Vloeibare korte alkanen uit hout

Elise Peeters
Het proces voor de directe valorisatie van biomassa, meer bepaald hout, tot lichte nafta-alkanen wordt bestudeerd. Deze lichte nafta-alkanen kunnen verder verwerkt worden tot bio-benzine en tal van chemicaliën en materialen. Met het oog op het behalen van 10% biobrandstof in 2020, wordt in deze scriptie onderzocht of de directe implementatie van dit proces op industrieel niveau mogelijk is.

Groen tanken met hout als hernieuwbare grondstof

Donald Trump

‘It's freezing and snowing in New York: we need global warming!’

De Amerikaanse president is er nog altijd rotsvast van overtuigd dat de opwarming van de aarde een fabeltje is, niets meer dan een dure grap. De talloze wetenschappelijke studies, documentaires (onder andere an inconvenient truth (2003 en 2017) en chasing ice) en klimaatconferenties drukken ons echter met de neus op de feiten; de opwarming van de aarde is volop aan de gang en de menselijke activiteiten van de laatste decennia, voornamelijk de verbranding van fossiele brandstoffen, zijn de grootste boosdoeners (Fig 1.). Duurzame alternatieven voor fossiele grondstoffen moeten dus de topprioriteit van de 21ste eeuw worden, want een plan(eet) B bestaat niet.

Fig 1. Het opsouperen van de fossiele grondstoffen van de aarde

Fig 1. Het opsouperen van de fossiele grondstoffen van de aarde

De problematiek van aardolie

Aardolie is de grondstof bij uitstek voor de productie van brandstoffen, chemicaliën en materialen zoals plastics en rubbers. Kortom, producten die niet meer weg te denken zijn uit onze hedendaagse samenleving. Het eindig karakter van deze fossiele grondstof limiteert echter de inzetbaarheid hiervan op lange termijn. Bovendien zorgt de ongelijke verdeling van de olievoorraden voor veel politieke conflicten. Naast de uitputbaarheid en de geopolitieke strubbelingen, vormt vervuiling een derde belangrijk nadeel. De verbranding van fossiele grondstoffen levert namelijk de grootste uitstoot van CO2 en dit werkt de klimaatverandering mee in de hand. Hierdoor zal de aarde globaal opwarmen en frequenter geteisterd worden door overstromingen en hevige stormen. Het is dus broodnodig om de afhankelijkheid van fossiele grondstoffen in te perken door meer in te zetten op hernieuwbare bronnen zoals biomassa, wind en zon.

Biomassa, een alomtegenwoordige groene grondstof

Biomassa is organisch materiaal afkomstig van planten, bomen, gewassen en algen. Naargelang de herkomst, kan biomassa in verschillende generaties opgedeeld worden. De eerste generatie van biomassa omvat plantaardige materialen zoals palmolie, suikerriet en maïs. Hoewel slechts een simpel proces vereist is om hieruit brandstoffen en chemicaliën te produceren, heeft het als groot nadeel dat het in competitie treedt met de voedselproductie. Hout, daarentegen, is onderdeel van de tweede generatie of non-food biomassa en wordt als een zeer aantrekkelijk alternatief voor fossiele componenten beschouwd aangezien het (i) meer homogeen verspreid is, (ii) mits duurzaam gebruik als CO2-neutraal kan gezien worden, (iii) hernieuwbaar is en (iv) niet in competitie treedt met de voedselproductie.  Hout is opgebouwd uit eenvoudige suikers (cellulose en hemicellulose) en een meer complexe component genaamd lignine, die de suikers als een soort lijm bij elkaar houdt. Deze chemische compositie van hout maakt het mogelijk om, na het uitvoeren van specifieke processen, componenten zoals benzine en plastics te vormen welke tot op heden voornamelijk vervaardigd worden uit aardolie.                                  

Biomassa, de duurzame oplossing voor korte en lange termijn toepassingen

In de transportsector zal de koolstof gebaseerde brandstof (benzine) geleidelijk vervangen worden door elektrificatie. Deze overschakeling vereist echter een kapitaalintensieve verandering in zowel de transportinfrastructuur als de verbrandingsmotor. De EU-energierichtlijn legt echter op dat in 2020 10% brandstof voor transport afkomstig moet zijn uit hernieuwbare bronnen. Om deze doelstelling op zo’n korte tijdspanne te realiseren, moet onder meer beroep gedaan worden op biomassa als hernieuwbare koolstofbron. De kracht van deze drop-in koolwaterstoffen, zijnde moleculen die chemisch identiek zijn aan de huidig fossiel gebaseerde koolwaterstoffen, is namelijk de directe inzetbaarheid in de huidige technologie en infrastructuur (Fig. 2).

