211service.com
Energia elektryczna z wody cukrowej
Nowy sposób wytwarzania wodoru bezpośrednio z biomasy, takiej jak olej sojowy, zgłoszony w bieżącym numerze Nauka , może obniżyć koszty produkcji energii elektrycznej przy użyciu różnych tanich paliw.
Katalizator metalowy podgrzany do 800°C odparowuje olej sojowy, aby wytworzyć wodór. (Źródło: Paul Dauenhauer, University of Minnesota)
Naukowcy z University of Minnesota opracowali katalityczną metodę produkcji wodoru z paliw, takich jak olej sojowy, a nawet mieszanina glukozy i wody. Wodór można by wykorzystać w ogniwach paliwowych ze stałym tlenkiem, które obecnie działają na wodór pozyskiwany ze źródeł paliw kopalnych, takich jak gaz ziemny, do wytwarzania energii elektrycznej. Ponadto, dostosowując ilość tlenu wtryskiwanego wraz z olejem sojowym lub wodą cukrową, sposób można dostosować do wytwarzania gazu syntezowego, połączenia tlenku węgla i wodoru, które można spalać jako paliwo lub przekształcać w benzynę syntetyczną. Metoda może również wytwarzać surowce chemiczne, takie jak olefiny, z których można wytwarzać tworzywa sztuczne.
Chociaż wyniki są wstępne, nowy proces katalizy stanowi całkowicie nowy sposób bezpośredniego wykorzystania oleju sojowego i innej taniej biomasy jako paliwa; taka biomasa musi teraz zostać przetworzona na biodiesel lub etanol, aby mogła być wykorzystywana jako paliwo. Ogólnie rzecz biorąc, ludzie unikają nielotnych cieczy - materiałów, których nie można odparować, ponieważ zazwyczaj wytwarzają one osad węglowy, który zatrzymuje proces produkcji wodoru, mówi Ted Krause , kierownik działu badań podstawowych i stosowanych w Argonne National Laboratory w Argonne, IL. Eliminując potrzebę przetwarzania oleju sojowego i wody cukrowej w celu wytworzenia paliw lotnych, takich jak etanol, nowa metoda zwiększa liczbę dostępnych surowców biomateriałowych, mówi.
Proces rozpoczyna się, gdy naukowcy rozpylają drobne kropelki oleju sojowego lub wody z cukrem na bardzo gorący katalizator wykonany z niewielkich ilości ceru i rodu. Szybkie nagrzewanie w połączeniu z reakcjami wspomaganymi katalizatorem zapobiega tworzeniu się osadu węglowego, który w przeciwnym razie dezaktywowałby katalizator. A reakcje wytwarzają ciepło, utrzymując katalizator wystarczająco gorący, aby kontynuować reakcję. W rezultacie, chociaż paliwa kopalne są początkowo używane do doprowadzenia katalizatorów do temperatury roboczej 800°C, do kontynuacji procesu nie są potrzebne żadne paliwa kopalne. Jedną z zalet naszego procesu jest to, że nie wymaga zewnętrznego ciepła procesowego – sam się napędza, mówi profesor inżynierii chemicznej i materiałoznawstwa Lanny Schmidt , który prowadził badania.
Kluczem do szybkości reakcji są małe kropelki. Istniejące procesy przekształcania paliw lotnych, takich jak etanol lub biodiesel, w wodór są wolniejsze, ponieważ paliwa znajdują się w rurach, a przekazanie ciepła do nich zajmuje nawet sekundę. W procesie Schmidta kropelki nagrzewają się natychmiast – w ciągu zaledwie kilku milisekund – a system może być szybszy, tańszy i mniejszy – mówi. Prędkość umożliwia wyprodukowanie większej ilości paliwa z mniejszego reaktora, zmniejszając koszty kapitałowe i potencjalnie ułatwiając rolnikowi korzystanie z małego systemu w gospodarstwie.
Schmidt twierdzi, że proces można prawdopodobnie przystosować do pracy z inną biomasą, taką jak zawiesiny lub proszki z trawy lub drewna, które obecnie trudno jest przekształcić w praktyczne paliwa do wytwarzania energii elektrycznej lub transportu ze względu na wysoką zawartość celulozy. Możliwość wytwarzania wodoru i gazu syntezowego bezpośrednio ze źródeł celulozowych radykalnie zwiększyłaby ilość paliwa, które można by wytworzyć z biomasy odpadowej, ponieważ możliwe byłoby na przykład wykorzystanie całej łodygi kukurydzy, a nie tylko glukozy pochodzącej z ziaren kukurydzy, ponieważ paliwo. Inni badacze próbują za pomocą inżynierii genetycznej przekształcać trawę i łodygi kukurydzy w paliwa płynne, takie jak etanol (patrz Przeprojektowanie życia na etanol).
Takie paliwa mogą pomóc zmniejszyć zależność Stanów Zjednoczonych od zagranicznej ropy i zapewnić odnawialne źródło paliwa, które nie powoduje wzrostu netto dwutlenku węgla w atmosferze, ponieważ węgiel uwalniany podczas spalania paliwa jest odzyskiwany przez biomasę w miarę jej wzrostu.
Krause mówi, że początkowe zastosowania obecnego procesu Schmidta będą prawdopodobnie polegały na wytwarzaniu rozproszonej energii w niewielkich ilościach, ponieważ produkcja na skalę użytkową będzie wyzwaniem. Na przykład kontrolowanie wielkości kropel i temperatury układu w celu utrzymania jednorodnych reakcji i uniknięcia uszkodzenia katalizatorów będzie trudniejsze w dużych układach.
Schmidt mówi, że nie skupia się na komercjalizacji obecnej techniki. Jego kolejnym celem jest opracowanie systemu do pracy ze źródłami biomasy odpadowej. Pewnego dnia możliwe będzie wykorzystanie takiego systemu do generowania energii elektrycznej ze ścinków trawnika.