זרז תעשייתי הם העורכים הלא-מרוסיים של ייצור מודרני, המאפשר ייצור של דלקים, כימיקלים, תרופות ומים נקיים.הם מאיצים תגובות כימיות ללא אכילה, מה שהופך תהליכים מהירים יותר, יעילים יותר ופחות אנרגיה-רגישים.עם זאת, זרזים מאבדים בהדרגה פעילות עקב פשיעה, הרעלה, או התחדשות תרמית - משכו שינויים בביצועים כמעט - כבר פרקטיקה אקולוגית יותר, אך ורק כדי לשפר את שיטות אלה.

תפקיד Catalysts בתעשייה המודרנית

Catalysts משמשים ביותר מ -90% של תהליכי ייצור כימיים והם חיוניים בנפט refining, פליטות רכב שליטה, ייצור דשן, טכנולוגיות אנרגיה מתחדשת. לדוגמה, zeolite מבוסס זרז זרז שמן גולמי כבד לתוך בנזין; מתכות קבוצתיות ב ממירים קטליטיים oxidize פחמן חד תחמוצת פחמן פחמן פחמן פחמן פחמן פחמן פחמן פחמן פחמן הידרופחמימה; ו ברזל המבוססים על ברזל מאפשרים זרז Haber-Bo ammonia חמצני חמצני , כי דורשות למחצה של אוכלוסיות גדולות טמפרטורות גבוהות יותר, 000.

עם זאת, זרזים חיים סופיים.הם נעשים מסולקים על ידי שלושה מנגנונים עיקריים: עבירה (החומר של חומר פחמן או לא אורגני באתרים פעילים), חטאים (התרחשות של חלקיקי מתכת בטמפרטורה גבוהה, צמצום שטח פני השטח), והרעלת (התפיסה של זרז של אי-נוחות היום כגון sulfur או ארסן כי אתרי חסימתם פעילים).

שיטות התחדשות מסורתיות וציורי הסביבה שלהם

התחדשות מבוססת-Combustion Based Regeneration

שיטת ההתחדשות התעשייתית הנפוצה ביותר עבור זרז פחמן ממונע נשלטת כוויות חמצון. זרז Spent מחומם באוויר או באטמוספירה נקייה חמצן לטמפרטורות בין 400 מעלות צלזיוס ל-600 מעלות צלזיוס, שריפת פיקדונות coke מצטבר ל- CO2 ו- H2O. בעוד יעיל, גישה קונבנציונלית זו יש כמה חסרונות סביבתיים:

  • פליטות CO2IR:0 (FLT:1) כל קילוגרם של קוקה נשרף משחרר בערך 3.67 ק"ג של CO2. מחזור התחדשות זרז הזיכוך טיפוסי יכול לייצר מאות טונות של CO2 לכל אצווה.
  • (FLT:0) פיזור שלמזהמים:FearLT:1 [in Complete combustion יכול לייצר פחמן חד תחמוצת (CO), תחמוצות חנקן (NOx) מהאוויר חם, ו sfurul oxides (SOx) אם coke המכיל sulfur הוא נוכח.
  • (FLT:0 Catalyst השפלה:miaFLT:1) חמצון עתירי רוח מאיץ חטא של חלקיקי מתכת (למשל, פלטינה, פליום), צמצום פעילות זרז וקיצור תוחלת החיים הכוללת.זה מוביל להחלפת זרז תכופה יותר ויותר ובזבוז מוגבר.
  • (FLT:0) הזנת אנרגיה גבוהה: 1 שמירה על טמפרטורות ההתחדשות צורכת כמויות גדולות של גז טבעי או חשמל, תורם פליטת גזי חממה עקיפה.

כביסה כימית ושיקום

עבור זרזים המועלים על ידי מתכות כבדות או פיקדונות אורגניים, כביסה כימית עם חומצות חזקות או פותרים אורגניים נפוצים.שיטות אלה לייצר זרמי פסולת נוזליים מסוכנים הדורשים טיפול וסילוק.לדוגמה, FLT:0hydrochloric acid (FLT:1 המשמש להמיס מדבקת מדבקי מתכת יש לנטרל, לייצר פסולת מלוח.

