Pierwsza nanotechnologia produkcji paliwa

Paliwo syntetyczne o bardzo wysokiej czystości będzie wytwarzane bezpośrednio z cząsteczek węgla otrzymywanych w procesie nanotechnologicznym. Metoda jest opłacalna i nie zanieczyszcza środowiska.

Metoda o nazwie HTI Coal Process została uznana za jedną z najważniejszych technologii węglowych ostatniego 50-lecia, a jej wynalazca dr Theo Lee dostał się na prestiżową listę 10 czołowych innowatorów roku 2002, prowadzoną przez magazyn Red Herring. Z tej okazji warto bliżej przyjrzeć się samej metodzie, która wykorzystuje niezwykły potencjał nanotechnologii.

Zainteresowanie produkcją paliw płynnych z węgla i odpadów organicznych powróciło w latach 70-tych XX wieku, w reakcji na kryzys naftowy. Istniejące wówczas technologie pośrednie były nieopłacalne - wytworzenie baryłki paliwa kosztowało ok. 70 USD. Paliwo płynne powstaje w wyniku połączenia węgla z wodorem, ale w warunkach przemysłowych proces zużywał kosztowne katalizatory i wodór, niezwykle trudno było także pozbyć się zanieczyszczeń siarką, azotem i minerałami (dającymi po spaleniu popiół).

Theo Lee rozpoczął swe prace w połowie lat 70-tych XX w. Zajął się w szczególności procesem, w którym bardzo drobny pył węglowy zmieszany równomiernie z olejem traktowany jest wodorem w podwyższonej temperaturze w obecności katalizatora. Pierwszy istotny wynalazek ogłosił w końcu lat 80-tych, jako pracownik firmy Hydrocarbon Research Inc. Pomysł polega na rozdzieleniu stosunkowo krótkotrwałego procesu na dwa etapy zachodzące w nieco różnych warunkach. Uzyskaną w ten sposób kontrolę nad jego przebiegiem można wykorzystać do częściowego rozdzielenia samej konwersji wodoru w węglowodór od procesów zachodzących z udziałem zanieczyszczeń. Całość kończy się destylacją, która daje czyste lekkie benzyny, czysty olej napędowy do silników Diesla oraz olej odpadowy, z którego częściowo odfiltrowuje się zanieczyszczenia już w postaci stałej. Zanieczyszczony olej zawraca do początku procesu, gdzie mieszany jest z nowymi porcjami pyłu węglowego. W ten sprytny sposób w jednej instalacji odbywają się dwa częściowo rozdzielone procesy: wzbogacania głównego produktu w wodór i wzbogacania zanieczyszczeń w zanieczyszczenia. Dziś jest to najlepiej zbadana metoda, konwertująca ok. 70% węgla w czyste paliwo, którego koszt nie przekracza 30 USD za baryłkę.

Dopracowując technologię dwuetapową na początku lat 90-tych, Theo Lee rozwijał dalej ideę wzmocnienia kontroli nad procesem. Badał szczegółowo, w nanoskali, zachowanie drobin węgla na aktywnej powierzchni wielu katalizatorów, zaczynając od stałego niklowo-molibdenowego, stosowanego w pierwszym wynalazku. W momencie, gdy nowy proces był gotów do wyjścia z laboratorium, w 1995 roku, wynalazca z kilkoma kolegami założył firmę Hydrocarbon Technologies Inc. (HTI). Od nazwy firmy nowy proces wziął część swojej nazwy: HTI Coal Process. Jest wieloetapowy, a zachowaniem drobin i cząsteczek substratów precyzyjnie sterują specjalnie opracowane katalizatory dyspersyjne żelazowo-molibdenowe. W szczególności kontrolowane jest oddzielanie się pojedynczych cząsteczek węgla od drobiny i łączenie ich z wodorem, a oddzielanie zanieczyszczeń sterowane jest aż do poziomu atomowego i przybrało nazwę separacji atomowej.

Podejście i metody inżynierii molekularnej okazały się tak skuteczne w rozdzielaniu procesów i sterowaniu nimi, że dziś do mieszaniny wejściowej dodaje się duże ilości odpadów gumowych i plastikowych. Są one bogate w wodór, który oddają do procesu, a same upłynniają się, wracając do postaci surowca.

Pierwsza fabryka wykorzystująca nową metodę bezpośredniego upłynniania węgla powstanie w Chinach. Licencję kupiła największa firma z branży, Shenhua Group, ale już nie od HTI, lecz od Headwaters Inc., która przejęła HTI w sierpniu 2001 r. Fabryka będzie przerabiała dziennie 4.300 ton węgla na 50.000 baryłek paliwa. Chiny mają ogromne zasoby węgla, ale nie mają ropy naftowej, więc Shenhua planuje budowę kilku następnych zakładów na technologii HTI.


Zobacz również