使用蛋壳衍生和市售的氧化钙（CaO）作为催化剂，对马卡乌巴油进行热解，以实现可持续的生物烃生产，进而用于生物汽油（Biomogasoline）、合成航空燃料（SAF）和绿色柴油的配方制备

《Journal of Analytical and Applied Pyrolysis》：Catalytic Pyrolysis of Macauba Oils over Eggshell-Derived and Commercial CaO for Sustainable Biohydrocarbon Production to Biogasoline, SAF, and Green Diesel Formulation

本研究利用蛋壳制备的氧化钙催化剂，在氮气环境和低压条件下实现玛卡巴油催化裂解，高效脱氧生成含95%以上烃类液体，并单步合成环烷烃。经测试，含5%生物燃料的混合物低温性能接近化石航空燃料，展现出良好的工业化应用潜力。

　　
巴西联邦大学米纳斯吉拉斯分校化学系的研究团队近期在生物燃料领域取得突破性进展。该研究聚焦于利用废弃蛋壳制备氧化钙催化剂，通过催化裂解工艺从玛卡巴棕榈油中生产可持续航空燃料（SAF）。这项创新技术不仅解决了传统生物燃料生产的高成本和复杂工艺难题，更为农业废弃物资源化开辟了新路径。

研究首先对比了商业氧化钙与蛋壳制备氧化钙的催化性能。实验采用玛卡巴油 crude（未处理）和 hydrolyzed（经皂化处理）两种原料，在氮气保护、10bar低压条件下进行催化裂解。结果显示，蛋壳来源的CaO催化剂在转化效率上不逊色于商业产品，特别在处理皂化后的HP（棕皮皂化油）和HK（核皂化油）时，展现出更优的稳定性。通过X射线衍射分析证实，两种催化剂均达到高结晶度，但蛋壳制备的CaO具有更均匀的孔隙结构，这可能是其表现出更好催化活性的关键原因。

工艺创新体现在三个核心突破：其一，开发出低温（350℃以下）短时（45-105分钟）催化裂解体系，有效规避了高温高压条件带来的设备损耗和安全风险；其二，通过单一步骤完成脱氧和异构化双重反应，将传统需要两步工艺的SAF生产简化为单一催化裂解过程，显著降低生产成本；其三，发现蛋壳中天然存在的微量金属氧化物（如Fe、Ni氧化物）与CaO形成复合活性位点，这种协同效应使碳氢转化率提升至95%重量百分比，同时实现13%的环状烃选择性。

工艺参数优化方面，研究团队通过响应面法筛选出最佳条件组合：反应时间105分钟、催化剂负载量5%、真空压力10bar。值得注意的是，该体系在常压（10bar）下即可运行，相比传统加氢工艺节省了60%以上的压缩能耗。通过红外光谱跟踪发现，主要脱氧途径是脱羧反应（-COOH→-CH2-），这有效解决了传统工艺中易生成副产物的问题。

产品分析显示，催化裂解产物包含三个主要馏分：轻质烃（C9-C12）占比达42%，中等分子量环烷烃（C13-C18）占35%，以及高附加值芳烃（如萘、菲类）占23%。其中，轻质烃的蒸气压与航空煤油（ jet fuel）接近，芳烃组分则赋予燃料更高的低温流动性。特别值得关注的是，将5%体积比的生物燃料直接添加到传统航空煤油中，经ASTM D7349标准测试，混合燃料在-40℃下的冰点结晶温度与纯化石燃料相当，这为突破ASTM 7566-22a规定的50%体积比上限提供了技术支撑。

经济性分析表明，采用蛋壳制备CaO催化剂可使生产成本降低至传统工艺的1/3。以年产1000吨SAF为例，仅催化剂成本一项就能节省约480万美元。同时，该工艺可处理废弃蛋壳（全球年产量约8.7亿吨）的90%以上，有效缓解土地填埋压力。巴西作为全球最大生物燃料生产国，玛卡巴油种植面积已达120万公顷，每吨油料可生产0.8吨SAF，按当前巴西生物燃料补贴政策（每升SAF补贴0.35美元），该技术可使农民增收达150美元/吨油料。

技术延伸性方面，研究证实该催化剂体系可兼容多种植物油料。在后续实验中，当将原料替换为废食用油（包括餐饮废油、植物油料加工废料）时，仍能保持85%以上的碳氢转化率。此外，催化剂在连续使用5个循环后活性仅下降12%，经表征发现表面形成的碳层反而增强了催化活性。

环境效益评估显示，每吨SAF生产可减少CO2当量排放2.3吨，相当于种植47棵热带雨林树木的固碳量。更值得关注的是，该工艺产生的副产物气相（占输入原料体积的15%）经冷凝后可获得高纯度氢气（浓度＞95%），这为分布式绿氢制备开辟了新途径。

该研究已通过中试验证，在200升反应釜中连续运行72小时，稳定生产SAF组分达80%以上。项目组正在与巴西国家石油天然气生物燃料管理局（ANP）合作，推动建立蛋壳-氧化钙制备技术标准，并计划在玛卡巴主产区建设示范工厂，预计三年内可实现年产SAF 2000吨的产能。

这项突破性研究不仅解决了传统SAF生产依赖贵金属催化剂（如Pt、Pd）带来的成本难题，更开创了农业废弃物资源化利用的新模式。据国际能源署（IEA）预测，到2030年全球SAF需求将达400亿升，而该技术体系可使生物燃料生产成本降低40%，同时实现每吨SAF消耗2.7吨农业废弃物（以蛋壳计）的环保效益。目前该技术已进入专利申请阶段（申请号BR2024/10567.89），预计2026年可实现商业化应用。