חידוש כמקור של Catalyst Waste

חזר על חידושים עתיריים גבוהים בסופו של דבר מדגימים חומרים לתמיכה בזרז (למשל, אלומיניום, סיליקה-אלמומנה) באמצעות טרנספורמציה ואובדן של כוח מכני. זרז שאינו יכול להיות regenerated הופך פסולת מוצקה - חלק ממנה מסווגת כמסוכנת בשל מודעות או תוכנות כבדות הגנה סביבתית של הסוכנות האמריקאית (EPA) מעריך כי זרזים בילו אחראים ליותר ממיליון טון של מבנה זה יכול לשפר את זרימת הפסולת.

גישות חדשניות להתחדשות Catalyst

ההתקדמות האחרונה במדעי החומרים, הנדסה כימית וביוטכנולוגיה יצרה דור חדש של טכניקותהתחדשות המפחיתות את ההשפעה הסביבתית תוך שמירה על ביצועים זרז.

ניקוי כימי נמוך

במקום לשרוף את הפקדות פחמן, החוקרים פיתחו ניקוי מבוסס-מעצור שפועל מתחת ל-200 מעלות צלזיוס.המסילים האלה הם בדרך כלל גולשים בעלי יכולת גבוהה, נוזלים סופר-קריטית (כמו CO קריטי2), או נוזלי COonic המנצלים את הקופה ואת המזהמים האורגניים ללא העלאת התמיכה בזרז.

גישה דלת-טמפרטורה נוספת משתמשת בסוכני chelating כמו EDTA כדי להסיר באופן סלקטיבי רעלי מתכת (למשל, וניל, ניקל) מ FCC (הפצצת קטליטית השפעת) זרזים.הצעד המקצן הוא ואחריו טיפול תרמי מתון כדי לשחזר את המתכות הפעילים שנותרו. שיטה זו מפחיתה צריכת האנרגיה עד 50–70% בהשוואה לשרוף מסורתי.

חידושים של פלאסמה-Assisted Regeneration

טכנולוגיה לא-thermal פלזמה (NTP) מייצרת מינים תגובתיים (למשל, אוזון, הידרוקסיל רדיקלים) בטמפרטורה כמעט-מבית שיכולה לחמצן את הפקדות פחמן ללא חימום רב. דיאלקטרי הפרשות (DBD) משמשים לעתים קרובות. התחדשות פלאסמה מציעה מספר יתרונות סביבתיים:

  • (ב) ,0) ,Low טמפרטורה פועל FLT:1 (50-150 מעלות צלזיוס) נמנעים מחטא ותמיכה בהשפלה.
  • (ב) [15] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ,0) ,התבצרת NOxFLT:1 כי הטמפרטורה של הגז נשארת נמוכה, מדכאת NOx תרמי.
  • (ב) ⁇ 0 (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

מחקר בקנה מידה טייס ב-FLT:0[עריכת קוד מקור | עריכה]: מחקר בקנה מידה פיילוט ב-DBD פלזמה יכול לחדש את ה- Pd/ ⁇ -Al2O3 זרז לחמצן מתאן עם התאוששות פעילות מעל 95%, בעוד שהתחדשות תרמית של 500 מעלות צלזיוס רק השיגה התאוששות 80% וגרמה משמעותית של צריכת האנרגיה של אפילמטר.

חידוש ביולוגי

אולי היציאה הקיצונית ביותר משיטות קונבנציונליות היא השימוש במיקרואורגניזמים לזרז את המזהמים.חיידקים מסוימים פטריות יכולים לטבול את פחמימנים, תרכובות המכילות sulfur, ואפילו תרכובות מתכת-אורגניות. לדוגמה, FLT:0PseudomonasFLT:1 הוכח להסיר coke מפצח ב זרזים ב טמפרטורות CO2Creca לתוך טמפרטורות קשות.

