mirip dengan proses pemurnian minyak bumi, konversi biomassa pula membutuhkan berbagai jenis katalis heterogen buat membentuk biofuel yang bisa memenuhi kebutuhan bahan bakar transportasi. Sayangnya, sejauh ini belum ada katalis yang cocok buat konversi biomassa secara irit serta efisien. poly upaya telah dilakukan untuk bidang ini serta beberapa akibat menarik sudah dicapai. dengan bantuan katalis heterogen komersial yang digunakan dalam kilang minyak, pengembangan katalis biorefinery akan dipercepat serta diperluas. Proses umum yg digunakan pada produksi biofuel artinya perengkahan katalitik serta hidrodeoksigenasi. Beberapa zeolit serta katalis hidrogenasi telah diuji oleh banyak pekerja.
Katalis Perengkahan Katalitik
untuk mengurangi kandungan oksigen serta mempertinggi stabilitas termal yang tinggi, bio-minyak wajib ditingkatkan menggunakan katalis yg sempurna.34 Proses perengkahan katalitik lebih disukai sebab tidak memerlukan H2 dan syarat reaksi mirip dengan reaksi pirolisis. Produk utama dari proses ini ialah hidrokarbon, organik berair, air, gas serta kokas, yang membagikan keuntungan pemrosesan dan ekonomi yang signifikan.35 hasil hidrokarbon yg jelek dan yang akan terjadi kokas yg tinggi ialah kelemahan primer asal proses ini, meskipun ini dapat diperbaiki dengan katalis kinerja yang baik di syarat yang tepat.
Katalis yang dipergunakan dalam proses perengkahan katalitik terutama zeolit, seperti menggunakan yang digunakan pada kilang minyak bumi. ZSM-lima, Y, silika-alumina, SAPO, MCM-41, SBA-15 dan zeolit lainnya diterapkan pada proses ini buat menghilangkan oksigen berasal bio-minyak.17,36 ZSM-lima diklaim menjadi katalis yg menjanjikan sebab jumlah produk organik cair tertinggi pada antara SiO2–Al2O3, silikalit serta adonan ZSM-5 menggunakan silika-alumina.37–39 Selain itu, produk dari ZSM-lima paling aromatik yang adalah produk kimia komoditas krusial. CO2, CO, alkana ringan dan olefin ringan artinya produk gas yg dihasilkan pada proses ini. pula mirip katalis FCC minyak bumi, sejumlah akbar kokas (30-50 persen berat) terbentuk selama proses perengkahan katalitik bio-minyak. pada proses FCC minyak bumi, katalis kokas dibakar secara terencana buat membentuk katalis serta menyediakan panas buat proses tersebut. Mengingat hal ini, pembentukan kokas selama proses perengkahan katalitik bio-minyak tidak jelek. tetapi, keseimbangan panas yang baik belum ditunjukkan untuk perengkahan katalitik bio-minyak.
buat menyelidiki jalur reaksi bio-minyak pada atas katalis ZSM-lima, beberapa senyawa model sudah diuji.40–42 Alkohol pertama-tama diubah sebagai olefin diikuti dengan pembentukan parafin serta aromatik di suhu tinggi di atas ZSM-5. Fenol serta 2-metoksifenol mempunyai reaktivitas rendah serta mengalami dekomposisi termal menjadi problem kokas dan hanya sejumlah kecil propilena serta butana yg terdeteksi. Asam asetat bisa dihidrogenasi sebagai aseton, yang menunjukkan kinerja yang tidak sama menggunakan alkohol. Aseton pertama-tama diubah menjadi isobutena serta kemudian menjadi olefin C5+ diikuti oleh parafin, aromatik, dan alkena dengan kisaran bensin. Lebih banyak kokas yang terbentuk dari asam asetat dan aseton daripada asal bahan standar alkohol. Jadi senyawa yang tidak sama dalam bio-minyak menunjukkan jalur reaksi yg tidak sama, yg menyebabkan kesulitan besar dalam pengembangan katalis perengkahan katalitik yg sempurna.
