藻类到原油:百万年的自然过程在实验室需要几分钟

2020-09-22 57藻类

藻类到原油:百万年的自然过程在实验室需要几分钟,工程师们创造了一种连续的化学过程,在将收获的海藻倒入几分钟后就能生产出有用的原油,这种海藻是一种绿色的绿色糊状物。

藻类到原油:百万年的自然过程在实验室需要几分钟

能源部太平洋西北国家实验室的工程师们的这项研究最近发表在《藻类研究》杂志上。位于犹他州的一家生物燃料公司genifuelcorp.已经批准了这项技术,并正在与一个工业伙伴合作,利用这项技术建造一个试验工厂。

在PNNL工艺中,湿藻浆被泵入化学反应器的前端。一旦系统启动并运行,不到一个小时就会流出原油,同时还有水和含有磷的副产品流,这些物质可以循环利用,以生长更多的藻类。

通过额外的常规精炼,海藻油可以转化为航空燃料、汽油或柴油。废水被进一步处理,产生可燃气体和钾、氮等物质,这些物质和净化后的水一起,也可以循环利用,以生长更多的藻类。

虽然藻类长期以来被认为是生物燃料的潜在来源,而且有几家公司已经在研究规模上生产藻类燃料,但预计这种燃料将非常昂贵。PNNL技术有效地利用了藻类的能源潜力,并采用了许多方法来降低藻类燃料的生产成本。

“成本是藻类燃料的最大障碍,”领导PNNL团队研究的实验室研究员道格拉斯·埃利奥特(Douglas Elliott)说我们相信,我们创造的工艺将有助于使藻类生物燃料更加经济。”

PNNL技术

PNNL的科学家和工程师通过将几个化学步骤组合成一个连续的过程,简化了藻类原油的生产,藻类到原油:百万年的自然过程在实验室需要几分钟。最重要的节约成本的一步是该工艺能处理湿藻。目前大多数的工艺都需要对藻类进行干燥处理,这一过程需要大量的能源,而且成本高昂。新工艺使用的藻类泥浆中含有高达80%到90%的水。

埃利奥特说:“在这一过程中,不必干燥藻类是一大胜利;这大大降低了成本。”另外还有额外的好处,比如能够从水中提取可用的气体,然后回收剩余的水和营养物,帮助生长更多的藻类,这进一步降低了成本。”

虽然其他一些研究小组也进行了类似的实验,从湿藻中提取生物燃料,但大部分工作是一次一批完成的。PNNL系统连续运行,每小时在研究反应器中处理约1.5升藻类泥浆。虽然这看起来并不多,但它更接近大规模商业生产所需的连续系统类型。

PNNL系统还消除了当今最常见的藻类加工方法所需的另一个步骤:需要使用己烷等溶剂进行复杂的处理,以从其余藻类中提取富含能量的油。相反,PNNL的研究小组对整个藻类进行研究,在高压下将其置于非常热的水中,将其分解成液体和气体燃料。

该系统在约350摄氏度(662华氏度)的压力下运行,压力约为3000磅/平方英寸,结合了水热液化和催化水热气化过程。埃利奥特说,这样一个高压系统不容易建造,也不便宜,这是这项技术的一个缺点,尽管后端节省的成本远远弥补了投资。

埃利奥特说:“这有点像使用压力锅,只是我们使用的压力和温度要高得多。”在某种意义上,我们正在复制地球上数百万年来将藻类转化为石油的过程。我们只是做得快得多。”

该过程的产品为:

•可转换为航空燃料、汽油或柴油的原油。在研究小组的实验中,海藻中超过50%的碳转化为原油中的能量,有时高达70%。

•干净的水,可重复利用以种植更多藻类。

•燃料气,可以燃烧发电,也可以清洁,以压缩天然气的形式制成汽车燃料。

•氮、磷、钾等营养素是藻类生长的关键营养素。

研究意义

Elliott已经在将近40年的时间里将水热技术和其他物质应用到木材芯片上。他开玩笑说,由于实验室里混合着泥土般的材料,加上不断的化学加工,他的实验室有时闻起来“像是脏袜子、臭鸡蛋和木头烟雾的混合物”——这是一种准确的评估。

自2008年以来,GenifeelCorp.一直与Elliott的团队密切合作,授权该技术,最初通过DOE的技术援助计划与PNNL合作评估该技术。

“这对genifeel和PNNL都是一次富有成效的合作,”genifeael总裁James Oyler说PNNL为生物质开发的水热液化工艺使藻类转化为生物燃料更加经济。Genifuel一直是改进这项技术并使其能够用于商业系统的合作伙伴。

奥勒补充说:“要使生物燃料与现有的石油基燃料具有成本竞争力,这是一项艰巨的挑战。”这是朝着正确方向迈出的一大步。”

最近的研究是美国能源部高级生物燃料和生物产品联盟(NAABB)的一部分。该项目由美国能源部能源效率和可再生能源办公室资助,由美国复苏和再投资法案基金资助。PNNL和Genifuel都是NAABB项目的合作伙伴。

关于这个过程的简短视频片段在https://www.youtube.com/watch?v=Qs0QZJ0rea0。

引用

DOE/Pacific Northwest National Laboratory. "Algae to crude oil: Million-year natural process takes minutes in the lab." ScienceDaily. ScienceDaily, 18 December 2013. www.sciencedaily.com/releases/2013/12/131218100141.htm.

上一篇下一篇