Vodja projekta: doc. dr. Miha Grilc

Projekt N2-0242 Elektrifikacija biorafinerij z indukcijsko-greto katalitsko pretvorbo bioosnovanih aromatov  (i-HeatCat) je dopolnilni projekt sheme ERC-starting grant, ki je močno poenostavljen in vključuje le 3 delovne pakete, nadalje razdeljene na 2 ali 3 naloge v samo 2 projektnih letih, kot sledi. WP1: Sinteza in karakterizacija katalizatorjev (T1.1) ter testiranje učinkovitosti pri katalizi s konvencionalnim segrevanjem (T1.2) in indukcijskim segrevanjem (T1.3). Delovni sklop 2: Dokazovanje konceptov bo pokazal le (T2.1) neprekinjeno indukcijsko ogrevano katalizo za preproste reakcije plinov in hlapnih snovi ter (T2.2) modeliranje podprto nastajanje produktov po načrtu. Delovni sklop 3: Razvoj metodologije kinetičnega modeliranja bo imel podporno vlogo in bo vključeval (T3.1) ab-initio izračune za temeljno razumevanje reakcijskih mehanizmov, ki jim bo sledilo opisno (T3.2) in napovedno (T3.3) modeliranje reakcijske kinetike in transportnih pojavov.

V delovnem sklopu 1 v okviru T1.1 bo pripravljenih in karakteriziranih 10 serij (20 v prvotnem projektu) različnih magnetnih katalizatorjev v merilu 5 g za katalitično hidrotreatizacijo kot rezultat D1.1.1. Vsi sveži katalizatorji, sintetizirani v tem delu, bodo temeljito karakterizirani z mikroskopskimi (SEM, TEM), spektroskopskimi (FTIR, DRIFT, EDX, XRD) in kemijskimi/fizi-sorpcijskimi tehnikami (BET, TPD) do šestega meseca v okviru dobave D1.1.1, medtem ko bo do D1.1.2 zaključena karakterizacija vseh uporabljenih, izrabljenih (iz T1.2, T1.3, T2.1) in končno na novo zasnovanih katalizatorjev. V T1.2 se bo pri vseh katalizatorjih testirala njihova termokatalitska aktivnost pri hidrotretiranju aromatskih ogljikovodikov na biološki osnovi D1.2. V nasprotju s kompleksno pretvorbo lignina, predlagano v prvotnem projektu, bo i-HeatCat zaradi preprostosti in jasnosti pokazal koncept indukcijsko segrete katalize za preprostejše bio aromatske snovi, zlasti furfural in hidroksimetilfurfural (HMF), pri čemer bo ohranil kompleksnost lignina, ki bo obravnavan v mojem naslednjem predlogu za dodelitev sredstev ERC. Običajni reaktorji s prevodnim ogrevanjem (T1.2) so neučinkoviti, saj je za segrevanje medija potreben velik vložek energije. Poleg tega toplotna nestabilnost bioaromatov povzroča depolimerizacijo in razgradne reakcije v vroči tekoči fazi in na še bolj vročih stenah reaktorja. Induktivno segrevanje omogoča lokalno dovajanje toplote delcem katalizatorja, pri čemer tekoči medij in stene reaktorja ostanejo hladnejši, kar preprečuje neželene depolimerizacijske reakcije v tekočem mediju. V okviru T1.3 bodo vsi katalizatorji preizkušeni v reaktorjih z indukcijskim ogrevanjem, v D1.3.1 pa bo izbranih pet najaktivnejših, ki bodo nadalje uporabljeni v novo zasnovanem kontinuiranem reaktorju, razvitem v okviru T2.1, medtem ko bodo nadaljnji preskusi in ocena dolgoročne stabilnosti opravljeni tudi na šaržnem sistemu (D1.3.2). Začetni dokaz koncepta T2.1 bo vključeval izgradnjo kontinuiranega reaktorja z indukcijskim ogrevanjem, ki bo sprva preizkušen za znane reakcije v plinski fazi (D2.1.1, npr. za sintezo amoniaka), nato pa bo dokazano, da je mogoče uparjene ali končno tekoče bioaromatske snovi neprekinjeno hidrogenirati v reaktorju z indukcijskim ogrevanjem (D2.1.2). Rezultat T3.1 bo končno pojasnjen reakcijski mehanizem (D3.1), na podlagi katerega bo oblikovan mikrokinetični model za analizo (regresijska analiza) vseh eksperimentalnih podatkov, zbranih v delovnem sklopu 1 (T3.2), pridobljeni kinetični parametri (D3.2) pa bodo uporabljeni v T3.3 za napovedovanje optimalnih procesnih parametrov za indukcijsko segreto katalizo bioaromatov (D3.3). To bo na koncu eksperimentalno potrjeno v T2.2, kar bo privedlo do proizvodnje različnih bioizdelkov po načrtu (D2.2), npr. bioaromatskih, nasičenih in/ali nenasičenih alkoholov, diolov, triolov ali celo popolnoma depolimeriziranih izdelkov.

Temperaturni profil v a) magnetno in b) prevodno ogrevanem reaktorju.

Ganttov diagram predlaganega raziskovalnega projekta i-HeatCat z delovnimi paketi (WP) in izročki (D).

Obdobje: 10/1/2022 - 9/30/2024

Na Kemijskem inštitutu v projektni skupini sodelujejo:

doc. dr. Miha Grilc, SICRIS https://cris.cobiss.net/ecris/si/en/project/19753