Fig 2. Het duurzame gebruik van biomassa in de transportsector

Fig 2. Het duurzame gebruik van biomassa in de transportsector
 

Voorts vormt biomassa ook het enige alternatief voor de productie van organische chemicaliën en polymeren aangezien deze componenten steeds een koolstofskelet vereisen. Ten opzichte van de transportsector is de koolstofgebaseerde chemische sector veel kleiner in omvang. Dit laat vanuit economisch, ecologisch en logistiek oogpunt een volledige overschakeling naar biogebaseerde producten toe. Bovendien biedt de hoge functionaliteit van biomassa ook de mogelijkheid om nieuwe chemische producten te synthetiseren die niet verkregen kunnen worden uit fossiele bronnen.

De overschakeling van aardolie naar biomassa is de drijvende kracht voor de ontwikkeling van bioraffinaderijen. In een bioraffinaderij wordt biomassa ingezet als grondstof en via een geïntegreerd proces uiteengerafeld tot zijn bouwstenen. Vervolgens worden deze bouwstenen verder bewerkt tot biogebaseerde materialen, chemicaliën en biobrandstoffen. In vele opzichten is een bioraffinaderij dusdanig analoog aan een hedendaagse aardolieraffinaderij waar ruwe aardolie gescheiden wordt in zijn verschillende fracties, welke vervolgens verder omgezet wordt tot diverse (eind)producten. Een interessante fractie van de ruwe aardolie is de nafta fractie, dit is een mengsel van koolwaterstoffen met een kookpunt tussen de 30 en de 150°C. Deze fractie wordt ook wel in de volksmond ‘naft’ genoemd aangezien het verder verwerkt kan worden tot onder andere benzine.

10% biobrandstof is een haalbare kaart

Aan het Centrum van Oppervlaktechemie en Katalyse (COK) te Leuven is een proces ontwikkeld waarbij de fossiele ‘naft’ fractie rechtstreeks aangerijkt kan worden met 10% groene koolstof afkomstig van hout. Hierdoor kan de EU-richtlijn van 10% hernieuwbare brandstof in 2020 rechtstreeks behaald worden. Bovendien kan deze 10% bio-naftastroom ook ingezet worden voor de productie van plastics, rubber en andere nafta-producten.

De vorming van de groene naftastroom verloopt in dit COK-proces via twee aansluitende stappen. Eerst wordt hout opgesplitst in zijn drie verschillende bouwblokken namelijk, lignine, cellulose en hemicellulose en vervolgens wordt de verkregen cellulosefractie verder verwerkt tot de naftastroom. Het voordeel van deze technologie is dat niet alleen cellulose omgezet wordt tot nafta maar dat de lignine- en hemicellulosefracties ook verder gevaloriseerd kunnen worden, doordat hun waardevolle structuur tijdens het proces behouden blijft. Deze volledige benutting van de biogebaseerde componenten maakt dit een zeer aantrekkelijk proces.

Het gebruik van dit COK-proces kan bijgevolg zowel op korte termijn (als benzine-additief) als op lange termijn (als hernieuwbare materialen en chemicaliën) bijdragen tot een meer duurzame samenleving.

Bibliografie

1.        United Nations Department of Economic and Social Affairs. Population Division - World Population Prospects 2015. (2015). Available at: https://esa.un.org/unpd/wpp/Download/Standard/Population/. (Accessed: 9th October 2016)

2.        International Energy Agency. World Energy Outlook 2014. (2014).

3.        International Energy Agency. Key world energy statistics. (2016).

4.        Achilias, D. S., Roupakias, C. & Megalokonomos, P. Chemical recycling of plastic wastes made from polyethylene (LDPE and HDPE) and polypropylene (PP). J. Hazard. Mater. 149, 536–542 (2007).

5.        Höök, M. & Tang, X. Depletion of fossil fuels and anthropogenic climate change - A review. Energy Policy 52, 797–809 (2013).

6.        Demirbas, A. Biorefineries For Biomass Upgrading Facilities. (2010).

7.        The consequences of climate change. Science 342, 1171 LP-1172 (2013).

8.        International Energy Agency. Energy and Air Pollution. (2016).

9.        Ehrlich, P. R. & Pringle, R. M. Where does biodiversity go from here? A grim business-as-usual forecast and a hopeful portfolio of partial solutions. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 105 Suppl, 11579–11586 (2008).

10.      European Commission. The Paris Protocol - A blueprint for tackling global climate change beyond 2020. (2015).

11.      Lonza, L., Hass, H., Maas, H., Reid, A. & Rose, K. EU renewable energy targets in 2020: Analysis of scenarios for transport fuels. JCR, EUCAR and CONCAWE (2011).

12.      Alonso, D. M., Bond, J. Q. & Dumesic, J. A. Catalytic conversion of biomass to biofuels. Green Chem. 12, 1493–1513 (2010).

