Sabina Begić1, Vladan Mićić2, Zoran Petrović2, Darko Manjenčić3

1 Tehnološki fakultet Tuzla, Univerzitet u Tuzli, e-mail: sabina.begic@untz.ba

2 Tehnološki fakultet Zvornik, Univerzitet u Istočnom Sarajevu, e-mail:micicvladan@yahoo.com; ozrenzorp@gmail.com

3 Tehnološki fakultet Novi Sad, Univerzitet u Novom Sadu; e-mail: manjend@gmail.com

48. Međunarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 6–8.12.2017.

48th International HVAC&R Congress and Exhibition, Belgrade, 6–8 Dec. 2017

1

48. Međunarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 6–8.12.2017.

48th International HVAC&R Congress and Exhibition, Belgrade, 6–8 Dec. 2017 2

48. Međunarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 6–8.12.2017.

48th International HVAC&R Congress and Exhibition, Belgrade, 6–8 Dec. 2017 3

UvodKao što je opšte poznato petrohemijska industrija je bila motor brzog ekonomskog razvoja koji je postignut u dvadesetom veku. Ta industrija je bila centralizovana i masovna, uglavnom smeštena na jednom mestu, čime je postignuto brzo tržište za hemikalije i energiju. Za razliku od petrohemijske industrije, bioindustrija je uglavnom decentralizovana industrija i zasnovana je na obnovljivim sirovinama i energiji. Jedna od mogućnosti implementacije bioindustrije je korišćenje vode kao rastvarača, koje poslednjih godina dobija na intenzitetu, jer je voda jeftin, bezbedan i ekološki podesan rastvarač. Ona se može koristiti kao rastvarač u procesima hemijske sinteze, razgradnje opasnog otpada i tretmana biomase. Subkritična i superkritična voda mogu značajno doprineti razvoju decentralizovane bioindustrije.

48. Međunarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 6–8.12.2017.

48th International HVAC&R Congress and Exhibition, Belgrade, 6–8 Dec. 2017 4

Superkritična voda je privukla pažnju istraživača kao reakciona sredina za proces reforminga otpada i sporednih produkata i kao takva postala veoma atraktivna sa ekološke tačke gledišta. Metoda je pogodna za konvertovanje veoma vlažne biomase i tečnosti u cilju dobijanja gasova ili biohemikalija.

Reforming sa sub i superkritičnom vodom često nazvan hidrotermalni reforming se zasniva na sposobnosti sub i superkritične vode da oksidiše organska jedinjenja što dovodi do stvaranja bio-ulja, tečnosti manje molekulske mase i gasova.

48. Međunarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 6–8.12.2017.

48th International HVAC&R Congress and Exhibition, Belgrade, 6–8 Dec. 2017 5

Procesi koji koriste superkritične fluide zahtevaju manje energije i ekološki su podesniji u poređenju sa tradicionalnim procesima koji koriste organske rastvarače.

Ovaj rad će se fokusirati na konverziju otpada iz biomase i organskog otpada u goriva i hemikalije korišćenjem reforming procesa sa vodom visokog pritiska kao podesne alternative tradicionalnim procesnim metodama (pirolizi, sagorevanju, reformingu parom, termohemijskoj konverziji, digestiji, kompostingu).

48. Međunarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 6–8.12.2017.

48th International HVAC&R Congress and Exhibition, Belgrade, 6–8 Dec. 2017 6

Proces hidrotermalnog reformingaObećavajuće tehnologije za konverziju biomase u biogorivo i biohemikalije su hidrotermalni procesi koji koriste subkritičnu i superkritičnu vodu kao procesni medijum. Važna prednost hidrotermalnog reforminga u odnosu na druge procesne metode je mogućnost korišćenja vlažne supstance bez prethodnog sušenja. Hidrotermalna gasifikacija biomase je proces u kome se biomasa konvertuje u gasovite produkte kao što su CH4, H2, CO, CO2 u hidrotermalnom reakcionom medijumu.

48. Međunarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 6–8.12.2017.

48th International HVAC&R Congress and Exhibition, Belgrade, 6–8 Dec. 2017 7

Zavisno od temperature gasifikacije proces se može klasifikovati u tri kategorije: reforming u vodenoj fazi na temperaturi manjoj od 538K, katalizovana gasifikacija na temperaturi bliskoj kritičnoj temperaturi i gasifikacija sa superkritičnom vodom na temperaturi iznad kritične temperature za vodu.Gasifikacija superkritičnom vodom ima prednosti u poređenju sa procesom suve gasifikacije. Prva prednost je da biomasa procesuirana sa superkritičnom vodom ne mora da se suši. Glavni problemi gasifikacije biomase u superkritičnoj vodi su tehničke prirode i odnose se na visok pritisak u reaktoru, stvaranje čvrstih čestica i koroziju.

48. Međunarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 6–8.12.2017.

48th International HVAC&R Congress and Exhibition, Belgrade, 6–8 Dec. 2017 8

Hidrotermalni reforming otpada i sporednih produkata Glicerol je glavni sporedni proizvod industrijske proizvodnje biodizela pa povećanje proizvodnje biodizela vodi stalnom povećanju količine sirovog glicerola. Zbog toga nalaženje visoko vrednih proizvoda koji se dobijaju iz sirovog glicerola postaje aktivna tema za mnoge istraživače u nastojanju da se unapredi ekonomsko poslovanje industrije biodizela. Različiti katalizatori su korišćeni da bi se poboljšala konverzija glicerola i smanjile zahtevane temperature. Soli metala, kiseline i baze su korišćene kao homogeni katalizatori.

48. Međunarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 6–8.12.2017.

48th International HVAC&R Congress and Exhibition, Belgrade, 6–8 Dec. 2017 9

Reakcioni uslovi hidrotermalnog reforminga glicerola su zavisni od željenih produkata reakcije. Niske temperature, visoki pritisci, koncentrovani napojni rastvori i kiseli katalizatori pogoduju stvaranju tečnih produkata, sa akroleinom kao glavnim jedinjenjem. Za gasifikaciju, visoke temperature, niski pritisci, razblaženi napojni rastvori i alkalni ili metalni katalizatori su preferirani. Otpadni mulj koji se dobija tokom tretmana otpadne vode i njegovo odlaganje predstavljaju veliki ekološki problem. Najbolji način odlaganja otpadnog mulja je njegovo korišćenje za proizvodnju vodonika hidrotermalnim reformingom.Tokom hidrotermalnog reforminga otpadnog mulja dobijaju se tečni produkti (fenol, bio-ulja) i gasoviti produkti (CO2, H2, CH4 i NH3). Slično reformingu glicerola, sastav produkata zavisi od procesnih uslova.

48. Međunarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 6–8.12.2017.

48th International HVAC&R Congress and Exhibition, Belgrade, 6–8 Dec. 2017 10

Specifične osobine superkritične vode proučavane su za razgradnju opasnih otpada koji su se dobijali prilikom procesa u različitim područjima: biološki otpad iz medicine i farmacije, vodeni tokovi iz hemijske ili naftne industrije.

Otpad, ili tečni ili čvrsti može se oksidisati u manje opasna ili čak korisna jedinjenja, koja mogu dalje biti korišćena ili bezbedno odlagana. Ekološke koristi takve metode i njena efikasnost ukazuju da je hidrotermalni reforming obećavajuće sredstvo sa velikim potencijalom opsega primene.

48. Međunarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 6–8.12.2017.

48th International HVAC&R Congress and Exhibition, Belgrade, 6–8 Dec. 2017 11

Zaključci Usled nužnosti poštovanja zakonske legislative i društvene odgovornosti, industrije se danas sve više kreću prema razvoju ekološki i ekonomski povoljnijih procesa.

Saglasno novom kriterijumu koji se zahteva za hemijske procese i sintezu, novo projektovani procesi trebalo bi da imaju što manju potrošnju energije, svođenje procesa na što je moguće manji broj koraka, korišćenje obnovljivih sirovina, bezbednih i ekološki prihvatljivih rastvarača.

Hemijski i biohemijski procesi se generalno izvršavaju u rastvorima. Konvencionalni organski rastvarači su potencijalni ekološki zagađivači i zbog toga istraživanje se orjentiše prema procesima bez rastvarača ili rastvaračima sa manjim ekološkim uticajem kao što je superkritična voda.

48. Međunarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 6–8.12.2017.

48th International HVAC&R Congress and Exhibition, Belgrade, 6–8 Dec. 2017 12

Superkritični fluidi kao ’’zeleni rastvarači’’ nude mogućnost dobijanja novih produkata sa specijalnim karakteristikama ili projektovanje novih procesa koji su ekološki prihvatljivi i podesni. Ovo predstavlja veliki izazov za hemijske inženjere u budućnosti. Superkritični fluidi imaju veliki potencijal i zbog toga veliku primenu. Prihvatanje superkritične tehnologije kao alternative konvencionalnim tehnologijama raste i reflektuje se u stalnom povećanju broja industrijskih postrojenja visokog pritiska koja imaju različitu primenu. Zbog toga unapređenja u polju tehnologija visokog pritiska su otvorila nove puteve za supstance i produkte dobijene sa jeftinim i ekološki prihvatljivim metodama.

48. Međunarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 6–8.12.2017.

48th International HVAC&R Congress and Exhibition, Belgrade, 6–8 Dec. 2017 13

Superkritična voda kao reakcioni medijum ima nekoliko prednosti u odnosu na tradicionalne metode enzimske i kisele hidrolize kao i pirolizu. Hidroliza i proces gasifikacije u superkritičnoj vodi ne zahtevaju visoku potrošnju energije radi isparavanja vode što se zahteva u tradicionalnim metodama.

Tehnologija hidrotermalnog referminga otpada i sporednih produkata ispunjava sve gore navedene kriterijume. Izlazne hemikalije i proizvedeni gasovi mogu biti dalje korišćeni kao reaktanti u različitim hemijskim procesima, ili kao nosioci energije poput bioulja, vodonika ili metana. Istraživanje u ovom polju može predstavljati prvi korak prema prekidu oslanjanja na fosilna goriva, bilo njihovim korišćenjem kao sirovina u hemijskoj industriji ili kao energetskog izvora.

48. Međunarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 6–8.12.2017.

48th International HVAC&R Congress and Exhibition, Belgrade, 6–8 Dec. 2017 14

48. Međunarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 6–8.12.2017.

48th International HVAC&R Congress and Exhibition, Belgrade, 6–8 Dec. 2017 15