreking, heterogeni katalizatorji, bio-olje, pilotni reaktor, procesna intensifikacija
Vrednotenje (pravilnik)
vir: COBISS
Raziskovalci (12)
št. Evidenčna št. Ime in priimek Razisk. področje Vloga Obdobje Štev. publikacij
1.  35886  dr. Moom Sinn Aw  Kemijsko inženirstvo  Raziskovalec  2013 - 2015  42 
2.  31320  dr. Nataša Belšak Šel  Varstvo okolja  Raziskovalec  2013 - 2016  69 
3.  17283  Špela Božič    Tehnični sodelavec  2013 - 2016  38 
4.  11243  dr. Štefan Čelan  Kemijsko inženirstvo  Raziskovalec  2013 - 2016  292 
5.  11194  dr. Andreja Drolc  Kemijsko inženirstvo  Raziskovalec  2013 - 2016  408 
6.  14980  dr. Dušan Klinar  Kemijsko inženirstvo  Raziskovalec  2013 - 2016  174 
7.  34045  dr. Anja Kostevšek  Energetika  Raziskovalec  2013 - 2014  78 
8.  29336  dr. Ilja Gasan Osojnik Črnivec  Kemija  Raziskovalec  2013  207 
9.  11874  dr. Albin Pintar  Kemijsko inženirstvo  Vodja projekta/programa  2013 - 2016  799 
10.  20043  dr. Aleksandra Pivec  Kemijsko inženirstvo  Raziskovalec  2013 - 2016  107 
11.  20089  dr. Klavdija Rižnar  Kemijsko inženirstvo  Raziskovalec  2013 - 2016  114 
12.  03588  dr. Tatjana Tišler  Varstvo okolja  Raziskovalec  2013 - 2016  370 
Organizacije (2)
št. Evidenčna št. Razisk. organizacija Kraj Matična številka Štev. publikacij
1.  0104  Kemijski inštitut  Ljubljana  5051592000  20.093 
2.  1421  Znanstveno-raziskovalno središče Bistra Ptuj  Ptuj  5844975000  621 
Povzetek
Na podlagi dejstev, da se zaloge fosilnih goriv naglo zmanjšujejo, obenem pa smo priča vedno večjim potrebam po energiji, gorivih in energentih, je nujno potrebno zmanjšati odvisnost od fosilnih goriv in obenem sproščanje toplogrednih plinov (ogljikov dioksid, metan, didušikov oksid) s postopnim prehodom na obnovljive vire, biogoriva in odpadke. Osnovni termokemični proces za pretvorbo (in energetsko obogatitev) substratov iz obnovljivih virov je piroliza, katere učinkovitost lahko znatno izboljšamo z nadgradnjo s heterogeno kataliziranimi procesi. V predloženem aplikativnem raziskovalnem projektu bomo razvili in preučevali nov ter sodoben integriran proces za produkcijo lahkohlapnega bio-olja in plinastih produktov iz substratov iz obnovljivih virov. Proces bo sestavljen iz dveh stopenj, tj.: (i) procesa pirolize substratov iz obnovljivih virov (žagovina, zeleni rez) in trdnih odpadkov z definirano kemijsko sestavo (odpadna plastika), s katerim bomo pridobili surovo bio-olje; (ii) katalitskega krekinga surovega bio-olja, s katerim bomo slednjega predelovali v plinske produkte in lahkohlapne frakcije bio-olja. Za učinkovito vodenje katalitskega krekinga bomo s sodobnimi sinteznimi postopki sintetizirali večfunkcijske, mezoporozne oksidne katalizatorje z visoko BET specifično površino na osnovi kovin prehoda (Ni, Co, V, Fe) in ob uporabi refraktornih ter kemijsko zelo stabilnih oksidnih nosilcev (kot so CeO2, TiO2, ZrO2-TiO2 in CeO2-ZrO2), ki bodo ob hkratni odstranitvi kisika (deoksigenacija) omogočili hitro in selektivno pretvorbo surovega bio-olja v (C5 produkte z zaželenimi karakteristikami (nizka vsebnost vode, nizka kislost in viskoznost ter višja kalorična vrednost glede na izhodno bio-olje). Ti novi katalizatorji bodo zaradi neznatnega poogljičenja njihove površine omogočali dolgotrajno vodenje procesa, ne da bi bila potrebna njihova regeneracija. Slednje bo omogočalo tudi enostavno zasnovo reaktorskega sistema za kreking bio-olja. Aktivnost in selektivnost sintetiziranih katalizatorjev v procesu katalitskega krekinga bio-olja (proizvedenega s procesom pirolize iz izbranih substratov iz obnovljivih virov) bomo preučevali v različnih laboratorijskih reaktorskih sistemih, s čimer bomo pridobili podrobne kinetične in mehanistične podatke ter izolirali najprimernejši katalizator za preučevani proces. Na osnovi pridobljenih podatkov bomo določili najprimernejši tip katalitskega reaktorja za kreking surovega bio-olja in izdelali celostno dokumentacijo za načrtovanje in dimenzioniranje pilotne naprave za pirolizo substratov iz obnovljivih virov ter katalitski kreking nastalega bio-olja. V prostorih industrijskega partnerja (sofinancerja predloženega aplikativnega raziskovalnega projekta) bomo zgradili in v pilotnem merilu testirali pilotni integrirani proces, sestavljen iz piroliznega in katalitskega kreking postopka, za energetsko obogatitev bio-olja, pridobljenega iz substratov iz obnovljivih virov. S poskusi, opravljenimi v pilotnem merilu, bomo testirali dolgotrajno obnašanje katalizatorja in preverili skladnost rezultatov meritev (aktivnost katalizatorja, sestava in distribucija produktov) z meritvami, opravljenimi v laboratorijskih reaktorskih sistemih.