13.      Kamm, B. & Kamm, M. Principles of biorefineries. Appl. Microbiol. Biotechnol. 64, 137–145 (2004).

14.      Deneyer, A. et al. Alkane production from biomass: chemo-, bio- and integrated catalytic approaches. Curr. Opin. Chem. Biol. 29, 40–48 (2015).

15.      European Commission. 2020 Energy Strategy. Available at: https://ec.europa.eu/energy/en/topics/energy-strategy/2020-energy-strat…. (Accessed: 8th October 2016)

16.      Gallezot, P. Conversion of biomass to selected chemical products. Chem. Soc. Rev. 41, 1538–58 (2012).

17.      Ragauskas, A. J. et al. The path forward for biofuels and biomaterials. Science 311, 484–489 (2006).

18.      Naik, S. N., Goud, V. V., Rout, P. K. & Dalai, A. K. Production of first and second generation biofuels: A comprehensive review. Renew. Sustain. Energy Rev. 14, 578–597 (2010).

19.      First generation Biofuels. (2010). Available at: http://biofuel.org.uk/first-generation-biofuels.html. (Accessed: 8th October 2016)

20.      Ladanai, S. & Vinterbäck, J. Global Potential of Sustainable Biomass for Energy. SLU, Institutionen för energi och teknik Swedish University of Agricultural Sciences , Department of Energy and Technology (2009).

21.      Dusselier, M., Mascal, M. & Sels, B. in Selective Catalysis for Renewable Feedstocks and Chemicals 13–35 (2014).

22.      Carriquiry, M. A., Du, X. & Timilsina, G. R. Second generation biofuels: Economics and policies. Energy Policy 39, 4222–4234 (2011).

23.      Laursen, W. Students take a green initiative. Green Chem. 32–34 (2006).

24.      Kumar, A., Gupta, R., Shrivastava, B., Khasa, Y. P. & Kuhad, R. C. Xylanase production from an alkalophilic actinomycete isolate Streptomyces sp. RCK-2010, its characterization and application in saccharification of second generation biomass. J. Mol. Catal. B Enzym. 74, 170–177 (2012).

25.      Rommens, T. & Suetens, E. Het potentieel van biobrandstoffen van de tweede generatie. (2009).

26.      Mosier, N. et al. Features of promising technologies for pretreatment of lignocellulosic biomass. Bioresour. Technol. 96, 673–686 (2005).

27.      Somerville, C. Cellulose Synthesis in Higher Plants. Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 22, 53–78 (2006).

28.      Sathitsuksanoh, N., George, A. & Zhang, Y.-H. P. New lignocellulose pretreatments using cellulose solvents: a review. J. Chem. Technol. Biotechnol. 88, 169–180 (2013).

29.      Delcour, J. Levensmiddelenchemie en -controle. (2015).

30.      Chen, H. Biotechnology of Lignocellulose. Biotechnology of Lignocellulose: Theory and Practice (Springer Netherlands, 2014).

31.      Isikgor, F. H. & C. Remzi Becer. Lignocellulosic Biomass: a sustainable platform for production of bio-based chemicals and polymers. Polym. Chem. 6, 4497–4559 (2015).

32.      Burton, R. A., Gidley, M. J. & Fincher, G. B. Heterogeneity in the chemistry, structure and function of plant cell walls. Nat. Chem. Biol. 6, 724–732 (2010).

33.      Lee, H. V., Hamid, S. B. A. & Zain, S. K. Conversion of lignocellulosic biomass to nanocellulose: Structure and chemical process. Sci. World J. 2014, (2014).

34.      Ravachol, J. et al. Mechanisms involved in xyloglucan catabolism by the cellulosome-producing bacterium Ruminiclostridium cellulolyticum. Sci. Rep. 6, 22770 (2016).

35.      Sims, R. & Taylor Michael. From 1st- to 2nd- Generation Biofuel Technologies. IEA Bioenergy (2008).

36.      Ho, D. P., Ngo, H. H. & Guo, W. A mini review on renewable sources for biofuel. Bioresour. Technol. 169, 742–749 (2014).

37.      Ree, R. & Annevelink, E. Status Report Biorefinery 2007. Agrotechnology & Food Science (2007).

38.      Chheda, J. N., Huber, G. W. & Dumesic, J. A. Liquid-phase catalytic processing of biomass-derived oxygenated hydrocarbons to fuels and chemicals. Angew. Chemie - Int. Ed. 46, 7164–7183 (2007).

39.      Deneyer, A. et al. Compositional and structural feedstock requirements of a liquid phase cellulose-to-naphtha process in a carbon- and hydrogen-neutral biorefinery context. Green Chem. 18, 5594–5606 (2016).

40.      Bhutto, A. W. et al. Progress in the production of biomass-to-liquid biofuels to decarbonize the transport sector - prospects and challenges. RSC Adv. 6, 32140–32170 (2016).

