КАТАЛИЗ В ПОЛУЧЕНИИ ТОПЛИВ И ПРОДУКТОВ НЕФТЕХИМИИ ИЗ БИОМАССЫ
(CATALYSIS IN PRODUCTION OF FUELS AND PETROCHEMICALS FROM BIOMASS)
(научный руководитель чл.-корр. РАН профессор )
РГУ нефти и газа им.
Поиск новых и возобновляемых источников сырья для производства топлив и нефтехимических
продуктов является глобальной задачей, актуальность которой определяется как ограниченностью нефтяных и газовых ресурсов, так и экологическими проблемами, возникающими при добыче, транспортировке, переработке и использовании ископаемого сырья. Одним из перспективных путей решения этой задачи, отвечающим принципам «зеленой» химии, является создание новых каталитических процессов производства продуктов нефтехимии, базирующихся на возобновляемых сырьевых источниках, в первую очередь - неископаемом, неуглеводородном сырье, например, биомассе.
 |
целлюлозосодержащие растения" width="222" height="90"/>
Преимущества водорослей и грибов перед сельскохозяйственными культурами: · Непищевая биомасса, ее использование для производства топлив не представляет угрозы продовольственной безопасности; · Растут в 20–30 раз быстрее наземных растений; · Производят в 15–100 раз больше масла с гектара, чем альтернативные рапс, пальмовое масло, соя или ятрофа; · Отсутствие твердой оболочки и практически лигнина, технологически делает их переработку более простой и эффективной, чем переработка биомассы из любого наземного сырья; · Являются источниками масел, протеинов, углеводородов; · Водоросли растут в пресной, соленой воде или промышленных стоках, где используются для их очистки; · Водоросли можно выращивать промышленно в биореакторах или фотобиореакторах, освещаемых искусственными источниками света, либо в открытых резервуарах на некультивируемых почвах, включая пустыни (рис.1.). | Таблица 1. Масличные культуры. Удельное содержание масла и энергии (среднее содержание энергии масла культур принято равным 35,5 кДж/г)
Рис. 1. Промышленные биореакторы
Рис. 2. Посевные площади для замены нефтяного дизеля на биодизель из различных культур |
Ни одно из существующих наземных растений не в состоянии конкурировать с водорослями по эффективности фотосинтеза, лежащего в основе урожайности, по содержанию масел и, соответственно, энергии (Таблица 1). Это позволяет получать биотопливо из возобновляемого источника сырья и при этом сохранять посевные площади для производства продуктов питания, дефицит которых отмечается во всем мире (рис. 2.).
Водоросли интенсивно поглощают СО2 (до 90%) с выделением кислорода, следовательно уменьшают эмиссию углекислого газа, одного из основных компонентов парниковых газов. Поэтому культивирование липидопродуцирующих водорослей целесообразно осуществлять в привязке к промышленным предприятиям, в том числе к предприятиям нефтехимического комплекса, работа которых связана с выбросом в атмосферу больших объемов диоксида углерода и нерекуперируемого тепла, которое может быть эффективно использовано при создании благоприятных условий для размножения водорослей (рис.3). Таким образом, с помощью Солнца и водорослей углекислый газ можно успешно превращать в полезное сырье для производства энергоносителей.
Рис. 3. Система утилизации выбросов СО2 ТЭС в Niederaussem (ФРГ)
Однако переработка жиров растительного происхождения в настоящее время ограничивается в основном, их переэтерификацией метанолом, что приводит к получению низкокачественного биодизельного топлива (топлива первого поколения) и глицерина.
Мы предлагаем развить новый подход – использование катализа для комплексной переработки жиров растительного происхождения, продуцируемых преимущественно водорослями, в моторные топлива второго поколения и продукты нефтехимии. С этой целью начаты работы по созданию новых высокоэффективных и селективных катализаторов для превращения жиров растительного происхождения в биотоплива последнего поколения.
Помимо жиров растительного происхождения, которые можно переработать в органическое сырьё, из водорослей и грибов получаются значительные объёмы нелипидной биомассы, которую можно подвергать переработке в органическое сырье через стадию ферментации, использовать в качестве корма для животноводства
и других целей.