Pomen za razvoj znanosti
Znanje na področju katalitske pirolize različnih substratov je bilo pomanjkljivo, še zlasti kar se tiče sinteze takšnih heterogenih katalizatorjev, katerih ne bi bilo potrebno (pogosto) regenerirati. To znanje smo obogatili na podlagi spoznanj in izkušenj, pridobljenih z realizacijo zadevnega aplikativnega projekta, v okviru katerega smo sintetizirali trajnostne katalizatorje, ki omogočajo učinkovito in ekonomsko sprejemljivo vodenje procesa katalitske pirolize substratov iz biomase in odpadnih snovi. Rezultati aplikativnega projekta so izvirni na naslednjih področjih: (1) sintetizirani in testirani so bili novi ter napredni katalitski materiali, ki omogočajo kreking substratov brez njihove regeneracije; (2) končni produkt (pirolizno olje) ima ustrezne lastnosti za neposredno uporabo v široki potrošnji; (3) reaktorski sistem za katalitsko pirolizo substratov je načrtovan glede na predhodno izolirani optimalni katalizator. Na področju katalitske pirolize substratov smo občutno razširili zakladnico znanja, in sicer glede načrtovanja ustreznih katalizatorjev, njihove učinkovite uporabe v realnem procesu kot tudi glede samega modeliranja procesa. S tem smo nedvomno nadgradili tudi obstoječa znanja kemijsko-inženirske discipline. Spoznanja, pridobljena med izvajanjem aplikativnega projekta, omogočajo veliko učinkovitejše in enostavnejše izrabljanje biomase in trdnih odpadkov, kateri so bili do sedaj v veliki meri zapostavljeni in zelo neučinkovito izrabljeni. Poglavitni način za diseminacijo rezultatov predstavljajo znanstvene objave v vodilni mednarodni periodiki, namenjeni energetiki, katalizi in kemijskemu inženirstvu, predstavitve rezultatov raziskav na domačih in mednarodnih znanstvenih srečanjih ter zapisi v mednarodnih bazah podatkov.
Pomen za razvoj Slovenije
Z razvojem procesov in tehnologij za termično izrabo biomase in alternativnih goriv lokalnega izvora krepimo konkurenčnost podjetij in različnih energetsko odvisnih panog ter usmeritev države v zamenjavo fosilnih goriv in trajnostni razvoj na področju energetike. Razvijamo proizvode z visoko dodano vrednostjo, ki so konkurenčni na svetovnem trgu in povečujemo priložnosti za investiranje v domačem gospodarstvu. Heterogeni katalizatorji predstavljajo ključno komponento v procesih termične predelave biomase in alternativnih goriv v goriva, ki nadomeščajo fosilna goriva. Z razvojem sodobnih katalizatorjev za uporabo v lastnih procesih omogočamo razvoj tehnologij in proizvodnje materialov najvišje dodane vrednosti. Razvijajo se katalizatorji za ustrezno vodenje procesa termičnega razpada organskih spojin pri usmerjanju selektivnosti reakcij v želene produkte in katalizatorji za zmanjševanje emisij po končni uporabi goriv v napravah za so-proizvodnjo elektrike in toplote. Tako tudi direktno prispevamo k zmanjševanju emisij in varovanju okolja. Z vključitvijo razvoja katalizatorjev širimo kompleksnost ponudbe, ki bi sicer zajemala le tehnološko opremo in tehnologijo. Tehnologije uporabe lokalnih goriv obnovljivih izvorov postajajo ključni dejavnik konkurenčnosti gospodarskih panog in pomembna dejavnost za povečanje gospodarskih aktivnosti. Z razvojem lastnih tehnologij omogočamo konkurenčno ponudbo novih tehnoloških rešitev in povečujemo izrabo lokalnih energetskih virov. Katalizatorji so pri tem pomemben člen tako v reakcijskem delu (termičnega razpada) za selektivno vodenje reakcij kakor v delu zgorevanja pri zmanjševanju emisij. Pomen rezultatov zadevnega aplikativnega projekta je velik, saj omogoča potencialno zmanjšanje odvisnosti od goriv fosilnega izvora, kar je slovenski nacionalni ter tudi svetovni izziv 21. stoletja. To je še posebej pomembno za Slovenijo, na eni strani zaradi omejenih zalog fosilnih goriv, po drugi strani pa zaradi izjemnega nacionalnega bogastva v obliki gozdov in posledično velikih množin odpadne lesne biomase. Projekt je prav tako stimuliral sodelovanje slovenskih znanstvenikov in industrijskih partnerjev, kar lahko v prihodnje vodi v uspešno komercializacijo razvitega katalizatorja in reaktorskega sistema ter znanja, vloženega v celotni projekt.
Najpomembnejši znanstveni rezultati Letno poročilo 2014, 2015, zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati Letno poročilo 2014, 2015, zaključno poročilo
Zgodovina ogledov
Priljubljeno