Ny biochar Pyroco hjälper till att minska föroreningar

Ingenjörer vid RMIT University har framställt ett kostnadseffektivt aktiverat biokol av bioslam, kallat PYROCO. Det nya biokolet skulle kunna hjälpa industrin att minska föroreningar och förbättra kvaliteten på bioolja. Det kan också bidra till fortsatt utveckling inom hållbar katalytisk pyrolys. Här är det viktigaste att känna till.

Vad är biooljor och hur tillverkas de?

Biooljor är ett växande område inom förnybar energimarknad. Tekniken har funnits i många decennier. Men senaste framstegen har gjort en mer hållbar och billigare produktion av biooljor möjlig.
Biooljor framställs från organiskt avfall, som ofta är rikt på syre. En termokemisk process som kallas pyrolys används ofta för att skapa biooljor. Den hjälper till att bryta ner komplexa föreningar som syror, alkoholer och ketoner.

Förstå pyrolys i produktion av biobränsle

Pyrolys kräver att biomassa värms upp till över 500 grader samtidigt som syret avlägsnas från materialet. Detta hjälper till att snabbt bryta ner polymerer. Pyrolys skiljer sig från förbränning genom att eliminera syre från ekvationen.

Historien om pyrolys: Från kol till biochar

Det är intressant att notera att pyrolys är en process som mänskligheten har använt i århundraden. Forntida kulturer använde den för att skapa kol och rostad kaffe. Vissa dokument går tillbaka till forntida egyptier som använde pyrolys i sin balsameringsprocess för mumier.

Utmaningar med pyrolys: Utsläpp, energianvändning och säkerhet

Det finns flera problem som dagens pyrolyssystem måste hantera för att uppnå mer hållbara operationer. För det första är gasutsläppen skadliga för miljön. De gör lite för att förhindra en typ av förorening, bara för att skapa ett annat problem.
Dessutom krävs hög energiförbrukning. Att starta en eld som kan bryta ner polymerer tar tid och energi. Det finns också inneboende risker med att hålla eld och syre separerade. I vissa fall kan plötslig exponering för syre leda till oavsiktlig förbränning av organiskt material.

Vad är biochar? Fördelar, sammansättning och användningsområden

Biochar är biprodukten av pyrolys av biomassa. Dess kemiska sammansättning är ganska enkel, främst bestående av kol och aska, vilket ger den unika egenskaper. Eftersom den är tillverkad av enbart organiska material är den avsedd att begravas i marken snarare än att brännas. Några av de viktigaste källorna till biochar inkluderar gödsel, fruktkärnor, kvistar, skogsavfall, matrester och mycket mer.
Biochar ger många fördelar för jordbrukssektorn. Den ses av många som ett starkt tillskott till gödselmedel. När den begravs ger biochar hög närings- och vattenretention. Dessutom förbättrar den jordens bördighet längre än traditionella gödselmedel ensamma.

PYROCO: Ett banbrytande biochar-katalysator från RMIT

Studien “Roll av kolkatalysator för att förbättra pyrolysvaporer från förbrukad Eucalyptus nicholii-biomassa: Mot hållbar fenolproduktion“,¹ publicerad i Renewable Energy, utmanar antagandet att biochar bäst används för jordbruk. Den introducerar ett nytt sätt att använda biochar som katalysator som, när den används med paraffinvapor, minskar den energi som krävs för att genomföra pyrolysprocessen.

Ingenjören visar hur deras biochar kan rikta in sig på både fenol- och kolvätefunktioner. Studien använder biomassa från pepparmintpil (Eucalyptus nicholii). Denna inhemska australiensiska växt producerar mycket råmaterial, vilket gör den till en idealisk lösning för experimenten.

Som en del av denna studie gjorde ingenjörerna en djupgående analys av påverkan av bioslamavledd aktiverad biochar på den förbrukade Eucalyptus nicholii-biomassa-pyrolysen och dess biooljekomposition.

Omvandla organiskt avfall till förnybar bioolja

Som första steg i experimentet samlades råmaterial från pepparmintpil in från en av forskarens lokala gårdar. Råmaterialet hölls färskt innan det skickades direkt till ångdestillationsprocessen. Detta steg skapade ett fast restmaterial som sedan skickades till ugnen.
Restmaterialet värmdes till 105 °C över natten. Detta steg avlägsnar eventuell kvarvarande fukt från materialet. Därefter filtrerade teamet materialet till en partikelstorlek på 100–300 μm. Detta slutmaterial testades sedan mot kommersiellt tillgängliga alternativ.
Ingenjörerna noterade att sammansättningen hade förändrats till en blandning av fenoler (69,7 %) och kolväten (13,7 %). Dessa data tyder på att den nya processen avsevärt förbättrade selektiviteten för fenoler och kolväten i biooljan..
På så sätt hjälper forskningen samhället att bättre förstå hur förbättrad selektivitet för fenoler och kolväten förstärker effekten av kolkatalysatorer på biooljans egenskaper och aktiveringsenergi.

Hur RMIT testade PYROCO biochar-katalysatorn

Ingenjörerna genomförde flera tester för att säkerställa att deras studie var korrekt.  Teamet började med att skapa katalytisk pyrolys i en kvartsrörreaktor på 27 mm × 680 mm och en carbolite-ugn. En keramisk filter med en porositet på 3 (16–40 μm) användes som gasfördelningsplatta. Den placerades 320 mm ovanför reaktorns botten innan värme applicerades.

