• Facebook
  • LinkedIn
  • KONTAKT
  • ANNONCERING
  • OM KEMIFOKUS
  • PARTNERLOGIN

KemiFOKUS

Fokus på kemi

  • Analytisk kemi
  • Arbejdsmiljø/Indeklima
  • Bioteknologi
  • Branchenyt
  • Energi
  • Fødevarekemi
  • Historisk kemi
  • Kemiteknik
  • Kemometri
  • Klima og miljø
  • Lovgivning og patenter
  • Medicinalkemi
  • Nanoteknologi
  • Organisk kemi

Kemiteknik01. 02. 2018 | Katrine Meyn

Fremstilling af CO2-neutral benzin og diesel

Kemiteknik01. 02. 2018 By Katrine Meyn

– ved katalytisk hydropyrolyse af biomasse – en spændende teknologi med mulighed for energilagring.

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2018 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder.

Læs originalartiklen her

Af Magnus Zingler Stummanna, Martin Høja, Peter Arendt Jensena, Jostein Gabrielsenb, Lasse Røngaard Clausenc og Anker Degn Jensena

a Institut for Kemiteknik, DTU
b Haldor Topsøe A/S
c Institut for Mekanisk Teknologi, DTU

Siden 1965 er verdens energiforbrug mere end femdoblet og forbruget forventes at fortsætte med at stige i fremtiden. Imens mindskes reserverne af fossilt brændstof hastigt og CO2-udledningen fra forbrændingen af fossile brændstoffer medfører global opvarmning. Vi har derfor brug for hurtigt at finde bæredygtige måder at producere flydende brændstoffer til transportformål, i særdeleshed til fly og lastbiler.
En af de mest udbredte vedvarende energiteknologier er vindmøller. Vindenergi udgjorde 42% af Danmarks forsyning af elektricitet i 2015, men ulempen ved vindmøller er, at elproduktionen fluktuerer, hvilket allerede nu resulterer i, at der i perioder produceres mere strøm, end vi bruger, og i andre perioder ikke produceres nogen væsentlig mængde vindmøllestrøm. Andre vedvarende energikilder såsom sol- og bølgeenergi har samme ulempe. Der er derfor behov for nye effektive metoder til at lagre overskydende energi.
En måde at lagre denne overskydende energi på er at bruge den i omdannelse af biomasse, såsom træ, halm og alger, til flydende kulbrinter der kan lagres og bruges i den eksisterende transportinfrastruktur. Dette kan gøres ved hjælp af katalytisk hydropyrolyse. Olie produceret fra biomasse er i modsætning til fossil olie i udgangspunktet CO2-neutralt, hvis den fremstilles fra bæredygtigt producerede skov- og landbrugsprodukter.

Kendte teknologier sættes sammen til en ny proces
Pyrolyse er en kendt og velundersøgt proces, hvor biomasse hurtigt opvarmes til 500-550°C i en oxygenfri atmosfære. Derved nedbrydes biomassen til koks, bio-olie og gas. Den dannede bio-olie har imidlertid et højt indhold af vand og oxygenater som f.eks. sukkerfragmenter, carboxylsyrer, aldehyder og phenoler, hvilket gør, at den ikke er lagerstabil, at den danner fast koks ved opvarmning, har en lav pH-værdi og lav brændværdi i forhold til benzin og diesel. Ved hydrogenering kan bio-olien omdannes til en blanding af benzin og diesel ved at fraskille oxygen som vand. Dette gøres under højt tryk (op til 100 bar), moderat temperatur (250 til 350°C) og ved brug af en katalysator. Desværre har katalysatoren i denne proces en kort levetid. Dette skyldes, at den meget reaktive olie, som nævnt ovenfor, polymeriserer og danner koks, når den opvarmes, hvilket deaktiverer katalysatoren og tilstopper reaktoren.
I katalytisk hydropyrolyse kombineres pyrolyse og hydrogenering i ét trin. Dette gør, at de reaktive oxygenater reagerer med hydrogen på overfladen af katalysatoren, så snart de bliver dannet og derved passiveres de, før de polymeriserer og deaktiverer katalysatoren. Herved fjernes omkring 95% af oxygen i bio-olien og de resterende, mindre reaktive 5% kan fjernes ved at sende olien gennem en traditionel hydrogeneringsreaktor, som normalt bruges til at fjerne svovl fra fossil olie. Ud over olie dannes vand, der faseseparerer fra olien ved den efterfølgende kondensation, og der dannes lette gasser og en koksrest. Ved at brænde eller forgasse koksen kan man udnytte den til produktion af elektricitet eller fjernvarme. De lette gasser består blandt andet af metan, ethan og propan og kan derfor bruges som naturgas (SNG). Da dekarbonylerings- og dekarboxyleringsreaktioner også finder sted i katalytisk hydropyrolyse, dannes betydelige mængder CO og CO2, der kan udnyttes ved at hydrogenere dem til metan, evt. sammen med CO og CO2 fra forgasning af koksresten.
Katalytisk hydropyrolyse kan kobles med andre vedvarende energiteknologier, såsom vindenergi eller solenergi ved at fremstille den hydrogen, der bruges i processen via elektrolyse af vand. I katalytisk hydropyrolyse bliver hydrogen inkorporeret i olien og de lette gasser, og derved øges brændværdien af produkterne. Den hydrogen, der skal bruges i processen, kan alternativt fremstilles ved dampreformering af de lette gasser. Dette gør katalytisk hydropyrolyse til en fleksibel teknologi, som kan bruges til at lagre energi i flydende og gasformige brændstoffer, når der er overskud af vedvarende elektricitet eller hvile i sig selv ved recirkulering af de lette gasser. Processen er vist skematisk i figur 1.
Som nævnt kan den dannede koks forgasses og efterfølgende omdannes til (syntetisk) naturgas, og hvis dette kombineres med at producere den nødvendige hydrogen via elektrolyse vil man få de energiinput og output som vist i tabel 1. Derved opnås en samlet virkningsgrad for processen på 87%. Denne proces er derfor en effektiv måde at lagre overskydende energi på.

