211service.com
Mniejsze, tańsze reaktory na biopaliwa
Naukowcy z University of Minnesota opracowali szybki sposób przekształcania trocin i biomasy odpadowej bezpośrednio w mieszaninę gazów, którą można spalać w celu wytworzenia energii elektrycznej lub przetworzyć na paliwa płynne, takie jak olej napędowy. Jeśli proces można by rozszerzyć na większą skalę, mógłby on być bardziej energooszczędną metodą wytwarzania biopaliw, umożliwiając zastosowanie małych, szybkich reaktorów zlokalizowanych w pobliżu źródeł biomasy.
Rozgrzany katalizator: Złoże katalizatora świeci, gdy przekształca milimetrowe cząstki celulozy (białe) w cenną mieszaninę gazów.
Naukowcy opracowali system, który umożliwia bezpośrednie przekształcanie ciał stałych w użyteczną mieszaninę gazów. Proces rozpoczyna się, gdy cząstki o rozmiarach milimetrowych wchodzą w kontakt z porowatą powierzchnią o temperaturze 700-800 stopni Celsjusza i natychmiast tworzą mieszaninę związków gazowych. Oddziałują one z katalizatorem wykonanym ze szlachetnego rodu, który ułatwia reakcje częściowego utleniania, które zarówno utrzymują system w wysokiej temperaturze, jak i przekształcają gazy w wodór i tlenek węgla. Ta mieszanina gazów, zwana gazem syntezowym lub gazem syntezowym, może być następnie spalana w turbinie gazowej w celu wytworzenia elektryczności lub oczyszczona i przetworzona na wiele różnych paliw przy użyciu dobrze znanych procesów.
Kluczem do nowego procesu jest złoże katalizatora o odpowiedniej strukturze porowatej, aby utrzymać temperaturę i ruch materiałów potrzebnych do reakcji chemicznych. Powstały system rozkłada biomasę w zaledwie 70 milisekund. To dziesięć razy szybciej niż inne metody wytwarzania gazu syntezowego, mówi Lanny Schmidt , profesor inżynierii chemicznej i materiałoznawstwa na University of Minnesota. Idealnie oznaczałoby to, że reaktor o danej objętości mógłby wytwarzać dziesięciokrotnie większą ilość gazu syntezowego przy użyciu nowej metody niż przy użyciu metod konwencjonalnych. Innymi słowy, może to pozwolić na reaktory o jedną dziesiątą wielkości, mówi.
Podejście katalityczne jest jedną z wielu opracowywanych metod, które mogą przekształcić tanie źródła biomasy celulozowej, takie jak trociny, trawa i odpady rolnicze, w paliwa płynne. Nadal nie jest jasne, które z dwóch szerokich kategorii podejść będą bardziej praktyczne, metody termochemiczne, takie jak metoda Schmidta, czy metody wykorzystujące enzymy i organizmy. Metody termochemiczne są drogie, ale mają potencjalną zaletę polegającą na możliwości wykorzystania wielu różnych materiałów źródłowych, podczas gdy systemy biologiczne prawdopodobnie będą wymagały dostrojenia do określonych surowców.
Jednak możliwość stworzenia mniejszych reaktorów do przekształcania biomasy odpadowej w gaz syntezowy może pomóc w sprostaniu jednemu z najważniejszych wyzwań związanych z produkcją paliw z biomasy. Transport materiałów wielkogabarytowych, takich jak wióry drzewne i odpady kukurydzy na duże odległości do obiektów centralnych, zużywa dużo energii, często w postaci paliw kopalnych. Powoduje to również, że cały proces jest droższy. Małe, rozproszone instalacje gazu syntezowego mogłyby obniżyć koszty transportu poprzez zmniejszenie odległości, na jaką musi być transportowana biomasa. Reaktory rozproszone mogą być również cenne w gospodarkach rozwijających się, mówi Schmidt, dostarczając energię i paliwo społecznościom, które nie mają niezawodnej infrastruktury transportowej.
Ogólna przystępność cenowa takiego systemu będzie częściowo zależeć od tego, czy rod, który może kosztować ponad 6000 dolarów za uncję, może być używany w wystarczająco małych ilościach – i przez wystarczająco długi okres czasu. Proces musi być również skalowany, nawet w przypadku małych systemów rozproszonych. Obecnie prototyp wykorzystuje eksperymentalne złoże katalizatora wielkości kciuka człowieka. Naukowcy szacują, że system, który może wytwarzać wystarczającą ilość gazu syntezowego do wytworzenia 10 galonów benzyny dziennie, wymagałby wielokrotnie większej warstwy katalizatora, o średnicy około 15 centymetrów i głębokości 3 cm. To może się okazać trudne, mówi Teodor Krause , kierownik nauk podstawowych i stosowanych w Narodowe Laboratorium Argonne , aby stworzyć większy system, który pozostanie szybki i wydajny.
Chociaż wyzwania pozostają, system Schmidta stanowi wyraźny postęp w nauce wytwarzania paliw z biomasy, mówi Krause. Dodaje, że demonstrując zdolność do bezpośredniego przekształcania ciał stałych w gaz syntezowy, badania wykazały coś, co większość ludzi początkowo sądziła, że nie jest możliwe.