کاربرد فرایند پیرولیز کاتالیزی در بهبود روغن‌ زیستی

بر اساس مقاله انتشار یافته در مجله زیست‌توده و زیست‌انرژی، گروهی از محققان ایرانی و چینی در مطالعه‌ای مشترک به بررسی ارتباط رفتارهای کاتالیزوری اکسیدهای فلزات واسطه در فرایند پیرولیز کاتالیزی چوب صنوبر پرداختند. بررسی‌های انجام شده روی انواع مختلف اکسیدهای فلزی نمایانگر اثرات متفاوتی بر این فرایند بودند و همچنین توانایی ته‌نشینی ضدکربنی متفاوتی داشتند. توجه به این عوامل در توسعه کاتالیزورهای مبتنی‌بر اکسید فلزی بسیار حائز اهمیت است.

کاهش ذخایر منابع سوخت فسیلی و همچنین آلودگی مرتبط با استفاده از سوخت‌های فسیلی، دانشمندان سراسر جهان را جهت توسعه مسیرهایی پایدار برای تولید سوخت‌های تجدیدپذیر و سازگار با محیط‌زیست ترغیب کرده است. منابع انرژی یا سوخت‌ها برای جایگزینی سوخت‌های فسیلی باید فراوان، در دسترس، تجدیدپذیر و دارای ضایعات کم کربن باشند که زیست‌توده با تمامی این شرایط منطبق است.

از میان فناوری‌های مختلف، فرایند پیرولیز کارآمدترین مسیر برای تبدیل زیست‌توده است. با این وجود، از روغن‌ زیستی -حاصل از فرایند تبدیل زیست‌توده جامد- به‌دلیل ویژگی‌هایی نظیر میزان اکسیژن بالا، ناپایداری زیاد و گرمای سوختن پایین نمی‌توان مستقیماً به‌عنوان سوخت موتور استفاده کرد. برای بهبود ویژگی‌های روغن زیستی، فرایند پیرولیزی کاتالیزوری مورد توجه قرار گرفت.

به‌گفته ژون هوآ (Xun Hua) و مرتضی قلی‌زاده –نویسندگان مسئول-: “در این مطالعه، تمرکز روی رفتارهای کاتالیزوری اکسیدهای فلزات واسطه برای چوب صنوبر بوده است. اکسیدهای فلزی شامل CoO ،Cr₂O₃ ،CuO ،Fe₂O₃ ،Mn₂O₃ ،NiO، TiO₂ ،V₂O₅ و CeO₂ به‌عنوان کاتالیزور انتخاب شدند؛ و اثرات کاتالیزورهای مختلف بر توزیع و ترکیب محصول و ویژگی‌های کُک تشکیل شده به‌طور کامل مورد بررسی قرار گرفت.”

اکسیدهای فلزی اغلب در فرمولاسیون کاتالیزور‌های فرایند پیرولیز کاتالیزوری زیست‌توده مورد استفاده قرار می‌گیرند و اثرات قابل‌توجهی بر این فرایند دارند. آنها سبب جلوگیری از شکستن بیشتر مولکول‌های محصولات اولیه، افزایش تولید قطران و کاهش تولید گاز به‌ویژه برای کاتالیزورهای مبتنی‌بر Ti و Ni شده‌اند. این فرایند، در کاتالیزورهای مبتنی‌بر V ،Mn ،Ti و Co، تمایل به تولید روغن‌های سنگین و در کاتالیزورهای مبتنی‌بر Ce ،Cr ،Cu و Fe تمایل به تولید روغن‌های سبک‌تر داشته است.

اکسیدهای فلزی همچنین بر تغییر ترکیبات مجزای روغن زیستی تأثیرگذار هستند. اکسیدهای فلزی -به‌جز Fe₂O₃– سبب افزایش تشکیل الکل‌ها، فوران، کتون‌ها، استیک اسید و فنول‌ها در روغن‌زیستی شدند. کاتالیزورهای مبتنی‌بر Fe مانع از تشکیل اتیلن گلیکول، فوران‌ها، کربوکسیلیک اسیدها و آلدهیدهایی نظیر استالدهید یا هیدروکسیل استالدهید شدند اما تأثیر زیادی بر تشکیل هیدروکسیل استون و استرها نداشتند.

به‌طور کلی تشکیل هیدروکسیل استون توسط کاتالیزورهای اکسیدی به‌دلیل پایداری بیشتر کتون‌ها نسبت به آلدهیدها، افزایش یافت. آلدهیدها مانند هیدروکسیل آلدهیدها بسیار واکنش‌پذیر بوده و تشکیل آنها فقط بر روی کاتالیزورهای مبتنی‌بر Cu یا Ti افزایش یافت. همچنین کُک –زغال‌سنگ سوخته- قابل‌توجهی بر روی کاتالیزورهای مبتنی‌بر V ،Mn ،Cu و Co تشکیل شده است.

ویژگی‌های مشترک این کاتالیزورها در ظرفیت‌های چندگانه آن‌ها را قادر می‌سازد تا حدی کاهش یابند (احیاء شوند). اعتقاد بر این است که مکان‌های خالی اکسیژن نقش مهمی در پلیمریزاسیون مواد فرار و ناپایدار تولیدشده از فرآیند پیرولیز ایفا می‌کنند.