Hvor langt er vi med forskningen?
Forskningen gennemføres i projektet med titlen ”Hydrogen assisted catalytic pyrolysis – H2CAP”, som støttes af Innovationsfonden (Projekt nr.: 1377-00025A). Her har DTU Kemiteknik i samarbejde med Stanford University, Karlsruhe Institute of Technology og Haldor Topsøe A/S brugt de sidste fire år på at udvikle katalysatorer til processen og forstå, hvordan de opfører sig ved forskellige procesbetingelser [1]. På DTU Kemiteknik er der bygget et tryksat pilotanlæg til at undersøge katalytisk hydropyrolyse. Dette anlæg er det eneste af sin slags i Europa og blev taget i brug september 2016. Opstillingen har to reaktorer, et filter, et 3-trins kondensationssystem og en online gaskromatograf. Den første reaktor er en fluid bed-reaktor, og det er i denne reaktor, at den katalytiske hydropyrolyse finder sted. Reaktoren tilføres savsmuld og brint i bunden af reaktoren, hvor det bliver omdannet til olie, koks og gas, der straks kommer i kontakt med katalysatoren. Da kokspartiklerne er relativt lette, bliver de nemt revet med af gassen ud ad reaktoren og opsamlet i det efterfølgende filter. Katalysatoren er betydeligt tungere end koksen og forbliver derfor i fluid bed-reaktoren. Olien, der stadig er på gasform, og de lette gasser bliver sendt til den næste reaktor, hvor det sidste oxygen bundet i olien bliver fjernet.
Effekten af temperaturen i fluid bed-reaktoren og brinttrykket i begge reaktorer på olie-, gas- og koksudbyttet i forhold til den anvendte mængde træ er vist på figur 2. Når fluid bed-temperaturen øges, mindskes koksudbyttet, mens gasudbyttet stiger. Olieudbyttet er relativt uafhængigt af temperaturen og trykket, så længe temperaturen i fluid bed-reaktoren er over 400°C.
Olien, der produceres i fluid bed-reaktoren, har et oxygenindhold på ca. 1.8 wt %, hvilket reduceres til under 30 ppm efter HDO-reaktoren. Dette gør, at olien får en betydelig højere brændværdi end bio-olie produceret via almindelig pyrolyse, således at op til 58% af energien i biomassen ender i olien, mens resten ender i koksen og i gassen. Den kondenserede olie består af 20-40 volumen % benzin og 60-80 volumen % diesel.
Der mangler stadig meget forskning inden for katalytisk hydropyrolyse.
Indtil nu har vi benyttet molybdænsulfid-baserede katalysatorer, som man også bruger på raffinaderier til afsvovling af råolieprodukter. Det vil imidlertid være hensigtsmæssigt at benytte billigere katalysatorer. Af hensyn til udnyttelse af koksresten, vil katalysatorer, der ikke indeholder giftige stoffer, være at foretrække. Vi er derfor begyndt at udvikle sådanne billigere og ufarlige katalysatorer.