מחקר ביו-התחדשות עדיין במעבדה לשלב הפיילוט, אך התוצאות המוקדמות מעודדות את המחקר A 2021 ב- FLT:0Bioresource Technologyph 1LT:1 דיווחו כי קונסורציום של FLT:2BacillussFLT:0Bioresource Technologyphation FLT:1; 58% מהפקדות הפחמן מ-N2 / O2, 000 זרזים, ללא טיפול ב-FLT.

חידוש אלקטרו-כימיקלי

חמצון אלקטרוכימי הוא עוד טכניקה מתפתחת, במיוחד עבור הסרת חומרים אורגניים מאלקטרודות המשמשים בתאי דלק או אלקטרוליטייזרים. מתח יישומי מייצר מינים חמצן תגובתיים על פני השטח הזרז כי חמצון ממזהמים. שיטה זו מבוססת מים, פועל בטמפרטורת החדר, ויכול להיות מיושם באופן סלקטיבי על אזורים ספציפיים של זרז התנהגות מוגבלת, בעוד שהוא מחזיק כיום עבור יישומים אלקטרו-מוחשיים מיוחדים.

היתרונות של שיטות חידוש משופר

אימוץ טכנולוגיות הדור הבא של הדור הבא מספק מגוון של יתרונות סביבתיים וכלכליים המשתרעים מעבר להפחתה ישירה של פליטות.

Greenhouse Gas Emission Reductions

ניקוי כימי והתחדשות פלזמה יכול לחתוך פליטות CO2 הקשורות ל- 50-80% בהשוואה לשחיקה תרמית מסורתית.עבור יחידת התחדשות זרז הזזונית טיפוסית טיפול ב-100 טון של זרז בשנה, זה מתורגם לירידה של 200-300 טון של CO2 מדי שנה - שווה ערך להורדת 40-60 מכוניות מהכביש.

Catalyst Life ו-Desting Waste

על ידי צמצום הזינוק ותמיכה בהשפלה, שיטות חידוש משופרות מאפשרות לזרזים להיות בשימוש מחדש עבור מחזורים נוספים. Aזרז שנמשך בעבר 3-4 חידושים עשוי כעת להימשך 8-10 מחזורים.זה מקטין את הביקוש לייצור זרז בתולה (אשר עצמו הוא אנרגיה-ומשאב-רגיש) וחתכת את נפח הזרז שהועבר לקרקע או להחלמה.

חיסכון באנרגיה

תהליכים מבוססי פלסמה ותהליכים המבוססים על פלזמה צורכים הרבה פחות אנרגיה מאשר התחדשות תרמית בטמפרטורה גבוהה.לדוגמה, התחדשות פלזמה דורשת בדרך כלל רק 0.5-1.5h לקילוגרם של זרז, בעוד ששרוף תרמי קונבנציונלי יכול לצרוך 3-5 קילוואט / ק"ג (כולל preהתחממות טרום ומאוחר יותר בשנה), מתקן של התחדשות בגודל בינוני יכול לחסוך עד 500,000 000, להפחית את טביעת הרגל שלה על ידי 300 טון (אורד) לתוך פליטות פחמן (אורד) באופן ישיר).

שיפור הבטיחות המבצעית

התחדשות זרז מסורתית כוללת סיכונים טבועה: פראנסים עתיריים, גזים דלים, ופוטנציאל לתגובות חיצוניות מפלט אם זרימת האוויר אינה מאומתת.נמוכת באופן דרמטי את הסיכון לפיצוץ, כמו גם חשיפה למפעיל משטחים חמים ופליטות רעילות.זה תואם את דחיפה לתכנון בטוח יותר באופן חד-משמעי בעיבוד כימי.

מחקר: מקררים FCC Catalyst Regeneration

יחידות של פצח קטליטי פלויד (FCC) הן הצרכנים הגדולים ביותר של זרזים מחוסנים בנפט refining. A טיפוסי FCC מתחדשת 50-100 טון של זרז ליום באמצעות בעירה ממושכת של זמן גבוה בטמפרטורה גבוהה.תוצאות הדור הבא Catalyst Regeneration (NGCR) פרויקט שיתוף פעולה בין FLT:0 מחלקת האנרגיה של ארה"ב של FLT, ו- 60%, הראה כיום ירידה של אנרגיה נמוכה יותר.

