Uusi biohiili Pyroco auttaa vähentämään saastumista

RMIT University -insinöörit ovat luoneet edullisen biosolideista johdetun aktivoidun biohiilen nimeltä PYROCO. Uusi biohiili voisi auttaa teollisuussektoria vähentämään saastumista ja parantamaan bioöljyn laatua. Lisäksi se avaa ovet lisäinnovaatiolle kestävän katalyyttisen pyrolyysin alalla. Tässä on, mitä sinun tarvitsee tietää.

Mitä bioöljyt ovat ja miten ne valmistetaan?

Bioöljyt ovat kasvava ala uusiutuvien energialähteiden markkinoilla. Teknologia on ollut olemassa monia vuosikymmeniä. Kuitenkin viimeaikaiset edistysaskeleet ovat tehneet bioöljyjen kestävämmän ja edullisemman tuotannon mahdolliseksi.
Bioöljyjä valmistetaan orgaanisesta jätteestä, joka on usein rikkonutoksinen. Merkittävänä termokemiallisena prosessina, jota kutsutaan pyrolyysiksi, käytetään yleisesti bioöljyjen tuottamiseen. Se auttaa hajottamaan monimutkaisia yhdisteitä, kuten happoja, alkoholeja ja ketoneja.

Pyrolyysin ymmärtäminen biopolttoaineiden tuotannossa

Pyrolyysi vaatii biomassan lämmittämistä yli +500 asteeseen samalla kun poistetaan happea materiaalista. Tämä toimenpide auttaa hajottamaan polymeereja nopeasti. Merkittävänä ero pyrolyysin ja palamisen välillä on, että pyrolyysi poistaa hapen reaktiosta.

Pyrolyysin historia: Hiilestä biohiileen

On mielenkiintoista huomata, että pyrolyysi on prosessi, jota ihmiskunta on käyttänyt vuosisatojen ajan. Muinaiset kulttuurit hyödynsivät sitä hiilen ja paahdetun kahvin valmistukseen. Jotkut tiedot ulottuvat muinaisiin egyptiläisiin, jotka käyttivät pyrolyysiä muumioiden balsamointiprosessissa.

Pyrolyysin haasteet: Päästöt, energian käyttö ja turvallisuus

Nykyisten pyrolyysijärjestelmien on käsiteltävä useita ongelmia saavuttaakseen kestävämmän toiminnan. Yksi näistä on kaasupäästöjen haitallisuus ympäristölle. Ne eivät juurikaan auta estämään yhtä saastumisen muotoa, vaan luovat toisen ongelman.
Lisäksi energiavaatimukset ovat korkeat. Polttopalon käynnistäminen, joka pystyy hajottamaan polymeerit, vie aikaa ja energiaa. Myös tulen ja hapen erottamiseen liittyy sisäisiä riskejä. Joissakin tapauksissa äkillinen hapen altistuminen voi johtaa orgaanisen materiaalin tahattomaan palamiseen.

Mikä on biohiili? Hyödyt, koostumus ja käyttötarkoitukset

Biohiili on biomassan pyrolyysin sivutuote. Sen kemiallinen koostumus on melko yksinkertainen, koostuen pääasiassa hiilestä ja tuhkasta, mikä antaa sille ainutlaatuisia ominaisuuksia. Yksi näistä on, että koska se valmistetaan kaikista orgaanisista materiaaleista, se on tarkoitettu haudattavaksi maaperään eikä poltettavaksi. Merkittävänä biohiilen pääasiallisia lähteitä ovat lannoitteet, hedelmän siemenet, oksat, metsäteollisuuden jätteet, ruoan jäännökset ja paljon muuta.
Biohiili tuo paljon hyötyjä maataloussektorille. Monet pitävät sitä vahvana lisänä lannoitteisiin. Haudattuna biohiili tarjoaa korkean ravinne- ja vesisidonnan. Lisäksi se parantaa maaperän hedelmällisyyttä pidempään kuin perinteiset lannoitteet yksinään.

PYROCO: Vallankumouksellinen biohiilikatalyytti RMIT:ltä

Tutkimus “Role of carbon-catalyst on upgrading the pyrolysis vapors of spent Eucalyptus nicholii biomass: Towards sustainable phenolics production“,¹ julkaistu Renewable Energy -lehdessä, haastaa oletuksen, että biohiiltä tulisi käyttää ensisijaisesti maatalouskäyttöön. Se esittelee uuden tavan hyödyntää biohiiltä katalyyttinä, joka parafiinihöyryn kanssa käytettynä vähentää pyrolyysiprosessin vaatimaa energiaa.

