211service.com
Mindre, billigere biobrændselsreaktorer
Forskere ved University of Minnesota har udviklet en hurtig måde at omdanne savsmuld og affaldsbiomasse direkte til en blanding af gasser, der kan brændes for at generere elektricitet eller laves om til flydende brændstoffer såsom diesel. Hvis processen kan skaleres op, kan det være en mere energieffektiv metode til fremstilling af biobrændstoffer ved at give mulighed for små, hurtige reaktorer placeret tæt på biomassekilder.
Rødglødende katalysator: Et katalysatorleje lyser, da det omdanner millimeterstore partikler af cellulose (hvid) til en værdifuld blanding af gasser.
Forskerne udviklede et system, der gør det muligt at omdanne faste stoffer direkte til en nyttig blanding af gasser. Processen begynder, når millimeterstore partikler kommer i kontakt med en 700 til 800 grader celsius porøs overflade og øjeblikkeligt danner en blanding af gasformige forbindelser. Disse interagerer med en katalysator lavet af det ædle metal rhodium, der letter partielle oxidationsreaktioner, der både holder systemet varmt og omdanner gasserne til brint og kulilte. Denne blanding af gasser, kaldet syngas eller syntesegas, kan derefter brændes i en gasturbine for at lave elektricitet eller renses og omdannes til en række forskellige brændstoffer ved hjælp af velkendte processer.
Nøglen til den nye proces er et katalysatorleje med den rigtige form for porøs struktur til at opretholde de temperaturer og bevægelser af materialer, der er nødvendige for de kemiske reaktioner. Det resulterende system nedbryder biomassen på kun 70 millisekunder. Det er ti gange hurtigere end andre metoder til fremstilling af syngas, siger Lanny Schmidt , professor i kemiteknik og materialevidenskab ved University of Minnesota. Ideelt set betyder det, at en reaktor med et givent volumen kunne lave ti gange så meget syngas ved brug af den nye metode, end den kunne bruge konventionelle metoder. Eller sagt på en anden måde, det kunne give mulighed for reaktorer en tiendedel af størrelsen, siger han.
Den katalytiske tilgang er en af en række metoder under udvikling, der kan omdanne billige kilder til celluloseholdig biomasse, såsom savsmuld, græs og landbrugsaffald, til flydende brændstoffer. Det er stadig ikke klart, hvilken af to brede kategorier af tilgange, der vil være mere praktiske, termokemiske metoder, såsom Schmidts, eller metoder, der bruger enzymer og organismer. Termokemiske metoder er dyre, men har den potentielle fordel, at de er i stand til at bruge en række forskellige kildematerialer, hvorimod biologiske systemer sandsynligvis vil skulle finjusteres til bestemte råstoffer.
Men evnen til at lave mindre reaktorer til at omdanne affaldsbiomasse til syngas kunne hjælpe med at imødekomme en af de væsentligste udfordringer ved at producere brændsel fra biomasse. Transport af voluminøse materialer som træflis og majsaffald over lange afstande til centrale faciliteter bruger meget energi, ofte i form af fossile brændstoffer. Det gør også den samlede proces dyrere. Små, distribuerede syngasanlæg kunne skære ned på disse transportomkostninger ved at mindske den afstand, biomassen skal sendes. Distribuerede reaktorer kan også være værdifulde i udviklingsøkonomier, siger Schmidt, der leverer strøm og brændstof til samfund, der ikke har pålidelig transportinfrastruktur.
Den samlede overkommelighed for et sådant system vil delvist afhænge af, om rhodium, som kan koste op mod $6.000 pr. ounce, kan bruges i små nok mængder - og over lange nok perioder. Processen skal også skaleres op, selv for små distribuerede systemer. Lige nu bruger prototypen en eksperimentel katalysatorleje på størrelse med en persons tommelfinger. Forskerne vurderer, at et system, der kan lave nok syngas til at producere 10 gallons benzin om dagen, ville kræve en katalysatorleje mange gange denne størrelse, omkring 15 centimeter på tværs og 3 dyb. Det kan vise sig at være svært, siger Theodore Krause , leder af grund- og anvendt videnskab ved Argonne National Laboratory , for at lave et større system, der forbliver hurtigt og effektivt.
Selvom der stadig er udfordringer, repræsenterer Schmidts system et markant fremskridt inden for videnskaben om at fremstille brændstoffer fra biomasse, siger Krause. Ved at demonstrere evnen til at omdanne faste stoffer direkte til syngas, tilføjer han, har forskningen vist noget, som de fleste mennesker i første omgang ville have gættet ikke var muligt.