211service.com
Elektricitet fra sukkervand
En ny måde at fremstille brint direkte fra biomasse, såsom sojaolie, rapporteret i det aktuelle nummer af Videnskab , kunne reducere omkostningerne ved elproduktion ved hjælp af forskellige billige brændstoffer.
En metalkatalysator opvarmet til 800 °C fordamper sojaolie for at lave brint. (Kredit: Paul Dauenhauer, University of Minnesota)
Forskere ved University of Minnesota har udviklet en katalytisk metode til fremstilling af brint fra brændstoffer som sojaolie og endda en blanding af glucose og vand. Brinten kunne bruges i fastoxid-brændselsceller, som nu kører på brint opnået fra fossile brændselskilder såsom naturgas til at generere elektricitet. Yderligere, ved at justere mængden af injiceret oxygen sammen med sojaolien eller sukkervandet, kan metoden tilpasses til at lave syntesegas, en kombination af kulilte og brint, der kan brændes som brændstof eller omdannes til syntetisk benzin. Metoden kan også fremstille kemiske råmaterialer, såsom olefiner, som kan laves til plast.
Selvom resultaterne er foreløbige, repræsenterer den nye katalyseproces en fundamentalt ny måde at direkte anvende sojaolie og anden billig biomasse som brændstof; sådan biomasse skal nu omdannes til biodiesel eller ethanol for at kunne bruges som brændstof. Generelt har folk undgået ikke-flygtige væsker - materialer, som du ikke kan fordampe, da disse typisk producerer en kulstofrest, der stopper processen med at producere brint, siger Ted Krause , leder af afdelingen for grundlæggende og anvendt forskning ved Argonne National Laboratory, i Argonne, IL. Ved at eliminere behovet for at behandle sojaolie og sukkervand til at lave flygtige brændstoffer som ethanol, åbner den nye metode op for antallet af tilgængelige biomateriale råvarer, siger han.
Processen begynder, når forskerne sprøjter fine dråber sojaolie eller sukkervand på en supervarm katalysator lavet af små mængder cerium og rhodium. Den hurtige opvarmning kombineret med katalysatorstøttede reaktioner forhindrer dannelsen af kulstofslam, som ellers ville deaktivere katalysatoren. Og reaktionerne producerer varme, hvilket holder katalysatoren varm nok til at fortsætte reaktionen. Som et resultat, selvom fossile brændstoffer i første omgang bruges til at bringe katalysatorerne op på 800 °C arbejdstemperatur, er der ikke brug for fossile brændstoffer for at fortsætte processen. En af fordelene ved vores proces er, at den ikke kræver ekstern procesvarme – den driver sig selv, siger professor i kemiteknik og materialevidenskab Lanny Schmidt , der ledede forskningen.
Nøglen til reaktionernes hastighed er de små dråber. Eksisterende processer til at omdanne flygtige brændstoffer, såsom ethanol eller biodiesel, til brint, er langsommere, fordi brændstofferne er inde i rørene, og det tager op til et sekund for varme at overføre til dem. I Schmidts proces opvarmes dråberne øjeblikkeligt – på blot et par millisekunder – og systemet kan være hurtigere, billigere og mindre, siger han. Hastigheden gør det muligt at producere mere brændsel fra en mindre reaktor, hvilket reducerer kapitalomkostningerne og potentielt gør det praktisk for en landmand at bruge et lille system på bedriften.
Schmidt siger, at processen sandsynligvis kunne tilpasses til at arbejde med anden biomasse, såsom gylle eller pulvere lavet af græs eller træ, som nu er svære at omdanne til praktiske brændstoffer til elproduktion eller transport på grund af deres høje celluloseindhold. Evnen til at skabe brint og syntesegas direkte fra cellulosekilder ville dramatisk øge mængden af brændstof, der kunne fremstilles af affaldsbiomasse, fordi det for eksempel ville være muligt at bruge hele majsstilken i stedet for blot glukose afledt af majskerner, f. brændstof. Andre forskere forsøger at gensplejse organismer til at omdanne græs og majsstængler til flydende brændstoffer såsom ethanol (se Redesigning Life to Make Ethanol).
Sådanne brændstoffer kan hjælpe med at reducere USA's afhængighed af udenlandsk olie og give en vedvarende kilde til brændstof, der ikke producerer nogen nettostigning af kuldioxid i atmosfæren, da det kulstof, der frigives, når brændstoffet forbrændes, genfanges af biomassen, mens det vokser.
Krause siger, at de første anvendelser af Schmidts nuværende proces sandsynligvis vil være i at producere distribueret strøm i små mængder, da produktion i brugsskala vil være en udfordring. For eksempel vil det være sværere i store systemer at kontrollere størrelsen af dråberne og systemets temperatur for at holde reaktionerne ensartede og for at undgå at beskadige katalysatorerne.
Schmidt siger, at han ikke fokuserer på at kommercialisere den nuværende teknik. Hans næste mål er at udvikle systemet til at arbejde med kilder til affaldsbiomasse. En dag kunne det være muligt at bruge sådan et system til at generere elektricitet fra græsafklip.