Для повседневных продуктов, которые мы используем, шаблон стал до боли знакомым: что-то сделано, мы это используем, мы это выбрасываем. Тем не менее, для устойчивого будущего — такого, в котором мы не просто извлекаем и выбрасываем ресурсы — нам необходимо сделать этот линейный процесс замкнутым, говорит почетный профессор кафедры химической и биомолекулярной инженерии Калифорнийского университета в Коннектикуте Ричард Парнас.

Парнас и его команда исследуют биодизель и способы его получения из отходов. Парнас также стал соучредителем REA Resource Recovery Systems, которая поддержала аспиранта Калифорнийского университета в области химического машиностроения Конга Лю, доктора философии. ’22 по разработке технологии для улучшения важного процесса удаления серы из биодизельного топлива, изготовленного из отходов .

В данном случае материалы поступают из сточных вод, и технология внедряется в рамках проекта на Мемориальном канализационном заводе имени Джона Оливера в Дэнбери, запуск которого запланирован на январь 2023 года. чем на 74% ниже, чем дизельное топливо на нефтяной основе.

Проблема тумана

Парнас объясняет, что так или иначе жиры, масла и жиры (ТОГ) попадают на очистные сооружения , часть из них доставляется на грузовиках, а часть поступает по магистральным трубам. ВОГ также загрязняется мылом, моющими средствами и, конечно же, в данном случае сточными водами. На очистных сооружениях ВОГ отделяют от воды и превращают в нечто, называемое «коричневой смазкой».

Работа с FOG также обходится дорого, потому что его необходимо вывозить за пределы площадки либо на санитарную свалку, либо, как в случае с Коннектикутом, на мусоросжигательный завод. Если его не удалить, это может вызвать большие проблемы для завода, потому что туман подавляет микробные сообщества, необходимые для разрушения сточных вод. Это может привести к отключениям на несколько недель или месяцев и может иметь катастрофические последствия для этих важных санитарно-технических сооружений. Характер водоочистных сооружений означает, что убедить инженеров-строителей завода в использовании новых технологий может быть непросто.

«Последствия сбоев огромны, и это приводит к консервативному типу промышленности, где, если у них есть что-то, что работает, они действительно не хотят, чтобы кто-то вмешивался в это, если очистные сооружения работают, общее ощущение — это оставь это в покое», — говорит Парнас.

Однако, по словам Парнаса, как только операторы станции поняли, что эта технология является средством избавления от ВОГ и что не будет никакого вмешательства в работу станции, их интерес пробудился.

Технология Парнаса берет FOG, очищает его и превращает в биодизель. Важнейшей и трудной частью является обеспечение достаточной чистоты производимого биодизельного топлива с удалением как можно большего количества серы.

«Коричневая смазка содержит от 600 до 1000 частей на миллион серы в различных молекулярных формах», — говорит Парнас. «Стандарт в Соединенных Штатах для биодизеля и другого дизельного топлива составляет 15 частей на миллион серы или меньше. В Европе и Китае стандарт составляет 10 частей на миллион. Мы должны удалить около 99% серы».

Завод в Данбери будет делать это в процессе, который сначала этерифицирует свободные жирные кислоты метанолом, чтобы получить так называемый метиловый эфир жирной кислоты, который является молекулой биодизеля, объясняет Парнас. Затем они переэтерифицируют любые триглицериды в смеси в рамках процесса дальнейшей очистки биодизеля до уровня около 200 частей на миллион серы, что все еще недостаточно чисто, объясняет Парнас.

«Технология, которая внедряется в Данбери, — это так называемый процесс вакуумной дистилляции, при котором мы нагреваем материал примерно до 400 градусов по Фаренгейту и применяем вакуумное давление», — говорит он. «Сделав это, мы можем удалить фракции серы и сохранить все хорошее биодизельное топливо, но это интенсивный процесс».

«Тотальный выстрел в темноте»

Интенсивность процесса заставила Парнаса и его команду задуматься о том, что должно быть более простое решение. Они начали экспериментировать со многими различными типами фильтров и составов, но без особого успеха, пока не наткнулись на один, который работал очень хорошо — материал под названием бета-циклодекстрин. Они подробно описали свою работу в недавно опубликованной статье в Separation and Purification Technology и подали заявку на патент на использование материала в процессе производства биодизеля.

«Циклодекстрины уже давно используются в фармацевтической и пищевой промышленности , потому что декстран представляет собой углевод и в основном нетоксичен», — говорит Парнас.

«На данный момент он используется в огромном количестве вещей, например, в дезодорирующем спрее Febreze есть циклодекстрины, потому что циклодекстрины отлично поглощают молекулы, вызывающие запах. В фармацевтической промышленности циклодекстрины хороши для стабилизации водонерастворимых молекул. поэтому их можно поместить в таблетку и пройти через богатую водой среду, такую ​​как наши собственные тела, они могут попасть в кровоток, а затем в целевые области».

«Мы начали задаваться вопросом, могут ли циклодекстрины поглощать интересующие нас молекулы. Это был выстрел в темноте, и нам повезло, потому что он сработал очень хорошо».

Изучив кинетику реакции, команда разработала прототип процесса, который будет реализован на будущих объектах, как своего рода версия 2.0, говорит Парнас, и намечен для их следующего проекта либо здесь, в Коннектикуте, либо в штате Вашингтон через некоторое время. дополнительная работа по развитию.

Радуюсь и готов к работе

Завод в Дэнбери относительно небольшой, он очищает около 10 миллионов галлонов воды в день, а завод по переработке FOG будет производить около 300 000 галлонов биодизеля в год.

Надеясь на расширение, Парнас говорит, что они провели обследование всех заводов по переработке отходов в Коннектикуте и разработали план, включающий три основных центра: один в Хартфорде, один в Нью-Хейвене и еще одно место в Коннектикуте, где это будет. можно производить примерно 10 миллионов галлонов биодизеля в год прямо здесь, в Коннектикуте, из чего-то, что в настоящее время считается отходами.

«Кажется, что это много, но это небольшой процент от общего количества используемого нами топлива», — говорит Парнас. «Более важно то, что мы решаем очень неприятную проблему утилизации отходов, с которой мы сталкиваемся во всем мире, и в рамках усилий по очистке мы можем производить от двух до трех процентов дизельного топлива, которое мы используем в Соединенных Штатах. Мы можем помочь решить эту проблему, чтобы поддержать усилия по очистке и оказать небольшое влияние на ландшафт возобновляемых источников энергии».

Это отличный пример возможностей экономики замкнутого цикла , когда вещи не смываются и не выбрасываются «прочь», а где мы находим новое применение отходам. Парнас отмечает, что именно так все устроено в природе, где ресурсы легко перерабатываются. К счастью, эта технология циркуляризации ВОГ существует, и ее можно будет широко развернуть в течение нескольких лет, если будет интерес и поддержка, говорит Парнас.

«Технология готова к работе прямо сейчас».