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新的催化工艺将可再生和废碳转化为更清洁,高性能的柴油生物燃料混合原料

来源:(美国)国家可再生能源实验室

通过(美国)国家可再生能源实验室(NREL)和两个美国能源部(DOE)财团之间的合作,开发了一种新型单相催化剂,该催化剂能够将可再生碳和废碳转化为可持续柴油燃料。 (ChemCatBio)和燃料和发动机的协同优化(Co-Optima)计划。

研究人员使用还原醚化化学方法将源自微生物羧酸的醇和酮底物转化为醚生物共混物,以便与常规柴油混合使用。新的此类连续催化工艺旨在降低相对于间歇化学(现有技术)的生产成本。当新燃料与基础设施的潜在兼容性和相对于化石柴油的温室气体排放量的减少相结合时,它大大降低了引进新技术所固有的风险。更重要的是,随着对柴油的需求不断上升,这种燃料有助于以可持续的方式满足这一需求。

关于该研究的新的绿色化学文章“用于柴油生物混合原料还原醚化的单相催化”扩展了以前开发高性能柴油生物燃料的工作。去年秋天,NREL和Co-Optima确定了一种有前途的新型生物共混物4-丁氧基庚烷,它利用生物质中的氧气来生产高性能柴油。还原醚化过程使用单相催化剂更有效地生产4-丁氧基庚烷。

NREL研究人员,论文的作者之一德里克·瓦尔登(Derek Vardon)解释说:“通过这项研究,我们寻求制定一种适用于可再生能源和废物转化为能源技术的新生物燃料转化工艺。”

研究人员在这项工作中面临新的挑战,因为催化剂必须同时执行两种功能,即在一个过程中混合金属位点和酸位点。一个商业行业的合作伙伴协助该团队在催化剂载体内获得了适量的酸度,而研究团队则转向了钯金属纳米颗粒以将这些分子化学偶联在一起。

单相催化剂的一个有前途的特征是其再生性能。尽管过程化学方法可产生低烟灰指数的清洁燃烧的生物燃料,但值得注意的是催化剂随时间的稳定性,甚至在再生时变得更具活性。高稳定性对于必须持续多年才能实现经济和环境可持续性的工业催化剂至关重要。

研究人员正在继续研究和改进这一过程。尽管钯是有效的,但它也很昂贵。该团队正在探索钯的功能,以确定需要多少贵金属。此外,研究人员正在测试催化剂如何与更复杂的废料一起使用,这些废料除了生成4-丁氧基庚烷外,还会生成醚的混合物。

“我们相信我们对为什么我们需要更大的钯金属位点以适应偶联化学有很好的了解,” Vardon说。 “我们的下一步是与Argonne国家实验室合作,对表面发生的事情进行原子分析,以帮助我们设计下一代高性能,低成本的催化剂材料。通过利用整个(美国)国家实验室系统的独特技术和分析功能,我们正在解决关键挑战,以帮助推动生物燃料向市场推广。”

绿色化学文章的作者包括Varen,包括来自NREL的Glenn Hafenstine,Nabila Huq,Davis Conklin,Matthew Wiatrowski和Xiangchen Huo,以及来自Oak Ridge国家实验室的Guo Qianying和Kinga Unocic。

该小组的研究部分由美国能源部能源效率和可再生能源办公室的车辆技术办公室和生物能源技术办公室提供资金。该项目还与ChemCatBio财团合作,该财团克服了将生物质和废物资源转化为燃料,化学物质和材料的催化挑战,以及Co-Optima倡议,该倡议着重于燃料和发动机的同时创新。可以改善燃油经济性和车辆性能,同时减少排放。

原文链接:https://www.nrel.gov/news/program/2020/new-catalytic-process-turns-renewable-and-waste-carbon-into-cleaner-high-performance-diesel-biofuel-blendstock.html

声明:本文由 Cpolymer 编译,中文内容仅供参考,一切内容以英文原版为准。

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