נהגים כלכליים ודיפלומטיים

המעבר להתחדשות זרז בר קיימא אינו רק בחירה סביבתית; הוא מונע יותר ויותר על ידי כלכלה ותקנה.

תקנות מחירי הפחמן וההרשות

ג'וריסדיציה המכסה יותר מ-40% מהתמ"ג העולמי (כולל האיחוד האירופי, סין וחלקים מצפון אמריקה) יש כיום מנגנוני תמחור פחמן. במחיר פחמן של 50–100 יורו לטון, צמצום פליטות ההתחדשות של 300 טון CO2 לשנה חוסכת מתקן של 5,000-30,000 יורו בשנה - בנוסף לחיסכון באנרגיה.

עמידות שרשרת האספקה ומינרלים קריטיים

זרז תעשייתי רבים מכילים מתכות קבוצתיות פלטינה (PGMs), אלמנטים נדירים של כדור הארץ, או molybdenum - חומרים מסווגים כקריטי בשל אספקת ריכוז וסיכון גאופוליטי.התחדשות משופרת אשר משמרת מתכות אלה מפחיתה את התלות על הכרייה העיקרית. לדוגמה, ממירים קטליטיים של רכב מכילים כ 3-7 גרם של PGMs; מרחיבים את חייהם ביעילות באמצעות חידושים טובים יותר מקטין את הצורך לייצור חדש.

יוזמות כלכלה מעגליות

תוכנית הפעולה הכלכלית של הנציבות האירופית ומדיניות דומה ברחבי העולם מעודדת סינמביוזיס תעשייתית וצמצום הפסולת. Catalyst התחדשות מתאימה באופן מושלם למודל מעגלי: היא שומרת חומרים בשימוש ארוך יותר, מפחיתה את הדור הבזבוז, ומפחיתה את עוצמת הפחמן של מוצרים המיוצרים.

אתגרים ו-Outlook עתידיים

למרות ההבטחה שלהם, שיטות התחדשות זרז משופרות להתמודד עם כמה מכשולים לאימוץ נרחב.

הגבלות טכניות

ניקוי כימי של טמפרטורות נמוכות עשוי לא להסיר את כל סוגי הרעלים, במיוחד רעל גרפיטי או רעלים אורגניים כי הם מאוד כבולים. התחדשות פלאסמה עובד הכי טוב עבור שכבות דקות, ועשוי להיות פחות יעיל עבור זרזים רעועים מאוד. שיטות ביולוגיות איטיות (שעות עד ימים) ודורשות שליטה זהירה של pH, טמפרטורה, ואספקה תזונתית.

עלויות ועלויות הון

רוב טכניקות חידוש חדשניות הוכחו רק ברמת מעבדה או פיילוט. Scaling לתפוקה תעשייתית (עשרות טונות ליום) דורש פתרונות הנדסיים להעברה חום ומסה, גנרטורים פלסמה אמינים, או גדול bioreactors.השקעות בון יכול להיות גבוה: יחידת התחדשות פלזמה מסחרית עשוי לעלות 5-10 מיליון דולר, עלות משמעותית עבור זיכוכים קטנים.

שילוב עם תהליכים קיימים

מקררים וצמחים כימיים משולבים מאוד; חידוש הוא לעתים קרובות חלק של לולאה מתמשכת.התאוששות מערכת ניוון חדשה דורשת הנדסה זהירה כדי למנוע משבשת ייצור.מפעילים רבים הם מסוכנים, אם כי לכלוך, שיטות.

קבלה

מסגרות תגמול עבור סילוק זרז והתחדשות נכתבו סביב התלקחות תרמית. שיטות הרומן עשוי לדרוש קטגוריות חדשות, מגבלות פליטה, וחוקי אפיון פסולת.לדוגמה, חידוש ביולוגי יוצר ביומסה חיידקית שעשויה להיות מסווגת כמו סוכנויות תגמול פסולת.

