19.1.2024
Tohtorinväitös ligniinin käytöstä uusiutuvien polttoaineiden kehityksessä
M.Sc. (Tech.) Mark Martínez-Klimovin väitöskirja teknillisen kemian ja reaktiotekniikan alalta esitetään julkisesti tarkastettavaksi Åbo Akademin luonnontieteiden ja tekniikan tiedekunnassa.
Väitöskirjan otsikkona on Hydrodeoxygenation of lignin-derived model compound for sustainable aviation fuel production using bifunctional catalysts.
Väitöstilaisuus järjestetään perjantaina 26. tammikuuta 2024 klo 13 osoitteessa auditorio XXII, Agora, Veslinnantie 3, Turku. Vastaväittäjänä toimii professori David P. Serrano, IMDEA Energy Institute, Espanja ja kustoksena professori Dmitry Murzin, Åbo Akademi.
Yhteenveto
Kestävien ja uusiutuvien polttoaineiden kehitystä ohjaa polttoaineiden nykyinen riippuvuus fossiilisista raaka-aineista ja lisäksi on tarve vähentää pakokaasupäästöjä ja noudattaa ilmastoon liittyviä säädöksiä. Ilmailualan suurin haaste on erityisesti siirtyminen puhtaampiin energialähteisiin. Lupaava ratkaisu on hiilivetyjen valmistaminen uusiutuvista raaka-aineista, minimoimalla vaihtoehtoisten vihreiden teknologioiden ympäristövaikutukset ja korkeat kustannukset.
Ligniiniä pidetään lupaavana materiaalien ja biopolttoaineiden lähteenä, koska se voidaan muuttaa erilaisten lämpökemiallisten prosessien kautta arvokkaiksi tuotteiksi. Valmistettaessa nestemäisiä hiilivetyjä ligniinille on suoritettava pyrolyysi, jossa tuotetaan bioöljyä, jota ei voida kuitenkaan käyttää sellaisenaan polttoaineena. Näin tuotettu bioöljy vaatii lisäjalostusta alhaisen lämpöarvon, korkean viskositeetin ja happamuuden vuoksi. Hydrodeoksygenaatiota voidaan käyttää happiryhmien poistamiseen, jolloin saadaan nykyisen polttoaineiden jakeluinfrastruktuurin kanssa yhteensopivia hiilivetyjä.
Tässä työssä tehtiin ensimmäistä kertaa tutkimuksia ligniinistä johdetulle malliyhdisteelle, isoeugenolille, panos- ja jatkuvatoimisissa reaktoreissa käyttäen sekä jauhe- että strukturoituja katalyyttejä. Näiden kokeiden tarkoitus oli simuloida teollisia katalyyttejä ja mahdollista reaktorin skaalausta. Työssä käytettiin bimetallisia platina-renium-katalyyttejä tuettuina mesohuokoiselle aktiivihiilelle ja työn tarkoituksena oli tutkia molempien metallien roolia hydrauksessa ja hapenpoistossa. Tulokset osoittivat, että suurempi reniumpitoisuus paransi katalyytin aktiivisuutta, tarjoten enemmän hapenpoistoon tarvittavia vapaita happipaikkoja.
Lisäksi tutkittiin myös toista katalyyttisarjaa, joka sisälsi platinaa aktiivisena metallina ja betazeoliittia kantajanamateriaalina sekä lisäksi käytettiin sideainetta. Platinan läheisyys happokohtiin lisäsi huomattavasti katalyytin aktiivisuutta, mikä johti n. 20 % korkeampaan konversioon verrattaessa tätä tulosta tuloksiin, jotka saatiin, kun platina sijaitsi ainostaan zeoliitin päällä eikä pelkästään sideaineella. Ekstrudaateilla oli hyvä stabiilisuus ja näiden katalyyttien aktiivisuus laski vain hieman 30 tunnin reaktioajan jälkeen.
Mark Martínez-Klimov on syntynyt 1992, Mexico Cityssä, Meksikossa. Hän on tavoitettavissa sähköpostitse osoitteesta mark.klimov@abo.fi.
Väitöskirja on luettavissa Åbo Akademin julkaisuarkistossa Doriassa.