Insinööri osoittaa, miten heidän biohiilensä voi kohdistua sekä fenolien että hiilivetyjen toimintoihin. Erityisesti tutkimus hyödyntää biomassaa piparminttipuusta (Eucalyptus nicholii). Tämä kotoperäinen australialainen kasvi tuottaa runsaasti raaka-ainetta, mikä tekee siitä ihanteellisen ratkaisun kokeisiin.

Osana tätä tutkimusta insinöörit tarkastelivat perusteellisesti biosolideista johdetun aktivoidun biohiilen vaikutusta käytetyn Eucalyptus nicholii -biomassan pyrolyysiin ja sen bioöljyn koostumukseen.

Orgaanisen jätteen muuntaminen uusiutuvaan bioöljyyn

Kokeen ensimmäisenä askeleena piparminttipuun raaka-aine kerättiin yhdeltä tutkijan paikalliselta tilalta. Huomionarvoista on, että raaka-aine pidettiin tuoreena ennen kuin se lähetettiin suoraan höyrytislauksiin. Tämä vaihe tuotti kiinteän jäännöksen, joka lähetettiin uuniin.
Jäännös kuumennettiin 105 °C:seen yön yli. Tämä vaihe poistaa kaiken jäljelle jääneen kosteuden materiaalista. Seuraavaksi tiimi suodatti materiaalin 100–300 μm hiukkaskokoon. Tämä lopullinen materiaali testattiin kaupallisesti saatavilla olevia vaihtoehtoja vastaan.
Insinöörit havaitsivat, että koostumus oli muuttunut fenolien (69,7 %) ja hiilivetyjen (13,7 %) seokseksi. Nämä tiedot viittaavat siihen, että uusi prosessi paransi merkittävästi fenolien ja hiilivetyjen valikoivuutta bioöljyssä.
Tällä tavoin tutkimus auttaa yhteisöä ymmärtämään paremmin, miten parantunut fenolien ja hiilivetyjen valikoivuus tehostaa hiilikatalyyttien vaikutusta bioöljyn ominaisuuksiin ja aktivaatioenergiaan.

Miten RMIT testasi PYROCO-biohiilikatalyytin

Insinöörit suorittivat useita testejä varmistaakseen tutkimuksensa tarkkuuden.  Tiimi aloitti katalyyttisen pyrolyysin luomisella 27 mm x 680 mm kvartsiputkireaktorissa ja carbolite-uunissa. Kaasujakelulevynä käytettiin keramiikkafriittiä, jonka huokoisuus on 3 (16–40 μm). Tämä sijoitettiin 320 mm:n päähän reaktorin pohjasta ennen lämmön soveltamista.
Reaktori osoitti mielenkiintoisia tuloksia. Yksi havainto oli, että insinöörit pystyivät vähentämään kemiallista saastumista pyrolyysin aikana käyttämällä kehittynyttä strategiaansa. Tämä lähestymistapa poistaa korkeaemissioiset kemikaalit ja korvaa ne matalaemissioisella biohiilellä.
Lisäksi tiimi osoitti, että hiilikatalyytit näyttelevät keskeistä roolia bioöljyn saannissa. Tämä tehokkuus johtuu osittain siitä, miten uusi biohiili helpottaa tarvittavia deoksygenointi- ja dekaboxylaatioreaktioita.

Miten PYROCO vähentää päästöjä ja parantaa bioöljyn laatua

Tämä pyrolyysitutkimus tuo markkinoille monia etuja. Tärkein etu on, että se tarjoaa arvokkaan vihreän vaihtoehdon nykytilanteelle. Tätä prosessia voitaisiin käyttää poistamaan ei-toivottuja kemikaaleja ja muita saasteita monista paikoista.
Tiimi väittää jo, että teknologia voi mahdollisesti tuhota 99,99 % PFA-yhdisteistä biosolideissa. Tämä tekisi kaatopaikoista paljon turvallisempia. Lisäksi muuntamalla tämä materiaali PFA-vapaaksi biohiileksi avautuu useita käyttötapauksia, jotka tukevat hallitusten maailmanlaajuisia nettonollapäästöjen tavoitteita.

Käytännön sovellukset PYROCO:lle ja kaupallistamissuunnitelmat

Tälle teknologialle on useita todellisia sovelluksia. Yksi niistä on kestävä tapa vähentää hiilidioksidipäästöjä korvaamalla korkeaemissioiset tuotteet. Tässä on joitakin muita todellisia sovelluksia, jotka voisivat vaikuttaa myönteisesti talouteen.