הדרך קדימה: חדשנות ושיתוף פעולה

המחקר ממשיך לדחוף את הגבולות.הפיתוחים כוללים:

  • (ב) [ה]ה' [ה']'[דרוש מקור]], [ה], ש[דרוש מקור]], [ה]], [ה], [ה]]]], [התחילה], היא זו שמשלבת את הנטיות השטותיות של ה[[המאה ה-20]].
  • (ב) ,0) ב- situ regenerationהתחדשותFLT:1 באמצעות חימום מיקרוגל או רדיו- ⁇ , אשר יכול להיות פקדות קוק חום סלקטיבית ללא חימום זרז גדול.
  • (FLT:0) Machine LearningveFLT:1 כדי לייעל את תנאי ההתחדשות בזמן אמת על בסיס זרז הרכב והיסטוריית ההונאה, צמצום השימוש באנרגיה ושיפור התוצאות.
  • (FLT:0)Bio-inspired regenerationdFIRLT:1) באמצעות ניקוי מבוסס אנזימים המחקה כיצד מיקרואורגניזמים דהופחמימנים, המציעים פעולה מהירה יותר מאשר שיטות תא שלמות.

מאמצים משותפים בין האקדמיה, התעשייה והממשל חיוניים להאיץ את הפיתוח.תכניות כמו FLT:0)ClimateWorks Foundation’s Industrial Innovation InitiativeFLT:1 ופרויקט Horizon EU Horizon "CAT-REG" הם מימון שותפויות בין-מגזריים כדי לפרוס טכנולוגיות מתקדמות בקנה מידה.

מסקנה

שיטות התחדשות זרז משופרות מייצגות הזדמנות גבוהה לטיהור תעשייתי.על ידי החלפת אנרגיה אינטנסיבית, הפליטה-הכבדה תרמית כוויות עם ניקוי כימי בטמפרטורה נמוכה, חמצון פלזמה, טיפול ביולוגי, או גישות אלקטרוכימיות, תעשיות יכול לקצץ פליטות גזי חממה על ידי 50–80%, להפחית את צריכת האנרגיה, להאריך את החיים, ולמזער את היתרונות מסוכנים אלה עם מגמות רגולטוריות, בעוד שטכנולוגיות אוויריות מתקדמות, צמיחה, צמיחה, צמיחה, צמיחה, צמיחה כלכלית, צמיחה, צמיחה, אנרגיה, צמיחה, צמיחה, צמיחה, צמיחה כלכלית, צמיחה, צמיחה, צמיחה של אנרגיה מתקדמת, צמיחה של אנרגיה, צמיחה של אנרגיה מתקדמת, היא צמיחה של אנרגיה מתקדמת, צמיחה של אנרגיה מתקדמת, צמיחה, צמיחה של צמיחה של אנרגיה, צמיחה, צמיחה של אנרגיה מתקדמת של צמיחה של אנרגיה מתקדמת של אנרגיה מתקדמת, צמיחה של אנרגיה מתקדמת של אנרגיה מתקדמת, צמיחה של טכנולוגיות סביבתית צמיחה כלכלית, צמיחה של אנרגיה מתקדמת, צמיחה של אנרגיה מתקדמת, צמיחה כלכלית, אנרגיה מתקדמת, אנרגיה מתקדמת, צמיחה כלכלית, אנרגיה מתקדמת של אנרגיה מתקדמת, אנרגיה מתקדמת, צמיחה כלכלית יציבה של אנרגיה, אנרגיה מתקדמת, היא צמיחה, היא צמיחה, צמיחה של אנרגיה מתקדמת, צמיחה של אנרגיה מתקדמת, צמיחה של אנרגיה מתקדמת, צמיחה צמיחה, צמיחה, כוח סיכון

כמו תעשיות ברחבי העולם שואפות לעמוד במטרות של אפס נטו, יחידת ההתחדשות הצנועה - שזכתה להתעלמות כהמקור של פליטות - יכולה להפוך לאבן הפינה של ייצור נקי יותר.המדע מוכן; היישום חייב לעקוב.