41.      Jong, E. De & Jungmeier, G. Biorefinery Concepts in Comparison to Petrochemical Refineries. Industrial Biorefineries and White Biotechnology (2015).

42.      Lautala, P. T. et al. Opportunities and Challenges in the Design and Analysis of Biomass Supply Chains. Environ. Manage. 56, 1397–1415 (2015).

43.      Climent, M. J., Corma, A. & Iborra, S. Conversion of biomass platform molecules into fuel additives and liquid hydrocarbon fuels. Green Chem. 16, 516–547 (2014).

44.      Rahimi, N. & Karimzadeh, R. Catalytic cracking of hydrocarbons over modified ZSM-5 zeolites to produce light olefins: A review. Appl. Catal. A Gen. 398, 1–17 (2011).

45.      Van Geem, K. M. et al. Automatic reaction network generation using RMG for steam cracking of n-hexane. AIChE J. 52, 718–730 (2006).

46.      Sels, B. Heterogeneous Catalysis. (2016).

47.      Carlson, T. R., Vispute, T. P. & Huber, G. W. Green gasoline by catalytic fast pyrolysis of solid biomass derived compounds. ChemSusChem 1, 397–400 (2008).

48.      Sutton, A. D. et al. The hydrodeoxygenation of bioderived furans into alkanes. Nat. Chem. 5, 428–32 (2013).

49.      Van Oers, P. J. . in Chemische feitelijkheden - Benzine 1–11 (1992).

50.      Oseev, A., Zubtsov, M. & Lucklum, R. Octane number determination of gasoline with a phononic crystal sensor. Procedia Eng. 47, 1382–1385 (2012).

51.      Han, W. Q. & Yao, C. De. Research on high cetane and high octane number fuels and the mechanism for their common oxidation and auto-ignition. Fuel 150, 29–40 (2015).

52.      Flagan, R. C. & Seinfeld, J. H. in Fundamentals of Air Pollution Engineering 226–287 (1988).

53.      Mériaudeau, P. & Naccache, C. Dehydrocyclization of Alkanes Over Zeolite-Supported Metal Catalysts: Monofunctional or Bifunctional Route. Catal. Rev. 39, 5–48 (1997).

54.      Valavarasu, G. & Sairam, B. Light Naphtha Isomerization Process: A Review. Pet. Sci. Technol. 31, 580–595 (2013).

55.      Demirbas, A., Balubaid, M. a., Basahel, a. M., Ahmad, W. & Sheikh, M. H. Octane Rating of Gasoline and Octane Booster Additives. Pet. Sci. Technol. 33, 1190–1197 (2015).

56.      Op de Beeck, B. et al. Direct catalytic conversion of cellulose to liquid straight-chain alkanes. Energy Environ. Sci. 8, 230–240 (2015).

57.      Rahimi, N. & Karimzadeh, R. Catalytic cracking of hydrocarbons over modified ZSM-5 zeolites to produce light olefins: A review. Appl. Catal. A Gen. 398, 1–17 (2011).

58.      Fadhil, M., Zhao, D. & Soh, A. Polypropylene. ICIS Chem. Bus. 286, 34 (2014).

59.      Gross, E. New uses grow polypropylene. Text. World 150, 69–72 (2000).

60.      Noriman, N. Z. & Ismail, H. Properties of styrene butadiene rubber (SBR)/recycled acrylonitrile butadiene rubber (NBRr) blends: The effects of carbon black/silica (CB/Sil) hybrid filler and silane coupling agent, Si69. J. Appl. Polym. Sci. 124, 19–27 (2012).

61.      Weddle, N. Butadiene. ICIS Chem. Bus. 283, 35 (2013).

62.      Luttrell, W. E. & Conley, N. L. Benzene. J. Chem. Heal. Saf. 18, 32–33 (2011).

63.      Verboekend, D., Liao, Y., Schutyser, W. & Sels, B. F. Alkylphenols to phenol and olefins by zeolite catalysis: a pathway to valorize raw and fossilized lignocellulose. Green Chem. 18, 297–306 (2016).

64.      Jenkins, S. Aniline Production from Nitrobenze (Liquid-Phase). Chem. Eng. 123, 48 (2016).

65.      Flegiel, F., Sharma, S. & Rangaiah, G. P. Development and Multiobjective Optimization of Improved Cumene Production Processes. Mater. Manuf. Process. 30, 444–457 (2015).

66.      Luttrell, W. E. & Lyiza, C. Cyclohexane. J. Chem. Heal. Saf. 17, 33–34 (2010).

67.      Luttrell, W. E. & Klaassen, G. R. Adipic acid. J. Chem. Heal. Saf. 23, 44–46 (2016).

68.      Yu, H. et al. Selective Catalysis of the Aerobic Oxidation of Cyclohexane in the Liquid Phase by Carbon Nanotubes. Angew. Chemie Int. Ed. 50, 3978–3982 (2011).

