La biomassa è molto più complessa delle materie prime convenzionali e lo sviluppo dei catalizzatori necessari è tradizionalmente un processo lungo e complicato. Affinché l'Europa raggiunga il suo obiettivo a lungo termine di ridurre le emissioni di gas a effetto serra dell'80-95% entro il 2050, la conversione economica della biomassa in combustibili è essenziale.

Il progetto FASTCARD, finanziato dall'UE, ha utilizzato due percorsi diversi per rispettare gli impegni europei nella produzione di biocarburanti avanzati. La prima riguardava la 'liquefazione' della biomassa ed è la più vicina a competere economicamente con i combustibili fossili, mentre la seconda utilizzava la gassificazione della biomassa, che può essere economicamente difficile nel breve termine. "L'iniziativa ha integrato studi teorici fondamentali e approfondimenti condotti a livello molecolare con modelli e attività sperimentali svolte su scala pilota, " afferma il coordinatore del progetto, il dott. Duncan Akporiaye.

La ricerca ha consentito l'implementazione a breve e lungo termine della produzione avanzata di biocarburanti basata sull'industrializzazione rapida e che riduce il rischio di processi nanocatalitici tramite catene del valore a base di liquidi e gas. Il consorzio lo ha combinato con la modellazione a livello di progettazione microcinetica e di processo per comprendere meglio i meccanismi e l'economia alla base di questi processi. "Questi modelli aiuteranno a identificare promettenti catalizzatori di prossima generazione, così come nello scale-up dal laboratorio alla scala industriale, " spiega il dottor Akporiaye.

Prestazione migliorata

I ricercatori hanno sviluppato un nuovo "progetto razionale" per nanocatalizzatori basato su modelli matematici e fisici scalabili. Questo è stato utilizzato per prevedere le prestazioni delle materie prime biologiche per un migliore controllo. Hanno anche creato rilevanti a livello industriale, metodologie di downscaling approfondite per valutare l'impatto di diverse materie prime biologiche sulle prestazioni del catalizzatore. Secondo il dott. Akporiaye:"I modelli microcinetici possono essere applicati alle quattro fasi principali delle due vie verso i combustibili avanzati".

I partner del progetto hanno affrontato le principali sfide che influenzano l'efficienza e l'implementazione delle quattro fasi catalitiche chiave nei processi biobased. Hanno incluso il miglioramento della selettività e della stabilità nell'idrotrattamento (HT) e l'aumento del cracking catalitico cofluido (co-FCC) del contenuto di bio-olio, che formano entrambi la catena del valore liquido. L'uso di HT ha aiutato a sviluppare una nuova generazione di catalizzatori per produrre un co-feed alle unità FCC esistenti, minimizzando così il livello complessivo del trattamento. Le sfide includevano le prestazioni del catalizzatore nel ridurre il consumo di idrogeno, pressione e temperatura per migliorare la durata e aumentare la selettività in relazione alla rimozione dell'ossigeno.

La fase co-FCC è stata in grado di co-processare mangimi biologici e distillati di petrolio greggio in unità FCC, mostrando prestazioni simili o migliori di un catalizzatore FCC all'avanguardia, massimizzando il contenuto della miscela di mangimi. Il nuovo catalizzatore dovrebbe corrispondere alle specifiche per la stabilità idrotermale e ridurre l'uso di risorse strategiche come terre rare e metalli preziosi di almeno il 20 %.

Rischio ridotto

Gli scienziati hanno inoltre selezionato e testato catalizzatori di reforming degli idrocarburi (HC) in condizioni realistiche per la produzione di syngas dalla biomassa e hanno studiato l'effetto del nichel e/o del palladio con il ferro sulle proprietà catalitiche. Inoltre, la fase di Fischer Tropsch tollerante all'anidride carbonica è stata utilizzata per sviluppare nuovi catalizzatori destinati a piccoli impianti delocalizzati da 500-3 000 barili al giorno da biomassa a combustibile liquido, che ha migliorato la selettività C5+ HC e la stabilità al funzionamento a temperature più elevate, in condizioni fluttuanti di syngas. Ciò ha comportato un aumento della produttività, maggiore risparmio energetico e minori spese in conto capitale.

FASTCARD fornisce una maggiore comprensione del processo su scala pilota per i due percorsi chiave per i biocarburanti avanzati. "Il progetto aiuterà le aziende partecipanti a tradurre i risultati sperimentali precedentemente condotti su scala di laboratorio su scala pilota, riducendo così i rischi e le incertezze associati all'avanzamento verso la piena commercializzazione, " sottolinea il dottor Akporiaye.