Teollinen

Parannettu biohiili voisi tulla keskeiseksi osaksi kestävää bioöljyjen toimitusketjua. Jo nyt nämä materiaalit ovat elintärkeitä kemikaalien, kuten hartsien, voiteluaineiden ja lisäaineiden, tuotannossa. Tämä tutkimus voisi auttaa vähentämään kustannuksia ja parantamaan tuottavuutta teollisuussektorilla.

Tämä markkina hyödyntää biohiiltä arvokkaana katalyyttinä monimutkaisemmissa teollisuusprosesseissa. Näin ollen biohiilen kustannusten alentaminen ja laadun parantaminen voisi johtaa korkeampiin tuottoihin.

Insinöörit totesivat, että heidän tutkimuksensa on tuotantovalmiina. He etsivät parhaillaan keinoja viedä teknologia kaupallisesti valmiille tasolle. Lisäksi tarkastellessa markkinoiden taloudellisia näkymiä, biohiilen ennustetaan saavuttavan globaalin markkinapotentiaalin 3,3 miljardia dollaria ensi vuonna. Kaikki nämä tekijät viittaavat nopeaan teknologian käyttöönottoon tulevina kuukausina ja vuosina.

Kuka kehitti PYROCO:n? Tutustu tutkimusryhmään

RMIT University johti Pyroco-tutkimusta. Se teki tiivistä yhteistyötä South East Waterin, Intelligent Water Networksin ja Indian Institute of Petroleumin insinöörien kanssa. Erityisesti raportti mainitsee Ramandeep Kaurin, Bhavya B. Krishnan, Nimesha Rathnayaken, Thallada Bhaskarin ja Kalpit Shahin pääasiallisina tekijöinä.
Vaikuttavasti Pyroco-tutkimus sai rahoitusta 3 miljoonan dollarin avustuksesta Australian hallitukselta. Rahoitus kohdistuu vesisuodatuslaitokseen, joka käyttää järjestelmää muuntamaan käsitellyn jäteveden (biosolideja) hiilirikkaaksi tuotteeksi, jota kutsutaan biohiileksi.

Osakekatsaus: Kemiallinen yritys, jota kannattaa seurata

Biopolttoaineala on kasvussa, ja yhä useammat valmistajat pyrkivät luomaan kestäviä vaihtoehtoja nykyisiin kriittisiin teollisuusjärjestelmiin. Nämä yritykset hyödyntävät ikivanhoja prosesseja, kuten pyrolyysiä, yhdistettynä huipputeknologiaan, luodakseen puhtaampia ja tehokkaampia vaihtoehtoja. Tässä on yksi yritys, joka säilyttää pioneerihenkensä markkinoilla.

Olin Corporation

Olin Corporation (OLN ) astui markkinoille vuonna 1892. Tämä Yhdysvaltain kemikaalitoimittaja on kasvanut arvostetuksi osakevaihtoehdoksi. Yritys toimii kolmella markkinalla brändien Chlor Alkali Products, Vinyls ja Winchester alla. Jälkimmäinen on se, jonka olet todennäköisesti jo kuullut pitkän ampuma-asehistoriansa vuoksi.

Chlor Alkali Products- ja Vinyls-segmentit tarjoavat monenlaisia tuotteita, kuten perkloroeteeniä, suolahappoa, vinyylikloridimonomeereja, metyylikloridia, metyyliklooridia, kloorimetodia, hiilitetrakloria ja vetyä. Yrityksellä on laaja asiakaskunta Yhdysvalloissa, Euroopassa, Aasian Tyynenmeren alueella, Latinalaisessa Amerikassa ja Kanadassa.

Uusimmat tiedot Olin Corporatiosta

Pyroco – Pyrolyysin edullistaminen voisi parantaa miljoonien elämää

Kun perehdytään siihen, kuinka yleistä pyrolyysi on erilaisissa teollisuustehtävissä, näkee, miten tämä kehitys voi auttaa alentamaan kustannuksia ja parantamaan kestävyyttä merkittävällä tavalla. Tästä syystä tämä insinööriyhteisö ansaitsee kiitosta kekseliäisyydestään ja päättäväisyydestään. Nyt tiimi pyrkii skaalaamaan prosessiaan saadakseen todellisen vaikutuksen.
Lue muista energia‑teknologioista täältä.

Viitteet:

^{1. Kaur, R., Krishna, B. B., Rathnayake, N., Bhaskar, T., & Shah, K. (2024). Hiilikatalyytin rooli käytetyn Eucalyptus nicholii -biomassan pyrolyysihöyryjen parantamisessa: Kestävä fenolien tuotanto. Renewable Energy, 214, 1239–1250. https://doi.org/10.1016/j.renene.2024.01.180}