69.      Buss, W. C. & Hughes, T. R. Method of dehydrocyclizing alkanes. US 4435283A (1984).

70.      Xia, Q. et al. Direct hydrodeoxygenation of raw woody biomass into liquid alkanes. Nat. Commun. 7, 11162 (2016).

71.      Zhang, L., Xu, C. (Charles) & Champagne, P. Overview of recent advances in thermo-chemical conversion of biomass. Energy Convers. Manag. 51, 969–982 (2010).

72.      Elliott, D. C., Biller, P., Ross, A. B., Schmidt, A. J. & Jones, S. B. Hydrothermal liquefaction of biomass: Developments from batch to continuous process. Bioresour. Technol. 178, 147–156 (2015).

73.      Huber, G. W., Sara, I. & Corma, A. Synthesis of Transportation Fuels from Biomass. Chem Rev. 2, 4044–4098 (2006).

74.      Babu, S. P. Thermal gasification of biomass technology developments: End of task report for 1992 to 1994. Biomass and Bioenergy 9, 271–285 (1995).

75.      Jahangiri, H., Bennett, J., Mahjoubi, P., Wilson, K. & Gu, S. A Review of Advanced Catalyst Development for Fischer-Tropsch Synthesis of Hydrocarbons from Biomass Derived Syn-Gas. Catal. Sci. Technol. 4, 2210–2229 (2014).

76.      Heidenreich, S. & Foscolo, P. U. New concepts in biomass gasification. Prog. Energy Combust. Sci. 46, 72–95 (2015).

77.      Devi, L., Ptasinski, K. J. & Janssen, F. J. J. G. A review of the primary measures for tar elimination in biomass gasification processes. Biomass and Bioenergy 24, 125–140 (2002).

78.      Wang, S., Yin, Q., Guo, J., Ru, B. & Zhu, L. Improved Fischer-Tropsch synthesis for gasoline over Ru, Ni promoted Co/HZSM-5 catalysts. Fuel 108, 597–603 (2013).

79.      Dalil, M., Sohrabi, M. & Royaee, S. J. Application of nano-sized cobalt on ZSM-5 zeolite as an active catalyst in Fischer-Tropsch synthesis. J. Ind. Eng. Chem. 18, 690–696 (2012).

80.      Kang, S.-H. et al. ZSM-5 supported cobalt catalyst for the direct production of gasoline range hydrocarbons by Fischer-Tropsch synthesis. Catal. Letters 141, 1464 (2011).

81.      Bessell, S. Investigation of bifunctional zeolite supported cobalt Fischer-Tropsch catalysts. Appl. Catal. A Gen. 126, 235–244 (1995).

82.      Serrano-Ruiz, J. C., Wang, D. & Dumesic, J. A. Catalytic upgrading of levulinic acid to 5-nonanone. Green Chem. 12, 574–577 (2010).

83.      Alonso, D. M., Bond, J. Q., Serrano-Ruiz, J. C. & Dumesic, J. A. Production of liquid hydrocarbon transportation fuels by oligomerization of biomass-derived C9 alkenes. Green Chem. 12, 992–999 (2010).

84.      Gayubo, A. G. et al. Transformation of Oxygenate Components of Biomass Pyrolysis Oil on a HZSM-5 Zeolite. II. Aldehydes, Ketones, and Acids. Ind. Eng. Chem. Res. 43, 2619–2626 (2004).

85.      Baliban, R. C., Elia, J. A. & Floudas, C. A. Biomass and natural gas to liquid transportation fuels: Process synthesis, global optimization, and topology analysis. Ind. Eng. Chem. Res. 52, 3381–3406 (2013).

86.      Iwasa, N., Yoshikawa, M., Nomura, W. & Arai, M. Transformation of methanol in the presence of steam and oxygen over ZnO-supported transition metal catalysts under stream reforming conditions. Appl. Catal. A Gen. 292, 215–222 (2005).

87.      Collignon, F., Loenders, R., Martens, J. A., Jacobs, P. A. & Poncelet, G. Liquid Phase Synthesis of MTBE from Methanol and Isobutene over Acid Zeolites and Amberlyst-15. J. Catal. 182, 302–312 (1999).

88.      Tower, C. Biotechnology of Lignocellulose Materials. 218419139, (2013).

89.      Venkatakrishnan, V. K., Delgass, W. N., Ribeiro, F. H. & Agrawal, R. Oxygen removal from intact biomass to produce liquid fuel range hydrocarbons via fast-hydropyrolysis and vapor-phase catalytic hydrodeoxygenation. Green Chem. 17, 178–183 (2015).

