Storskala konvertering av biomasse til bio-olje og fraksjonering til veldefinerte produkter

Abstract

Dagens internasjonale samfunn har et stort forbruk av energi, og energibehovet øker kraftig med økt industrialisering ogteknologisk utvikling. Fossile energikilder har i stor grad dekket dette behovet i mange år, men dette høye forbruket av fossil energi produserer store mengder klimagasser som akkumulerer i atmosfæren. Høye konsentrasjoner av gasser som CO2 i atmosfæren fører til en sterkere drivhuseffekt og en oppvarming av atmosfæren og jordkloden. Konsekvensene av denne globale oppvarmingen kan være svært ødeleggende og det er derfor av stor interesse å finne alternative, bærekraftige energikilder som kan erstatte de fossile energikildene. Et mulig alternativ som kan erstatte fossil råolje er biooljer produsert fra lignocellulosisk biomasse. Lignin er en bestanddel av lignocellulosisk biomasse som ikke er effektivt benyttet i dagens biomasse industri. Den kjemiske strukturen til lignin gjør at lignin kan konverteres til bioolje via termokjemiske prosesser som LtL-solvolyse. LtL solvolyse depolymeriserer og hydrodeoksygenerer lignin til en fenolrik bioolje og fra biooljen kan blant annet plattformkjemikalier til bruk i kjemisk industri deriveres. I denne oppgaven blir det undersøkt hvordan bruk av ulike katalysator på LtL-solvolyse, i 5 L skala, påvirker utbyttet av bioolje under ulike reaksjonstemperaturer. En ønsket effekt av katalysert LtL-solvolyse er at høye oljeutbytter kan oppnås ved lavere reaksjonstemperaturer, uten at biooljens kvalitet påvirkes negativt. LtL-solvolyse blir gjennomført med vann som reaksjonsmedium, maursyre som hydrogendonor. De to reaksjonstemperaturene 305 °C og 350 °C ble benyttet for å teste tre ulike katalytiske betingelser. Katalysatorene goethitt og ruthenium på alumina ble testet, sammen med ukatalysert LtL-solvolyse. Ruthenium på alumina var katalysatoren som gav best det høyeste oljeutbytte i eksperimentene. Med en reaksjonstemperatur på 305 °C resulterte denne reaksjonen i et oljeutbytte på 72,2 vektprosent av ligninet. For å analysere biooljenes sammensetning blir elementanalyse og GC-MS benyttet.I tillegg til LtL-eksperimentene ble to metoder for fraksjonering av bioolje, enkel vakuumdestillering og fast fase ekstraksjon, testet på biooljene. GC-MS brukes også for å analysere oljefraksjonene og vurdere effekten av fraksjoneringsmetodene. Resultatene viser at enkel vakuumdestillering kan separere lavt kokende forbindelser fra de fenoliske komponentene, men er ikke tilstrekkelig for fraksjonering av de fenoliske forbindelsene. Fast fase ekstraksjon viser bedre separasjon mellom forbindelser med ulik polaritet.