Hydrocracking catalitico di olio di jatropha su argilla naturale per bio

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 13419 (2023) Citare questo articolo

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Attualmente, la conversione della biomassa per produrre biocarburanti di alto valore come il biodiesel e il biocarburante per aerei ha suscitato interessi in forte espansione, se utilizzata per la sostituzione parziale dei combustibili petroliferi in rapporti diversi rappresenta una soluzione promettente a causa del problema dell’esaurimento delle riserve di petrolio e dell’ambiente. scopi. L'olio di Jatropha non commestibile può essere trasformato in biocarburante se sottoposto a idrocracking a pressione di idrogeno utilizzando un'argilla naturale attivata come catalizzatore in un reattore batch ad alta pressione. Il tipo di prodotto, la sua qualità e quantità dipendono dalle condizioni del processo come tempo di reazione, temperatura e tipo, forma e quantità di catalizzatore. Il presente lavoro si propone di studiare il processo di idrocracking dell'olio di Jatropha in diverse condizioni operative. Il catalizzatore è caratterizzato utilizzando SEM, FTIR, XRF e XRD. Gli effetti della variazione delle condizioni di processo sono stati studiati e discussi. I risultati hanno mostrato che la resa più alta del 40% di carburante per bio-jet è stata ottenuta ad una temperatura di 350 °C, una pressione di H2 di 4 bar e un tempo di reazione di 18 minuti. i prodotti del carburante bio-jet sono stati testati e le loro specifiche erano conformi alle specifiche ASTM D1655, vale a dire il punto di congelamento (-56 °C), il punto di infiammabilità (53 °C) e il contenuto di gomma esistente (5,9 mg/100 ml).

Numerose sfide si trovano ad affrontare la domanda e l’offerta di energia nel mondo. L’aumento del consumo di combustibile petrolifero a livello mondiale influisce sulle riserve di combustibili fossili. Il consumo totale giornaliero globale di petrolio ha raggiunto i 99,56 milioni di barili nel 2022. Le riserve stimate di petrolio saranno prosciugate in meno di cinquant'anni, all'attuale tasso di consumo del 2,7% annuo 1,2. Inoltre, le emissioni derivanti dalla combustione di combustibili fossili contribuiscono in larga misura al riscaldamento globale e all’inquinamento ambientale3,4,5. La consapevolezza ambientale, l'esaurimento dei combustibili fossili e l'aumento del consumo e dei prezzi dell'energia sono i principali fattori che portano alla ricerca di risorse energetiche alternative per sostituire i combustibili fossili4,6,7,8.

Le fonti energetiche rinnovabili riducono l’effetto dei gas serra e sono superiori ai combustibili fossili per quanto riguarda le minori emissioni di SOx, CO e CO29. Le tecnologie rappresentative delle fonti di energia rinnovabile includono celle a combustibile, energia idroelettrica, energia solare, energia geotermica, energia eolica, biocarburante e produzione di idrogeno10,11.

Il biocarburante è una delle fonti più importanti di energia rinnovabile e verde e si prevede che nel prossimo futuro sostituirà gradualmente i combustibili fossili con rapporti di miscelazione più elevati. Si prevede che raggiungerà il 25% nel 2020, il 30% nel 2030 e il 50% nel 205012,13,14,15. I biocarburanti possono essere prodotti a partire da diverse materie prime agricole, attraverso diversi metodi di produzione a seconda dei prodotti finali e delle materie prime richiesti16. Si tratta principalmente di oli vegetali e biomasse. Le materie prime a base di olio vegetale comprendono oli commestibili e non commestibili, olio da cucina usato, jatropha, jojoba, colza, ricino e olio di microalghe. Le materie prime per la biomassa comprendono materiali di scarto, biomassa acquatica, colture energetiche e prodotti forestali 9,10,14,17.

La Jatropha curcas sembra essere la pianta migliore da utilizzare nella produzione di biocarburanti di seconda generazione, ovvero combustibili ottenuti da materie prime di colture non alimentari e rifiuti agricoli o forestali18. J. curcas può essere coltivata su aree improduttive e marginali. Poiché J. curcas cresce su terreni degradati e non compete con la produzione agricola come materia prima non alimentare, la sua coltivazione per la produzione di biodiesel non comporta un cambiamento nell’uso del suolo. Può essere piantato nel deserto o lungo i confini dei campi degli agricoltori, il costo della piantagione è in gran parte sostenuto nel primo anno e il materiale di semina migliorato può fare un’enorme differenza nella resa, la coltivazione della pianta di jatropha e la sua manutenzione creano posti di lavoro. La produttività annuale dei semi di jatropha in Egitto è di circa 1,36 ton/mangime nel 1° anno e 3,4 ton/mangime nel 3° anno irrigati con 6000 m3/mangime/anno di acque reflue municipali trattate primariamente19. Un sottoprodotto dell'estrazione del petrolio, come il panello di semi, può essere compostato per creare fertilizzante organico, che può poi essere utilizzato come letame organico20. Ciò potrebbe ridurre le emissioni di N2O causate dai fertilizzanti contenenti azoto. Ultimo ma non meno importante, J. curcas potrebbe rappresentare un’opportunità per le nazioni in via di sviluppo di trarre profitto dalla crescente domanda di biocarburanti21. La pianta Jatropha curcas L. è robusta, resistente ai parassiti e alla siccità e non commestibile per gli animali. Viene coltivato principalmente nelle nazioni tropicali come siepe per proteggere l'agricoltura da bovini, pecore e capre.