90.      Mohan, D., Pittman, C. U. & Steele, P. H. Pyrolysis of Wood/Biomass for Bio-oil : A Critical Review. Energy & Fuesl 20, 848–889 (2006).

91.      Bridgwater, A. V. Catalysis in thermal biomass conversion. Appl. Catal. A Gen. 116, 5–47 (1994).

92.      Bridgwater, A. V. A survey of thermochemical biomass processing activities. Biomass 22, 279–292 (1990).

93.      Peacocke, G. V. C., Russell, P. A., Jenkins, J. D. & Bridgwater, A. V. Physical properties of flash pyrolysis liquids. Biomass and Bioenergy 7, 169–177 (1994).

94.      Czernik, S. & Bridgwater, A. V. Overview of Application of Biomass Fast Pyrolysis Oil. Energy and Fuels 18, 590–598 (2004).

95.      Saidi, M. et al. Upgrading of lignin-derived bio-oils by catalytic hydrodeoxygenation. Energy Environ. Sci. 7, 103–129 (2014).

96.      Ikura, M., Stanciulescu, M. & Hogan, E. Emulsification of pyrolysis derived bio-oil in diesel fuel. Biomass and Bioenergy 24, 221–232 (2003).

97.      Xu, Y., Wang, T., Ma, L., Zhang, Q. & Liang, W. Upgrading of the liquid fuel from fast pyrolysis of biomass over MoNi/γ-Al2O3 catalysts. Appl. Energy 87, 2886–2891 (2010).

98.      Xinghua, Z., Tiejun, W., Longlong, M. & Chuangzhi, W. Aqueous-phase catalytic process for production of pentane from furfural over nickel-based catalysts. Fuel 89, 2697–2702 (2010).

99.      Singh, N. R., Mallapragada, D. S., Agrawal, R. & Tyner, W. E. Economic analysis of novel synergistic biofuel (H2-Bioil) processes. Biomass Convers. Biorefinery 2, 141–148 (2012).

100.    Toor, S. S., Rosendahl, L. & Rudolf, A. Hydrothermal liquefaction of biomass: A review of subcritical water technologies. Energy 36, 2328–2342 (2011).

101.    Bajpai, P. Green Chemistry and Sustainability in Pulp and Paper Industry. (Springer, 2015).

102.    Van den Bosch, S. et al. Reductive lignocellulose fractionation into soluble lignin-derived phenolic monomers and dimers and processable carbohydrate pulps. Energy Environ. Sci. 8, 1748–1763 (2015).

103.    Bajpai, P. Pretreatment of Lignocellulosic Biomass for Biofuel Production. (Springer, 2016).

104.    Vargas, L. et al. Improving total saccharification yield of Arabidopsis plants by vessel-specific complementation of caffeoyl shikimate esterase (cse) mutants. Biotechnol. Biofuels 9, 1–16 (2016).

105.    Mansfield, S. D., Kang, K. Y. & Chapple, C. Designed for deconstruction - poplar trees altered in cell wall lignification improve the efficacy of bioethanol production. New Phytol. 194, 91–101 (2012).

106.    Vanholme, R., Demedts, B., Morreel, K., Ralph, J. & Boerjan, W. Lignin Biosynthesis and Structure. Plant Physiol. 153, 895–905 (2010).

107.    Van Acker, R. et al. Lignin biosynthesis perturbations affect secondary cell wall composition and saccharification yield in Arabidopsis thaliana. Biotechnol. Biofuels 6, 46 (2013).

108.    Van Acker, R. et al. Improved saccharification and ethanol yield from field-grown transgenic poplar deficient in cinnamoyl-CoA reductase. Proc. Natl. Acad. Sci. 111, 845–850 (2014).

109.    Hermann, W., Bosshard, P. & Hung, E. An assessment of biomass feedstock and conversion research opportunities. Global Climate and Energy Project Biomass Assessment (2005).

110.    Lee, J.-W. et al. Biological pretreatment of softwood Pinus densiflora by three white rot fungi. J. Microbiol. 45, 485–491 (2007).

111.    Palmowski, L. M. & Müller, J. A. Influence of the size reduction of organic waste on their anaerobic digestion. Water Sci. Technol. 41, 155–162 (2000).

112.    Hendriks, A. T. W. M. & Zeeman, G. Pretreatments to enhance the digestibility of lignocellulosic biomass. Bioresour. Technol. 100, 10–18 (2009).

113.    Kumar, P., Barrett, D. M., Delwiche, M. J. & Stroeve, P. Methods for pretreatment of lignocellulosic biomass for efficient hydrolysis and biofuel production. Ind Eng Chem Res 48, 3713 – 3729 (2009).

114.    Lamminpää, K., Ahola, J. & Tanskanen, J. Kinetics of Xylose Dehydration into Furfural in Formic Acid. Ind. Eng. Chem. Res. 51, 6297–6303 (2012).