Kommercialisering
Kombinationen af katalytisk hydropyrolyse direkte efterfulgt af hydrogenering er opfundet af Gas Technology Institute (GTI) i samarbejde med CRI [2] og processen kommercialiseres under navnet IH2. GTI har lavet flere langtidsforsøg, hvor de har vist, at processen og katalysatoren er stabil [3], og man forventer at nå en produktionspris på ca. 4 kr. pr. liter olie [4]. Et demonstrationsanlæg med en kapacitet på 5 ton biomasse pr. dag er i øjeblikket ved at blive opført i Bangalore, Indien og det første kommercielle anlæg planlægges opført i det sydlige Norge [4].
Processen er også yderst relevant for danske forhold, hvor den vil kunne bidrage til lagring af energi fra fluktuerende fornybare energikilder som sol- og vindenergi under samtidig produktion af bæredygtige væske- og gasformige brændsler.

Referencer
1. M.Z. Stummann, M. Høj, C.B. Schandel, A.B. Hansen, P. Wiwel, J. Gabrielsen, P.A. Jensen, A.D. Jensen, Hydrogen assisted catalytic biomass pyrolysis. Effect of temperature and pressure, In preparation.
2. T.L. Marker, L.G. Felix, M.B. Linck, M.J. Roberts, Integrated hydropyrolysis and hydroconversion (IH2®) for the direct production of gasoline and diesel fuels or blending components from biomass, part 1: Proof of principle testing, Environ. Prog. Sustain. Energy. 31 (2012) 191–199. doi:10.1002/ep.10629.
3. T.L. Marker, L.G. Felix, M.B. Linck, M.J. Roberts, P. Ortiz-Toral, J. Wangerow, Integrated Hydropyrolysis and Hydroconversion (IH2) for the Direct Production of Gasoline and Diesel Fuels or Blending Components from Biomass, Part 2: Continuous Testing, Environ. Prog. Sustain. Energy. 33 (2013) 762–768. doi:10.1002/ep.11906.
4. http://www.biofuelsdigest.com/bdigest/2017/11/15/2-25-per-gallon-biohydrocarbon-fuels-unsubsidized-biozin-licenses-ih2-technology-heads-for-commercial-scale-in-norway/ (accessed December 7, 2017).

 

Skrevet i: Kemiteknik

 

Seneste nyt fra redaktionen

Flere midler til Unibios metan-til-protein produktionsteknologi

Branchenyt13. 12. 2019

Unibio International plc har rejst yderligere kapital fra Mitsubishi Corporation. - Vi er meget glade for at byde Mitsubishi velkommen som aktionær og partner, udtaler Unibio Group CEO Henrik Busch-Larsen. Med hensyn til den alternative proteinforretning, som Mitsubishi Corporation vil udvikle

Tog daglige prøver fra å-løb i 79 år

Aktuelt11. 12. 2019

Ofte tager videnskabelige resultater tid, men det er alligevel de færreste resultater, der bunder i daglige prøvetagninger gennem hele 79 år. Det er ikke desto mindre tilfældet i forbindelse med et studie, der gik ud på at finde ud af, hvorfor svenske søer og vandløb bliver mere og mere brune med

To farlige sprøjtemidler forbydes nu i EU

Branchenyt10. 12. 2019

Efter stort pres fra Danmark er det lykkedes at få vedtaget et EU-forbud mod brug af chlorpyrifos og chlorpyrifos-methyl, der er mistænkt for at skade arveanlæggene og hjernens udvikling hos børn og fostre, det skriver Miljø- og Fødevareministeriet i en pressemeddelelse. Sprøjtemidlerne

Teknologi kan forlænge frugt og grønts holdbarhed

Branchenyt10. 12. 2019

I forsøget på at begrænse madspild tester Salling Group, som de første i Danmark, nu en ny teknologi, der kan beskytte og forlænge holdbarheden på grøntsager og frugter markant. Det sker ved hjælp af en usynlig, spiselig plantebelægning, der tilføres fødevarernes overflade, så de ganske enkelt

Frank Møller Aarestrup blandt verdens mest indflydelsesrige

Branchenyt10. 12. 2019

Professor og antibiotikaresistensekspert Frank Møller Aarestrup fra DTU Fødevareinstituttet er ifølge Clarivate Analytics blandt de mest indflydelsesrige videnskabsfolk i verden. Det amerikanske analysefirma Clarivate Analytics offentliggør hvert år en ”Highly Cited Researchers”-liste over

Det Europæiske Forskningsråd giver 135 mio. kr. til danske forskere

Branchenyt10. 12. 2019

Ni topforskere fra Danmark har netop tilsammen modtaget 135 millioner kroner til banebrydende forskning. De ni bevillingsmodtagere fordeler sig med fem på Københavns Universitet (KU), tre på Aarhus Universitet (AU) og en på Danmarks Tekniske Universitet (DTU). Forskernes banebrydende idéer

