Comprehensive two-dimensional gas chromatography analysis of power-to-X fuels

Abstract

Achieving carbon neutrality necessitates the creation of innovative substitutes for fossil fuels, which introduce more complexity in composition due to the presence of chemical structures not found in traditional fuels. Synthetic Power-to-X (P2X) liquid fuels may have a highly complex chemical makeup that traditional gas chromatography techniques cannot analyze effectively. It is essential to conduct reliable analyses of the hydrocarbon composition of these fuels, which may include hundreds of different molecules and chemical structures.

A comprehensive two-dimensional gas chromatography (GC×GC) method was developed for the analysis of synthetic P2X fuels created by olefin oligomerization. The method was successfully created, and samples from a series of oligomerization experiments were analyzed using the method. A slow temperature increase of 3 °C/min from 40 °C to 280 °C was used as the temperature program. A modulation period of 3.5 s with an injection time of 0.35 s resulted in the best separation between different C atom and hydrocarbon groups. A small injection volume of 0.1 µl and a high split ratio of 250:1, as well as fast injection speeds, resulted in the best peak shapes. This method allowed for good separation of aromatic and aliphatic compounds into groups according to the amount of C atoms.

Siirtyminen kohti hiilineutraaliutta vaatii uusien vaihtoehtojen kehittämistä fossiilisille polttoaineille. Nämä uudet synteettiset polttoaineet voivat sisältää paljon sellaisia yhdisteitä, jotka puuttuvat kokonaan tavallisista fossiilisista polttoaineista. Tällaisia satoja eri molekyylejä sisältäviä synteettisiä polttoaineita, kuten Power-to-X-polttoaineita, voi olla mahdotonta analysoida perinteisillä kaasukromatografiamenetelmillä, minkä vuoksi niiden hiilivetykoostumuksen luotettavaan analyysiin vaaditaan uusien analyysimenetelmien kehittämistä.

Tässä työssä kehitettiin laaja kaksivaiheinen kaasukromatografiamenetelmä synteettisten Power-to-X-polttoaineiden analysoimiseksi. Nämä polttoaineet valmistettiin oligomeroimalla keveitä alkeeneja. Menetelmä kehitettiin onnistuneesti ja sitä käytettiin Power-to-X-näytteiden analysointiin. Menetelmässä käytettiin hidasta 3 °C/min lämpötilan kohottamista, alkaen lämpötilasta 40 °C ja päättyen lämpötilaan 280 °C. Menetelmän modulaatioaika oli 3,5 s ja injektioaikaika oli 0,35 s. Menetelmässä hyödynnettiin pientä injektiotilavuutta 0,1 µl ja korkeaa jakosuhdetta 250:1, sekä nopeita injektioaikoja. Tämä menetelmä mahdollisti aromaattisten ja alifaattisten yhdisteiden hyvän erottelun ryhmiin hiiliatomien määrän mukaan.