115.    Nguyen, Q., Tucker, M. & Keller, F. Two-stage dilute-acid pretreatment of softwoods. Appl. Biochem. Biotechnol. 84–86, 561–76 (2000).

116.    Kim, J. S., Lee, Y. Y. & Kim, T. H. A review on alkaline pretreatment technology for bioconversion of lignocellulosic biomass. Bioresour. Technol. 199, 42–48 (2016).

117.    Galkin, M. V. & Samec, J. S. M. Lignin Valorization through Catalytic Lignocellulose Fractionation: A Fundamental Platform for the Future Biorefinery. ChemSusChem 9, 1544–1558 (2016).

118.    Suhr, M. et al. Best Available Techniques ( BAT ) Reference Document for the Production of Pulp , Paper and Board. (2015).

119.    Zhang, K., Pei, Z. & Wang, D. Organic solvent pretreatment of lignocellulosic biomass for biofuels and biochemicals: A review. Bioresour. Technol. 199, 21–33 (2016).

120.    Schutyser, W. et al. Influence of bio-based solvents on the catalytic reductive fractionation of birch wood. Green Chem. 17, 5035–5045 (2015).

121.    Van den Bosch, S. et al. Tuning the lignin oil OH-content with Ru and Pd catalysts during lignin hydrogenolysis on birch wood. Chem. Commun. 51, 13158–13161 (2015).

122.    Renders, T. et al. Influence of Acidic (H3PO4) and Alkaline (NaOH) Additives on the Catalytic Reductive Fractionation of Lignocellulose. ACS Catal. 6, 2055–2066 (2016).

123.    Shuai, L. et al. Formaldehyde stabilization facilitates lignin monomer production during biomass depolymerization. Science (80-. ). 354, 329–333 (2016).

124.    Bensah, E. C. & Mensah, M. Chemical pretreatment methods for the production of cellulosic ethanol: Technologies and innovations. Int. J. Chem. Eng. 2013, (2013).

125.    Li, H., Wang, W. & Deng, J.-F. Glucose Hydrogenation to Sorbitol over a Skeletal Ni-P Amorphous Alloy Catalyst (Raney Ni-P). J. Catal. 191, 257–260 (2000).

126.    Huber, G. W., Cortright, R. D. & Dumesic, J. A. Renewable alkanes by aqueous-phase reforming of biomass-derived oxygenates. Angew. Chemie - Int. Ed. 43, 1549–1551 (2004).

127.    Xi, J. et al. Production of hexane from sorbitol in aqueous medium over Pt / NbOPO 4 catalyst. Applied Catal. B, Environ. 181, 699–706 (2016).

128.    Mehdi, H. et al. Integration of Homogeneous and Heterogeneous Catalytic Processes for a Multi-step Conversion of Biomass: From Sucrose to Levulinic Acid, γ-Valerolactone, 1,4-Pentanediol, 2-Methyl-tetrahydrofuran, and Alkanes. Top. Catal. 48, 49–54 (2008).

129.    Bond, J. Q., Alonso, D. M., Wang, D., West, R. M. & Dumesic, J. A. Integrated Catalytic Conversion of γ-Valerolactone to Liquid Alkenes for Transportation Fuels Science. 327, 1110–1114 (2010).

130.    Bond, J. Q., Wang, D., Alonso, D. M. & Dumesic, J. A. Interconversion between γ-valerolactone and pentenoic acid combined with decarboxylation to form butene over silica/alumina. J. Catal. 281, 290–299 (2011).

131.    Serrano-Ruiz, J. C., Braden, D. J., West, R. M. & Dumesic, J. A. Conversion of cellulose to hydrocarbon fuels by progressive removal of oxygen. Appl. Catal. B Environ. 100, 184–189 (2010).

132.    Chatterjee, M. et al. Production of linear alkane via hydrogenative ring opening of a furfural-derived compound in supercritical carbon dioxide. Green Chem. 12, 779–782 (2010).

133.    Corma, A., de la Torre, O. & Renz, M. High-Quality Diesel from Hexose- and Pentose-Derived Biomass Platform Molecules. ChemSusChem 4, 1574–1577 (2011).

134.    Corma, A., de la Torre, O., Renz, M. & Villandier, N. Production of High-Quality Diesel from Biomass Waste Products. Angew. Chemie Int. Ed. 50, 2375–2378 (2011).

135.    Liu, S., Tamura, M., Nakagawa, Y. & Tomishige, K. One-pot conversion of cellulose into n-hexane over the Ir-ReOx/SiO2 catalyst combined with HZSM-5. ACS Sustain. Chem. Eng. 2, 1819–1827 (2014).

