211service.com
El från sockervatten
Ett nytt sätt att göra väte direkt från biomassa, såsom sojaolja, rapporteras i det aktuella numret av Vetenskap , skulle kunna sänka kostnaderna för elproduktion med olika billiga bränslen.
En metallkatalysator uppvärmd till 800 °C förångar sojaolja för att göra väte. (Kredit: Paul Dauenhauer, University of Minnesota)
Forskare vid University of Minnesota har utvecklat en katalytisk metod för att producera väte från bränslen som sojaolja och till och med en blandning av glukos och vatten. Vätgasen skulle kunna användas i bränsleceller med fast oxid, som nu drivs med vätgas från fossila bränslen som naturgas, för att generera elektricitet. Vidare, genom att justera mängden syre som injiceras tillsammans med sojaoljan eller sockervattnet, kan metoden anpassas för att göra syntesgas, en kombination av kolmonoxid och väte som kan förbrännas som bränsle eller omvandlas till syntetisk bensin. Metoden kan också producera kemiska råvaror, såsom olefiner, som kan göras till plast.
Även om resultaten är preliminära, representerar den nya katalysprocessen ett i grunden nytt sätt att direkt använda sojaolja och annan billig biomassa som bränsle; sådan biomassa måste nu omvandlas till biodiesel eller etanol för att kunna användas som bränsle. I allmänhet har människor undvikit icke-flyktiga vätskor - material som du inte kan förånga, eftersom dessa vanligtvis producerar en kolrester som stoppar processen att producera väte, säger Ted Krause , chef för avdelningen för grundläggande och tillämpad forskning vid Argonne National Laboratory, i Argonne, IL. Genom att eliminera behovet av att bearbeta sojaolja och sockervatten för att göra flyktiga bränslen som etanol, öppnar den nya metoden upp antalet tillgängliga biomaterialråvaror, säger han.
Processen börjar när forskarna sprejar fina droppar sojaolja eller sockervatten på en superhet katalysator gjord av små mängder cerium och rodium. Den snabba uppvärmningen i kombination med katalysatorunderstödda reaktioner förhindrar bildningen av kolslam som annars skulle deaktivera katalysatorn. Och reaktionerna producerar värme, vilket håller katalysatorn tillräckligt varm för att fortsätta reaktionen. Som ett resultat, även om fossila bränslen används initialt för att få katalysatorerna upp till 800 °C arbetstemperatur, behövs inga fossila bränslen för att fortsätta processen. En av fördelarna med vår process är att den inte kräver någon extern processvärme – den driver sig själv, säger professor i kemiteknik och materialvetenskap Lanny Schmidt , som ledde forskningen.
Nyckeln till reaktionshastigheten är de små dropparna. Befintliga processer för att omvandla flyktiga bränslen, som etanol eller biodiesel, till väte är långsammare eftersom bränslena finns i rören, och det tar upp till en sekund för värme att överföra till dem. I Schmidts process värms dropparna upp omedelbart – på bara några millisekunder – och systemet kan vara snabbare, billigare och mindre, säger han. Hastigheten gör det möjligt att producera mer bränsle från en mindre reaktor, vilket minskar kapitalkostnaderna och potentiellt gör det praktiskt för en bonde att använda ett litet system på gården.
Schmidt säger att processen förmodligen skulle kunna anpassas för att fungera med annan biomassa, såsom slurry eller pulver gjorda av gräs eller trä, som nu är svåra att omvandla till praktiska bränslen för elproduktion eller transport på grund av deras höga cellulosahalt. Möjligheten att skapa väte och syngas direkt från cellulosakällor skulle dramatiskt öka mängden bränsle som skulle kunna tillverkas av avfallsbiomassa eftersom det till exempel skulle vara möjligt att använda hela majsstjälken, snarare än bara glukos som härrör från majskärnor. bränsle. Andra forskare försöker att genmanipulera organismer för att omvandla gräs och majsstjälkar till flytande bränslen som etanol (se Redesigning Life to Make Ethanol).
Sådana bränslen kan bidra till att minska USA:s beroende av utländsk olja och tillhandahålla en förnybar bränslekälla som inte ger någon nettoökning av koldioxid i atmosfären, eftersom det kol som frigörs när bränslet förbränns återfångas av biomassan när den växer.
Krause säger att de första tillämpningarna av Schmidts nuvarande process sannolikt kommer att vara att producera distribuerad kraft i små mängder, eftersom produktion i nyttoskala kommer att vara en utmaning. Till exempel blir det svårare att kontrollera storleken på dropparna och systemets temperatur för att hålla reaktionerna enhetliga och för att undvika att skada katalysatorerna i stora system.
Schmidt säger att han inte fokuserar på att kommersialisera den nuvarande tekniken. Hans nästa mål är att utveckla systemet för att fungera med källor till avfallsbiomassa. Någon gång skulle det kunna vara möjligt att använda ett sådant system för att generera el från gräsklipp.