Projekti / Programi
Razvoj integriranega katalitskega procesa za energetsko obogatitev bio-olja, pridobljenega s pirolizo substratov iz obnovljivih virov
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.02.09 |
Tehnika |
Kemijsko inženirstvo |
Tehnika za varstvo okolja |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T350 |
Tehnološke vede |
Kemijska tehnologija in inženirstvo |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.04 |
Tehniške in tehnološke vede |
Kemijsko inženirstvo |
obnovljivi viri, sinteza goriv, piroliza, katalitski kreking, heterogeni katalizatorji, bio-olje, pilotni reaktor, procesna intensifikacija
Raziskovalci (12)
Organizacije (2)
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