Pirolisis cepat katalitik, menggabungkan katalis ke pada pirolisis cepat, dianggap menjadi keliru satu pilihan yg menjanjikan buat konversi biomassa sebagai bahan bakar dan bahan kimia yg ditargetkan.43 Penggabungan katalis menggunakan pirolisis bisa mengurangi kondisi reaksi serta menaikkan konversi biomassa. Meskipun hasil bio-oil menurun, lebih poly hidrokarbon diperoleh serta kualitas bio-oil pirolisis ditingkatkan.44 Laju pemanasan yang tinggi serta waktu tinggal yg singkat artinya faktor krusial buat memaksimalkan yang akan terjadi bio-oil.45 ZSM-lima ialah katalis umum yg digunakan dalam proses pirolisis cepat katalitik. Olefin serta aromatik ialah senyawa primer pada fase gas serta fase cair.46–49
Huber dan rekan kerja d5802fc83178aeffd28601e47ccd1f2a membentuk terobosan buat membentuk p-xilena dari biomassa menggunakan pirolisis cepat katalitik menggunakan katalis ZSM-5.50,51 Metode modifikasi bagian atas zeolit sederhana menyumbang peningkatan selektivitas p-xilena, selain itu, reaksi yang tepat kondisi tersebut membuat hasil yang tinggi. Mereka jua menemukan bahwa pirolisis katalitik ialah reaksi yang peka terhadap bentuk, serta optimalisasi jenis situs aktif serta bentuk pori adalah poin kunci untuk selektivitas p-xilena yang tinggi.52
karena keasaman yang kuat, aktivitas tinggi serta selektivitas bentuk, katalis ZSM-5 mempunyai kinerja katalitik yg baik untuk mengubah bio-oil pirolisis menjadi biofuel serta bahan kimia.53 tetapi, katalis ZSM-lima mempunyai beberapa kelemahan, mirip yang akan terjadi rendah, simpel kokas dan umur pendek.54 buat mengurangi laju penonaktifan katalis serta mendapatkan yang akan terjadi minyak organik yg lebih tinggi, beberapa katalis zeolit menggunakan ukuran pori yg lebih besar sudah mendapatkan perhatian lebih serta lebih buat potensi penggunaannya pada pirolisis cepat katalitik.47 dianggap bahwa lebih akbar Zeolit menggunakan berukuran yg tidak selaras akan memfasilitasi produk molekul yg lebih besar buat lolos dan dikonversi dengan simpel, yang akan melemahkan pembentukan kokas serta penonaktifan katalis.55
Katalis Hydrotreating
seperti yg telah mereka lakukan pada proses pemurnian minyak bumi, katalis hydrotreating bisa dipergunakan buat menghilangkan oksigen serta menaikkan kualitas bio-oil pirolisis, jalur reaksi berasal proses hydrotreating ditunjukkan pada Gambar tiga. Stabilitas termal dan kompatibilitas untuk transportasi bahan bakar ditingkatkan.56,57 Reaksi hidrogenasi, hidrogenolisis, hidrodeoksigenasi, dekarboksilasi, dekarbonilasi, serta perengkahan terlibat pada proses pengolahan air. Reaksi polimerisasi terjadi secara bersamaan serta menghasilkan pembentukan kokas. Katalis multifungsi diharapkan dan beberapa situs aktif harus disediakan di satu katalis. Ini adalah tantangan besar buat mengembangkan katalis kinerja yang baik buat hydrotreating bio-minyak.
Banyak jenis katalis heterogen yang diuji dalam proses ini termasuk katalis pengolahan air minyak bumi yang khas dan katalis hidrogenasi logam mulia. Katalis NiMo dan CoMo tersulfidasi pertama-tama diuji dalam kondisi kaku dan kemudian dikembangkan proses hidrotreating dua langkah pada kondisi sedang.58,59 Langkah pertama adalah hidrogenasi bio-oil pirolisis pada suhu rendah. Selama proses ini, senyawa bio-minyak yang tidak stabil secara termal dihidrogenasi dan menjadi stabil, yang mengurangi dekomposisi termal dan mengurangi pembentukan kokas pada langkah selanjutnya. Langkah kedua adalah hidrogenasi lebih lanjut pada suhu relatif tinggi. Bio-oil berkualitas tinggi yang ditingkatkan dapat diperoleh dengan oktan tinggi dan kandungan oksigen rendah. Penonaktifan katalis yang disebabkan oleh deposisi kokas di situs aktif dan mendukung ketidakstabilan yang disebabkan oleh air pada suhu tinggi adalah masalah besar.60,61 Lebih banyak perhatian harus diberikan pada efek air pada katalis hydrotreating dalam proses bio-oil daripada dalam proses penyulingan minyak bumi karena kandungan oksigen yang lebih tinggi dalam pirolisis bio-minyak.
Kemajuan besar dicapai dengan mengintegrasikan katalis hidrogenasi logam mulia dengan katalis zeolit dalam proses hidrotreating dua langkah.50 Katalis logam mulia digunakan pada langkah hidrogenasi pertama untuk meningkatkan stabilitas bio-oil dan mengurangi pembentukan kokas. Suhu dan tekanan reaksi relatif rendah karena aktivitas katalis logam mulia yang baik. Selama langkah pertama, kandungan hidrogen intrinsik dari bio-oil pirolisis meningkat. ZSM-5 digunakan sebagai katalis untuk mengubah bio-oil terhidrogenasi ini pada tahap kedua menjadi olefin ringan dan hidrokarbon aromatik. Hasil cair sebanyak tiga kali lebih tinggi dari yang diperlakukan dengan katalis ZSM-5 yang sama dengan bio-oil pirolisis normal. Senyawa dengan ikatan karbonil dan karbon tak jenuh dalam bio-oil diubah menjadi senyawa yang stabil secara termal selama reaksi hidrogenasi pertama, yang mengurangi pembentukan kokas dalam reaksi zeolit. Langkah hidrogenasi kedua juga diusulkan untuk lebih menjenuhkan ikatan karbon ganda dan meningkatkan rasio H/C bio-minyak, yang selanjutnya mengurangi pembentukan kokas di atas zeolit dan menghasilkan hasil cair yang lebih tinggi. Katalis Ru dianggap sebagai katalis yang paling aktif dan selektif untuk hidrogenasi asam asetat dan katalis Pt memiliki hidrogenasi C–O yang tinggi dan aktivitas pemutusan ikatan C–C yang rendah.62