136.    Foster, C. E., Martin, T. M. & Pauly, M. Comprehensive Compositional Analysis of Plant Cell Walls (Lignocellulosic biomass) Part II: Carbohydrates. J. Vis. Exp. 1837 (2010).

137.    Fukushima, R. S. & Kerley, M. S. Use of Lignin Extracted from Different Plant Sources as Standards in the Spectrophotometric Acetyl Bromide Lignin Method. J. Agric. Food Chem. 59, 3505–3509 (2011).

138.    Segal, L., Creely, J. J., Martin, A. E. & Conrad, C. M. An Empirical Method for Estimating the Degree of Crystallinity of Native Cellulose Using the X-Ray Diffractometer. Text. Res. J. 29, 786–794 (1959).

139.    Vanholme, R. et al. Caffeoyl Shikimate Esterase (CSE) Is an Enzyme in the Lignin Biosynthetic Pathway in Arabidopsis. Science. 341, 1103–1106 (2013).

140.    Ennaert, T. et al. The importance of pretreatment and feedstock purity in the reductive splitting of (ligno)cellulose by metal supported USY zeolite. Green Chem. 18, 2095–2105 (2016).

141.    Sundin, L. et al. Mutation of the Inducible Arabidopsis Thaliana Cytochrome P450 Reductase Alters Lignin Composition and Improves Saccharification. Plant Physiol. 166, 1956–1971 (2014).

142.    Patil, S. K. R. & Lund, C. R. F. Formation and Growth of Humins via Aldol Addition and Condensation during Acid-Catalyzed Conversion of 5-Hydroxymethylfurfural. Energy & Fuels 25, 4745–4755 (2011).

143.    Dee, S. J. & Bell, A. T. A Study of the Acid-Catalyzed Hydrolysis of Cellulose Dissolved in Ionic Liquids and the Factors Influencing the Dehydration of Glucose and the Formation of Humins. ChemSusChem 4, 1166–1173 (2011).

144.    Lin, S. Y. & Dence, C. W. in Methods in Lignin Chemistry 33–61 (1992).

145.    Roman-Leshkov, Y. & Dumesic, J. A. Solvent effects on fructose dehydration to 5-hydroxymethylfurfural in biphasic systems saturated with inorganic salts. Top. Catal. 52, 297–303 (2009).

146.    Saha, B. & Abu-Omar, M. M. Advances in 5-hydroxymethylfurfural production from biomass in biphasic solvents. Green Chem. 16, 24–38 (2014).

147.    James G., S. The Chemistry and Technology of Petroleum: Second Edition, Revised and Expanded. (1991).

148.    Palkovits, R., Tajvidi, K., Ruppert, A. M. & Procelewska, J. Heteropoly acids as efficient acid catalysts in the one-step conversion of cellulose to sugar alcohols. Chem. Commun. 47, 576–578 (2011).

149.    Knözinger, H. & Kochloefl, K. Heterogeneous catalysis and solid catalysts. Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry 1, (2009).

150.    Ordomsky, V. V, van der Schaaf, J., Schouten, J. C. & Nijhuis, T. A. Fructose Dehydration to 5-Hydroxymethylfurfural over Solid Acid Catalysts in a Biphasic System. ChemSusChem 5, 1812–1819 (2012).

151.    González, C., Marín, P., Díez, F. V & Ordóñez, S. Hydrodeoxygenation of Acetophenone over Supported Precious Metal Catalysts at Mild Conditions: Process Optimization and Reaction Kinetics. Energy & Fuels 29, 8208–8215 (2015).

152.    Guczi, L. & Erdohelyi, A. Catalysis for Alternative Energy Generation. 58, (2012).

153.    Nakagawa, Y., Liu, S., Tamura, M. & Tomishige, K. Catalytic Total Hydrodeoxygenation of Biomass-Derived Polyfunctionalized Substrates to Alkanes. ChemSusChem 8, 1114–1132 (2015).

154.    Hu, L. et al. Selective Transformation of 5-Hydroxymethylfurfural into the Liquid Fuel 2,5-Dimethylfuran over Carbon-Supported Ruthenium. Ind. Eng. Chem. Res. 53, 3056–3064 (2014).

155.    Pushkarev, V. V, Musselwhite, N., An, K., Alayoglu, S. & Somorjai, G. a. High structure sensitivity of vapor-phase furfural decarbonylation/hydrogenation reaction network as a function of size and shape of Pt nanoparticles. Nano Lett. 12, 5196–201 (2012).

156.    Plc, J. M. & Management, P. M. Johnson Matthey Base Prices. (2017). Available at: http://www.platinum.matthey.com/prices/price-tables. (Accessed: 21st April 2017)

Universiteit of Hogeschool
Bio-ingenieurswetenschappen
Publicatiejaar
2017
Promotor(en)
Prof. Bert Sels
Kernwoorden
Deel deze scriptie