生物原油通过 2,000 小时催化剂稳定性测试

将生物原油转化为可再生柴油燃料的大规模示范已通过重大测试，连续运行 2,000 多个小时而没有失去效力。由美国能源部太平洋西北国家实验室领导的科学家和工程师进行了这项研究，表明该过程足够强大，可以处理多种原材料而不会失败。

“生物原油来自许多不同的来源，包括底特律的废水污泥，以及从监狱和军队基地收集的食物垃圾，”PNNL 科学家兼联合生物产品研究所联合主任约翰霍拉迪说，该研究所是 PNNL 和华盛顿州立大学。“研究表明，基本上任何生物原油，无论湿废物来源如何，都可以在该过程中使用，并且催化剂在整个运行过程中保持稳健。虽然这只是证明稳健性的第一步，但它是重要的一步。”

该里程碑是在由欧盟研究与创新框架计划资助的欧洲财团 NextGenRoadFuels 组织的虚拟会议上首次描述的。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求。在短期内，大多数人预计这些生物燃料将被进一步精炼，然后与用于为车辆提供动力的石油基燃料混合。

PNNL 工程师兼项目经理 Michael Thorson 说：“要让行业考虑投资生物燃料，我们需要这些展示过程的耐用性和灵活性的演示。”

生物原油到生物燃料，关键的转化

正如石油来源的原油必须经过提炼才能用于车辆一样，生物原油也需要提炼成生物燃料。这一步骤提供了一个多步骤过程中至关重要的“最后一英里”，该过程从可再生能源开始，如作物残渣、食物残渣、林业副产品、藻类或污水污泥。在最近的演示中，生物原油来自多种来源，包括从位于华盛顿州塔科马附近的 Lewis-McChord 联合基地和位于华盛顿州康奈尔的 Coyote Ridge 矫正中心回收的转化食物垃圾。 PNNL 的科学家和工程师团队在许多示范项目中积极开展称为水热液化的工艺。

“最后一英里”示范项目在华盛顿州立大学三城分校华盛顿州里奇兰校区的生物产品、科学和工程实验室进行。在 83 天里，反应堆技术员 Miki Santosa 和主管 Senthil Subramaniam 将恒定流量的生物原油注入经过精心打磨和高度控制的反应堆条件。加氢处理过程将氢气引入催化过程，去除生物原油中的硫和氮污染物，产生长链烷烃的可燃最终产品，长链烷烃是车辆发动机中使用的理想燃料。化学家 Marie Swita 对生物燃料产品进行了分析，以确保其符合可用于车辆的标准。

将碳转移到新用途

“处理食物和污水废物流以提取有用的燃料有几个目的，”Thorson 说。食物垃圾含有碳。当被送到垃圾填埋场时，这些食物垃圾会被释放甲烷气体的细菌分解，甲烷气体是一种强效温室气体，是气候变化的促成因素。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额外好处。

该项目的目的是表明，市售催化剂可以承受数千小时的连续加工，这对于使生物燃料成为减少世界碳足迹的现实贡献者是必要的。但 Thorson 指出，这也表明，无论生物原油的来源如何，生产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，可能是加工来自各种区域来源的生物原油。

事实上，建模者知道将生物原油运输到处理设施可能成本高昂，因此正在研究可以从当地枢纽的各种来源收集农村和城市废物的区域。例如，他们正在评估密歇根州底特律 50 英里半径范围内的可用资源。在那里，潜在的生物原油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从垃圾填埋场转移的地区，就像目前收集回收一样，加工厂可能比农村地区大 10 倍，并在实现生物燃料成本和减排目标方面取得重大进展。

即将出现的商业生物燃料

美国和欧洲的投资者团体正在密切关注诸如持续运营小时数等里程碑事件，它们制定了雄心勃勃的目标，包括到 2050 年成为第一个气候中和大陆，到 2030 年实现温室气体排放量减少 55%。”欧洲的一些示范项目旨在在未来几年内将这一过程商业化，”霍拉迪说。

研究团队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，并分析生物燃料输出的质量。在一项新的合作中，PNNL 将与一家商业废物管理公司合作，评估来自多种来源的废物。最终，该项目将产生一个关于各种粪便和污泥的调查结果的数据库，这有助于决定如何经济地扩大设施规模。

“由于该过程的输入和输出至少有四分之三由水组成，因此任何工业规模扩大的最终成功都需要包括处理废水的计划，”Thorson 说。这也是一个活跃的研究领域，在许多地方为废水处理设施提供了许多可行的选择。

美国能源部的生物能源技术办公室在支持该项目以及使生物燃料可行所需的全部技术方面发挥了重要作用。