211service.com
Mindre, billigare biobränslereaktorer
Forskare vid University of Minnesota har utvecklat ett snabbt sätt att omvandla sågspån och avfallsbiomassa direkt till en blandning av gaser som kan brännas för att generera elektricitet eller göras till flytande bränslen som diesel. Om processen kan skalas upp kan det vara en mer energieffektiv metod för att tillverka biobränslen genom att möjliggöra små snabba reaktorer placerade nära biomassakällor.
Glödhet katalysator: En katalysatorbädd lyser när den omvandlar millimeterstora partiklar av cellulosa (vit) till en värdefull blandning av gaser.
Forskarna utvecklade ett system som gör det möjligt att omvandla fasta ämnen direkt till en användbar blandning av gaser. Processen börjar när millimeterstora partiklar kommer i kontakt med en 700 till 800 grader Celsius porös yta och omedelbart bildar en blandning av gasformiga föreningar. Dessa interagerar med en katalysator gjord av ädelmetallen rodium som underlättar partiella oxidationsreaktioner som både håller systemet varmt och omvandlar gaserna till väte och kolmonoxid. Denna blandning av gaser, som kallas syngas eller syntesgas, kan sedan brännas i en gasturbin för att göra elektricitet, eller renas och göras till ett antal olika bränslen med välkända processer.
Nyckeln till den nya processen är en katalysatorbädd med rätt sorts porös struktur för att upprätthålla de temperaturer och rörelser hos material som behövs för de kemiska reaktionerna. Det resulterande systemet bryter ner biomassan på bara 70 millisekunder. Det är tio gånger snabbare än andra metoder för att göra syngas, säger Lanny Schmidt , professor i kemiteknik och materialvetenskap vid University of Minnesota. Helst betyder det att en reaktor med en given volym skulle kunna göra tio gånger så mycket syngas med den nya metoden än vad den skulle kunna göra med konventionella metoder. Eller uttryckt på ett annat sätt, det kan tillåta reaktorer som är en tiondel av storleken, säger han.
Det katalytiska tillvägagångssättet är en av ett antal metoder under utveckling som kan omvandla billiga källor av cellulosabaserad biomassa, såsom sågspån, gräs och jordbruksavfall, till flytande bränslen. Det är fortfarande inte klart vilken av två breda kategorier av tillvägagångssätt som kommer att vara mer praktiska, termokemiska metoder, som Schmidts, eller metoder som använder enzymer och organismer. Termokemiska metoder är dyra men har den potentiella fördelen att de kan använda ett antal olika källmaterial, medan biologiska system sannolikt kommer att behöva finjusteras för särskilda råvaror.
Men möjligheten att tillverka mindre reaktorer för att omvandla avfallsbiomassa till syngas kan hjälpa till att möta en av de viktigaste utmaningarna med att producera bränsle från biomassa. Att transportera skrymmande material som flis och majsavfall långa sträckor till centrala anläggningar kräver mycket energi, ofta i form av fossila bränslen. Det gör också hela processen dyrare. Små, distribuerade syngasanläggningar skulle kunna minska dessa transportkostnader genom att minska avståndet som biomassan måste transporteras. Distribuerade reaktorer kan också vara värdefulla i utvecklingsekonomier, säger Schmidt, och tillhandahåller kraft och bränsle till samhällen som inte har pålitlig transportinfrastruktur.
Den totala överkomligheten för ett sådant system kommer delvis att bero på om rodium, som kan kosta uppemot $6 000 per uns, kan användas i tillräckligt små mängder - och under tillräckligt långa tidsperioder. Processen måste också skalas upp, även för små distribuerade system. Just nu använder prototypen en experimentell katalysatorbädd lika stor som en persons tumme. Forskarna uppskattar att ett system som kan göra tillräckligt med syngas för att producera 10 liter bensin om dagen skulle kräva en katalysatorbädd många gånger så stor, cirka 15 centimeter i diameter och 3 djup. Det kan visa sig vara svårt, säger Theodore Krause , chef för grundläggande och tillämpade vetenskaper vid Argonne National Laboratory , för att göra ett större system som förblir snabbt och effektivt.
Även om utmaningar kvarstår, representerar Schmidts system ett tydligt framsteg inom vetenskapen om att göra bränslen från biomassa, säger Krause. Genom att demonstrera förmågan att omvandla fasta ämnen direkt till syngas, tillägger han, har forskningen visat något som de flesta först skulle ha gissat att det inte var möjligt.