Kemien i gin

Aktuelt10. 12. 2019

Julefrokosterne er i gang og måske har du også suppleret julesnapsen med gin og tonic. Gin indeholder en masse forskellige terpener, som hovedsageligt stammer fra de enebær, der bruges i ginproduktionen. Hertil kan blandt andet nævnes limonen og pinen. Synes du, at gin smager lidt af gran, er

Tyggegummi viser vejen til graviditet

Top10. 12. 2019

Tyg lidt tyggegummi, se på dets farve, og så er det ellers bare at hive fat i manden. Det handler om øget chancer for at blive gravid og en idé, der så at sige er undfanget på Københavns Universitet af et ungt forskerhold som deres adgangsbillet til de uofficielle verdensmesterskaber i

De vigtige 8 T’er for startups

BranchenytTop04. 12. 2019

Mange nye idéer ser første gang dagens lys på universiteterne, men vejen fra idé til en succesfuld virksomhed kan være lang. Det afhænger naturligvis af virksomhedens type og kapitalkrav. Handler det om kapitaltunge virksomheder inden for bioteknologi kan løsningen med venturekapital være vejen

Dansk bioenergi omsætter for 39 milliarder kroner

Branchenyt04. 12. 2019

Bioenergi får større og større betydning i Danmark, og antallet af virksomheder, der beskæftiger sig med bioenergi, vokser støt, viser en kortlægning foretaget af DI Bioenergi og Innovationsnetværket for Bioressourcer (INBIOM). Analysen af bioenergiens samfundsmæssige betydning for Danmark viser,

Tilmeld Nyhedsbrev


Arkiv over seneste nyhedsbreve




Få fuld adgang til indlægning af egne pressemeddelelser...
Læs mere her

/Nyheder

  • DiaLabXpo

    DiaLabXpo vil være med til at bringe dansk Life Science ind i fremtiden

  • Holm & Halby

    Fokus på laboratoriefrysere, racks og serviceydelser

  • Holm & Halby

    Dansk producent af LAF hos Holm & Halby

  • DENIOS ApS

    Du må Oluf Sand(e), at det er saltetid

  • LABDAYS – Fagmesse for Laboratorieteknik

    Laboratorieteknik for alle

  • DiaLabXpo

    Derfor skal du være en del af DiaLabXpo 2020

  • DENIOS ApS

    Gå glad i nødbrusebad og syng jubiduæh

  • DENIOS ApS

    Kender I den om DENIOS, DENIOS med den røde tud?

  • LABDAYS – Fagmesse for Laboratorieteknik

    Spændende faglige events med Dansk Laborant-Forening

  • A/S Ninolab

    Smart2Pure Pro – Vandanæg fra Thermo Fisher

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›

Seneste Nyheder

  • Flere midler til Unibios metan-til-protein produktionsteknologi

    13.12.2019

  • Tog daglige prøver fra å-løb i 79 år

    11.12.2019

  • To farlige sprøjtemidler forbydes nu i EU

    10.12.2019

  • Teknologi kan forlænge frugt og grønts holdbarhed

    10.12.2019

  • Frank Møller Aarestrup blandt verdens mest indflydelsesrige

    10.12.2019

  • Det Europæiske Forskningsråd giver 135 mio. kr. til danske forskere

    10.12.2019

  • Kemien i gin

    10.12.2019

  • Tyggegummi viser vejen til graviditet

    10.12.2019

  • De vigtige 8 T’er for startups

    04.12.2019

  • Dansk bioenergi omsætter for 39 milliarder kroner

    04.12.2019

  • Nye lovregler på vej: Kvalitetsrengøring afgørende i Life Science

    04.12.2019

  • Grundstoffer fra A til Z: silicium

    04.12.2019

  • NERD! 300 millioner kroner til kreative forskeres vilde ideer

    03.12.2019

  • Pyrolyse-plasten vinder frem

    02.12.2019

  • Fæcestransplantation er ikke et gør-det-selv job

    02.12.2019

Alle nyheder ›

Læs Dansk Kemi online

Annoncering i Dansk Kemi

KONTAKT

TechMedia A/S
Naverland 35
DK - 2600 Glostrup
www.techmedia.dk

Telefon: +45 43 24 26 28
E-mail: info@techmedia.dk

Privatlivspolitik
Denne hjemmeside benytter cookies.Acceptér Reject Læs mere om vores brug af cookies her:Brug af cookies
Cookies

Necessary Always Enabled