Reaktorn visade några intressanta resultat. Ingenjörerna noterade bland annat att de kunde minska kemisk förorening under pyrolys med sin avancerade strategi. Detta tillvägagångssätt eliminerar högutsläpps kemikalier och ersätter dem med lågutsläpps biochar.

Dessutom visade teamet att kolkatalysatorer spelar en avgörande roll för avkastningen av bioolja. En del av denna effektivitet beror på hur den nya biocharen underlättar de deoxygenerings- och dekarboxyleringsreaktioner som krävs.

Hur PYROCO minskar utsläpp och förbättrar biooljens kvalitet

Det finns många fördelar som pyrolysstudien ger till marknaden. Den största fördelen är att den erbjuder ett värdefullt grönt alternativ till status quo. Denna process kan användas för att avlägsna oönskade kemikalier och andra föroreningar från olika platser.
Teamet hävdar redan att tekniken potentiellt kan förstöra 99,99 % av PFAs i bioslam. Detta skulle göra deponier mycket säkrare. Dessutom, genom att omvandla detta material till PFA-fri biochar, öppnas dörren för flera användningsscenarier som överensstämmer med regeringarnas globala mål om nettonoll koldioxidutsläpp.

Verkliga tillämpningar för PYROCO och kommersialiseringsplaner

Det finns flera verkliga tillämpningar för denna teknik. Den erbjuder ett hållbart sätt att minska koldioxidutsläpp genom att ersätta produkter med höga utsläpp. Här är några andra verkliga tillämpningar som kan ha en positiv inverkan på ekonomin.

Industriell

Den förbättrade biocharen kan bli en kritisk komponent i den hållbara leveranskedjan för biooljor. Dessa material är redan viktiga i produktionen av kemikalier som harts, smörjmedel och tillsatser. Denna studie kan hjälpa till att minska kostnader och förbättra produktiviteten i industrisektorn.

Denna marknad använder biochar som en värdefull katalysator i mer komplexa industriella processer. Därmed kan sänkning av kostnaden och förbättring av biocharens kvalitet leda till högre avkastning.

Ingenjörerna uppgav att deras forskning är produktionsklar. De undersöker för närvarande sätt att ta tekniken till kommersiell skala. Dessutom, när man ser närmare på marknadens finanser, kan man se att biochar förväntas nå en global marknadspotential på 3,3 miljarder dollar nästa år. Alla dessa faktorer pekar mot en snabb implementering av tekniken under de kommande månaderna och åren.

Vem utvecklade PYROCO? Möt forskarteamet

RMIT University ledde Pyroco-studien. Den samarbetade nära med ingenjörer från South East Water, Intelligent Water Networks och Indian Institute of Petroleum. Rapporten listar specifikt Ramandeep Kaur, Bhavya B. Krishna, Nimesha Rathnayake, Thallada Bhaskar och Kalpit Shah som huvudbidragsgivare.
Imponerande nog fick Pyroco-studien finansiering från ett bidrag på 3 miljoner dollar från den australiensiska regeringen. Finansieringen kommer att gå till ett vattenfiltreringsverk som kommer att använda systemet för att omvandla behandlat avloppsvatten (bioslam) till en kolrik produkt kallad biochar.

Aktieprofil: Ett kemiskt företag att hålla ögonen på

Biobränslesektorn växer, med fler tillverkare som söker skapa hållbara alternativ till kritiska industriella system som används idag. Dessa företag använder forntida processer som pyrolys, kombinerade med den senaste teknologin, för att skapa renare och mer effektiva alternativ. Här är ett företag som fortfarande har en pionjäranda på marknaden.

Olin Corporation

Olin Corporation (OLN ) gick in på marknaden 1892. Denna USA-baserade kemikalieleverantör har vuxit till ett ansedd aktiealternativ. Företaget verkar i tre marknader under varumärkena Chlor Alkali Products och Vinyls, samt Winchester. Det sistnämnda är det du förmodligen redan har hört talas om på grund av deras långa historia inom skjutvapensektorn.

Chlor Alkali Products- och Vinyls-segmenten erbjuder en rad produkter, inklusive perkloroetylengas, saltsyra, vinylklormonomerer, metylklorid, metylenglyklar, kloroform, koltetraklorid och väte. Företaget har en stor kundbas med kunder i USA, Europa, Asien‑Stilla havet, Latinamerika och Kanada.

Senaste om Olin Corporation

Pyroco – Att göra pyrolys billigare kan förbättra livet för miljoner

När du undersöker hur utbredd pyrolys är i en mängd industriella uppgifter kan du se hur denna utveckling kan hjälpa till att sänka kostnader och förbättra hållbarheten på ett betydande sätt. Därför förtjänar detta ingenjörsteam beröm för sin uppfinningsrikedom och beslutsamhet. Nu strävar teamet efter att skala upp sin process för att göra en verklig skillnad.
Läs om annan energiteknik här.

Studier som refereras:

^{1. Kaur, R., Krishna, B. B., Rathnayake, N., Bhaskar, T., & Shah, K. (2024). Roll av kolkatalysator för att förbättra pyrolysvaporer från förbrukad Eucalyptus nicholii-biomassa: Mot hållbar fenolproduktion. Renewable Energy, 214, 1239–1250. https://doi.org/10.1016/j.renene.2024.01.180}