Integrated H2BioOil process for efficient biofuel production

Utvikling av biodrivstoff kan bidra til at Norge når klimamålene i tillegg til å bidra til transport sektoren, noe som kan være nøkkelen til Norges grønne skifte. Redusert industribruk av skog, i kombinasjon med høy etterspørsel av biodrivstoff gir gode forutsetninger og håp for norsk biomasseindustri. Forskere ved NTNU/SINTEF fortsetter utviklingen av «H2BioOil» prosessen som bruker mindre energi til konvertering fra biomasse til biodrivstoff og dermed går mindre energi til å unngå problemer som blant annet slaggdannelser. Forskerne integrerer 3 prosesser; steg 1, biomasse passerer gjennom en høytrykks-hydropyrolyse. Pyrolyse er når biomasse er varmebehandlet uten forsyning av luft. Steg 2, disse biomasseforbindelsene entrer en reaktor med vanndamp og katalysator for å danne biodrivstoff og biprodukter. Steg 3, biproduktene passere igjennom en separasjonsprosess som frigjør hydrogen. Hydrogenet er deretter returnert til pyrolysekammeret. Hele prosessen er dermed mulig uten tilførsel av hydrogen fra utsiden, noe som gjør «H2BioOil» økonomisk mulig. Forskere har utviklet multifunksjonelle katalysatorene med funksjoner av karbonkjedevekst via aldol kondensasjonsreaksjoner og oksygenfjerning ved hydrogenering (HDO). De nye katalysatorene konverterer produktene direkte fra biomassepyrolyse til drivstoff med meget lavt oksygeninnhold. Den sorpsjons forfremmet dampreforming konverterer rester av HDO-prosessen til ren hydrogen med høy energieffektivitet. Prosjektet vister en effektiv måte å produsere «jet fule» rekke aromater fra biomasse.

The results achieved in the project will complement the understanding of biomass pyrolysis to fuel and chemicals, using tandem catalytic strategy. The catalysts have been developed to effectively upgrade the pyrolysis vapor to fuels. The catalysts and process of H2BioOil for biofuel production including hydrogen generation from the byproducts in the process have been patented. It will provide Norwegian industry a good opportunity to further develop the technology with own IP to produce biofuels and contribute to reducing the CO2 emission.

We aim to study experimental proof and process- and economic evaluation of novel integrated H2BioOil process, which includes high pressure fast-hydropyrolysis (FHP)of lignocellulosic biomass in H2 followed by an immediate downstream vapor-phase catalytic aldol-condensation (CAC) and catalytic hydrodeoxygenation (HDO) to produce fuels (C4-C16+), which integrated with pressure swing sorption enhanced steam reforming (PS SE-SMR) to produce hydrogen at high pressures (about 20-30 bar). The main feature of the project is to achieve the fully sustainable production of biofuels without requiring external hydrogen, with high energy efficiency through effective utilization of carbon in biomass (about 70% of total carbon in lignocellulosic biomass) to biofuels and the rest to hydrogen by sorption enhanced reforming and integration of the process. Hydrogen presence in fast pyrolysis will reduce tar formation and supply the hydrogen in the following HDO reaction. Multifunctional catalysts of aldol condensation and ketonization, which have been developed in our previous work, will be further optimized to convert low oxygenates (C2-C3 aldehydes, acids, alkanes diols and alcohols) to heavy oxygenates through simultaneous oxygen removal and chain growth. The catalysts will be combined with HDO catalysts in a single reactor to produce C4-C16+ hydrocarbons. Fully sustainable production of biofuels depends solely on the sustainable production of hydrogen. The project will include a study of the production of pure hydrogen at high pressures from the by-products of the process, such as C2-C3 hydrocarbons, and aqueous solution from the HDO reactor by pressure-swing sorption enhanced reforming. These results from the experimental proof-of-concept could provide a process which could be deployed in small as well as large scale applications for sustainable production of drop-in transportation fuel from biomass due to its ability to produce hydrocarbons in a highly integrated step.