达到污水和食品废物生物换档过程的主要里程碑

反应器将湿废物转化为生物原油

这种反应器将湿法变成生物侵蚀,这反过来又喂养了将生物化成燃料的精炼步骤。信用:Andrea Starr |太平洋西北国家实验室

Biocrude通过了2000小时的催化剂稳定性测试

将生物化的大型示范转换为可再生柴油燃料已通过显着的测试,连续运行超过2000小时而不会减少效率。由美国能源部领导的科学家和工程师在西北国家实验室进行了研究,表明该过程足以处理多种原材料而不发生。

“生物化石油来自许多不同的来源,包括底特律的废水污泥,以及从监狱和军队收集的食物垃圾,”联合生物化学研究所的PNNL科学家和联合主任,PNNL和华盛顿州立大学。“研究表明基本上,任何生物原油,无论湿废物来源,都可以在这个过程中使用,催化剂在整个过程中保持强劲。虽然这只是展示健壮性的第一步,但却是重要的一步。”

NextGenRoadFuels是由欧盟研究与创新框架计划(EU Framework Programme for Research and Innovation)资助的一个欧洲财团,它在一次虚拟会议上首次描述了这一里程碑。它解决了将生物原油(一种碳基聚合物的混合物)转化为生物燃料的需要。在短期内,大多数人预计这些生物燃料将被进一步提炼,然后与石油燃料混合,用于驱动汽车。

美国国家自然科学实验室的工程师兼项目经理迈克尔•索尔森表示:“为了让业界考虑投资生物燃料,我们需要这些展示过程持久性和灵活性的演示。”

从生物原油到生物燃料的关键转化

正如从石油中提取的原油必须经过提炼才能用于汽车一样,生物原油也需要被提炼成生物燃料。这一步骤提供了关键的“最后一英里”,这一过程从可再生能源开始,如农作物残留物、食品残留物、林业副产品、藻类或污水污泥。在最近的一次演示中,生物原油的来源多种多样,包括从华盛顿州塔科马附近的刘易斯-麦科德联合基地回收的转化食物垃圾。位于华盛顿州康奈尔市的郊狼岭矫正中心。该过程的第一步,称为水热液化,是美国国家科学院和国家实验室的科学家和工程师团队正在积极开展一些示范项目。

生物废料转化为生物燃料的过程

污水处理和废弃食品产生的湿废物可以为一种被称为水热液化的创新工艺提供原料,该工艺将含碳分子转化并浓缩为液体生物原油。然后,这种生物原油经过加氢处理,生产出用于运输的生物衍生燃料。图片来源:迈克尔·帕金斯|太平洋西北国家实验室

“最后一英里”示范项目在华盛顿州里奇兰的生物产品、科学与工程实验室进行。华盛顿州立大学三城校区。83天,反应堆技术员Miki Santosa和监督员Senthil Subramaniam向精心打磨和高度控制的反应堆条件中源源不断地注入生物原油。加氢处理过程将氢引入催化过程中,去除生物原油中的硫和氮污染物,产生可燃的长链烷烃最终产物,而长链烷烃是汽车发动机的理想燃料。化学家玛丽·斯维塔对这种生物燃料产品进行了分析,以确保它符合适合汽车使用的标准。

分析化学家Marie Swita测试生物燃料样品以测量纯度

分析化学家Marie Swita测试生物燃料样品以测量纯度。图片来源:Andrea Starr |太平洋西北国家实验室

将碳转移到新用途

“加工食品和污水废料流提取有用燃料的几个目的,”龙龙说。食物废物含有碳。送到垃圾填埋场时,食物废物被释放甲烷气体,有效的温室气体和气候变化贡献者的细菌分解。将碳转移到另一种用途可以减少石油燃料的使用,并具有减少甲烷排放的增加的益处。

这个项目的目的是要证明这种商业上可用的催化剂经得起数千小时的连续处理,这是使生物燃料成为减少世界碳足迹的现实贡献者所必需的。但Thorson指出,这也表明,不管生物原油的来源是什么,生产出来的生物燃料产品都是高质量的——这是该行业的一个重要因素,因为该行业可能会从不同的区域来源加工生物原油。

贾斯汀计费

图中是贾斯汀·比林(Justin Billing)和他在太平洋国家实验室(pnl)的同事们正在推进将不同种类的材料(包括食物垃圾)转化为生物燃料的技术和方法。图片来源:Andrea Starr |太平洋西北国家实验室

事实上,知道把生物原油运送到处理设施可能会很昂贵,建模者正在寻找可以从当地中心的各种来源收集农村和城市垃圾的地区。例如,他们正在评估密歇根州底特律市方圆50英里内可用的资源。在那里,潜在的生物原料来源可能包括食物垃圾、污水污泥和食用油垃圾。在可以收集食物垃圾并将其从垃圾填埋场转移出去的地区(就像目前回收利用的方式一样),一个加工工厂的规模可能是农村地区的10倍,为实现生物燃料的成本和减排目标提供了重大进展。

商业生物燃料即将问世

美国和欧洲的投资团体都在密切关注持续运营时间等里程碑式事件。欧美已经制定了雄心勃勃的目标,包括到2050年成为首个气候中性的大陆,到2030年实现温室气体排放量减少55%。Holladay说:“欧洲的一些示范项目旨在未来几年将这一过程商业化。”

该研究小组的下一步工作包括从各种废物流中收集更多的生物原油来源,并对生物燃料的产出进行质量分析。在一项新的合作中,太平洋国家实验室将与一家商业废物管理公司合作,评估来自许多来源的废物。最终,该项目将形成一个收集各种肥料和污泥结果的数据库,这将有助于决定如何经济地扩大设施规模。

Thorson说:“由于这一过程至少有四分之三的投入和产出由水组成,任何工业规模的最终成功都需要包括处理废水的计划。”这也是一个活跃的研究领域,在许多地方都有许多可行的污水处理设施可供选择。

能源部的生物能源技术办公室在支持这一项目以及使生物燃料可行所需的各种技术方面发挥了重要作用。

2的评论关于“污水及食物废物生物转化过程已达重大里程碑”

  1. 目标是发电燃料,为电动汽车的电池充电,这似乎是在雷达上,特别是在底特律地区?

  2. 这需要进行改造,以便图中显示的固体废物是纯生物炭。生物炭不仅在工业和农业应用中非常有用,它还能从大气中隔离碳。事实上,它是纯碳,几千年都不会重新进入碳循环。

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