Facendo Uso della Biomassa Per Produrre i Combustibili ed i Prodotti Chimici per il Servizio dell'Energia Rinnovabile

dal Professor Mark Mascal

La pietra angolare di tutte le tecnologie non inquinanti è la diminuzione del carico economico, ambientale e politico di petrolio, che è incluso in STATI UNITI ad un tasso di 4,1 miliardo barilotti all'anno (statistiche di EPA).¹ L'uso della biomassa produrre i combustibili ed i prodotti chimici ha il potenziale di diminuire la dipendenza da petrolio non Xeros, emissioni di gas effetto serra del taglio, di valorizzare lo spreco e di creare le nuove, industrie verdi.

Questo spazio è corrente pieno delle idee ma breve sulle soluzioni pratiche. Molti approcci fermentativi a trattamento della biomassa sono stati sviluppati, ma la natura costosa di tali tecnologie significa che molti di questi probabilmente saranno temporanei. I Metodi che stanno ottenendo l'attenzione aumentante comprendono la conversione chimica della biomassa nelle molecole organiche semplici che possono essere usate come piattaforma da cui derivare un vasto portafoglio dei prodotti rinnovabili.

Un tale metodo è la digestione chimica di cellulosa nel furfurolo 5 (di chloromethyl), o “CMF„ (Figura. 1). Ciò può essere compiuta in un liquido bifase/reattore liquido che contiene l'acido cloridrico acquoso e un solvente organico.^2,3 Il materiale di base è misto con l'acido a circa 80°C, che in primo luogo idrolizza la cellulosa a glucosio e poi disidrata il glucosio a furfurolo (idrossimetilico) 5, citato come “HMF.„

Dopo, il HMF è convertito dall'HCl in CMF. Ciò è un punto cruciale nella sequenza della reazione, poiché il CMF è idrofobo e rapidamente è sequestrato nella fase organica. La rimozione del prodotto del CMF dal media della reazione evita le reazioni di degradazione che lungamente hanno contagiato il trattamento acido della biomassa. La miscela solvente-CMF esce il reattore ed il solvente è evaporato e riciclato. Il trattamento di tutto richiede 2-3 ore ed il CMF è isolato nei rendimenti tra compreso 80 e 95%, secondo il materiale di base.

Figura 1. Trattamento per la conversione della biomassa cellulosica nel CMF.

In un secondo modulo della reazione, il CMF è elaborato con uno di due collettori di prodotto. Uno di questi, chiamato “furanics„ mantiene l'anello del furano del CMF intatto e l'altro, chiamato “levulinics,„ è basato sui derivati di acido levulinico (Figura 2). Entrambi I percorsi consentono l'accesso a vari combustibili, polimeri rinnovabili e prodotti chimici di specialità.

Figura 2. Furanic o classi di prodotto levuliniche, come derivate dal CMF. R1 può rappresentare l'idrogeno o un gruppo alchile. La R2 e la R3 possono rappresentare tutta la combinazione di alchile, idrossimetilico, di alkoxymethyl, di aminomethyl, di gruppi di COH o,2 di CHO.

Un'area di interesse particolare è nel contesto di trattamento dei materiali di base delle alghe o del seme oleifero per la produzione di biodiesel. Facendo Uso della tecnologia sopra descritta del reattore, il prodotto è un lipido ibrido/combustibile a base di carboidrati che consiste di una miscela degli esteri del levulinate e dell'acido grasso. Facendo Uso dei semi di cartamo come modello, abbiamo potuti aumentare il rendimento di combustibile di 24%. Ciò è compiuta convertendo sia il lipido che il tenore in carboidrati dei semi in combustibile. Non solo più biodiesel è creato nel trattamento, ma il mescolamento degli esteri dell'acido grasso con gli esteri del levulinate migliora i beni del freddo-flusso del combustibile.

Figura 3. Trattamento per la conversione delle colture oleaginose in un biodiesel ibrido. La miscela dell'olio vegetale e del CMF carboidrato-derivato co-è esterificata, provocante un cocktail del combustibile che contiene l'estere dell'acido grasso (rosso) e l'estere del levulinate (verde).

Un riassunto generale dei prodotti nel portafoglio derivato del CMF è indicato nella la Figura 4. Combustibili Biologici include i furani, i tetrahydrofurans e gli esteri sostituiti del levulinate. Questi combustibili rinnovabili misurano l'intervallo di volatilità da diesel a benzina e sono meno tossici, più biodegradabile e che brucia senza scorie che gli idrocarburi.

A Differenza degli alcool, sono idrofobi, anti corrosivi e non malodoranti (Cfr. butanolico). I furani Bifunzionali possono servire da sostituti rinnovabili per i monomeri del ftalato e loro derivati in poliesteri e poliammidi commercialmente importanti. Per Concludere, i prodotti chimici di specialità del valore possono essere derivati dal CMF. Per esempio, l'acido 4 e il prothrin amminolevulinici (Figura 4, riga, sinistro inferiore e concentrare) sono agrochemicals ed acetali levulinici di glicerolo (Figura 4, riga inferiore, destra) hanno un intervallo degli usi attraverso i servizi chimici.⁴

Figura 4. Esempi dei derivati del CMF.

Riassumendo, le tecnologie chimiche economiche sono posizionate bene per fare concorrenza nei servizi di beni rinnovabili, specialmente poichè i margini petrochimici sono schiacciati dal costo crescente e dalla disponibilità diminuente di petrolio. Il metodo descritto qui, in base alla conversione diretta di spreco cellulosico nel CMF, ha le seguenti funzionalità:

• Il trattamento è economico e funziona nelle condizioni miti. Non ci sono catalizzatori, enzimi, microrganismi, o estremi complessi nella temperatura implicati. Tutto è riciclato e non c'è flusso residuo. Il solo prodotto non organico è l'acqua.

• I rendimenti di Prodotto sono nell'ordine di 80-95%. Sappiamo di nessun altro processo di conversione della biomassa che funziona direttamente a partire dalla cellulosa o dalla biomassa cruda che dà tali alti rendimenti di un prodotto biologico semplice.

• il materiale di base lignocellulosico di Misto-Sorgente può direttamente essere utilizzato con pretrattamento minimo. Le Sorgenti possono comprendere i rifiuti urbani agricoli o di silvicoltura. Soltanto la riduzione meccanica ad una dimensione delle particelle ragionevole è richiesta. Poiché il trattamento è acquoso, l'essiccamento uniforme del substrato non è necessario.

• I prodotti derivati sono visita improvvisata, i sostituti non tossici e rispettosi dell'ambiente per petrolio, entrambi i dentro combustibili di motore e come composti intermedi chimici rinnovabili. Come precedentemente descritto, il CMF è un prodotto chimico versatile della piattaforma da cui un diverso portafoglio dei derivati può essere raggiunto.

Riferimenti

1. http://tonto.eia.doe.gov/energyexplained/index.cfm?page=oil_home#tab2
2. M. Mascal ed E.B. Nikitin, ChemSusChem 2009, 2, 859.
3. M. Mascal ed E.B. Nikitin, Chim. 2010 Verde, 12, 370
4. http://www.segetis.com/master/technology.htm

Copyright AZoCleantech.com, il Professor Mark Mascal (Università di California, Davis)