211service.com
Menší a levnější biopalivové reaktory
Výzkumníci z University of Minnesota vyvinuli rychlý způsob, jak přeměnit piliny a odpadní biomasu přímo na směs plynů, kterou lze spálit k výrobě elektřiny nebo z ní vyrobit kapalná paliva, jako je nafta. Pokud se proces podaří rozšířit, mohl by to být energeticky účinnější způsob výroby biopaliv tím, že by umožnil malé, rychlé reaktory umístěné blízko zdrojů biomasy.
Rozžhavený katalyzátor: Lůžko katalyzátoru svítí, když přeměňuje milimetrové částice celulózy (bílé) na hodnotnou směs plynů.
Vědci vyvinuli systém, který umožňuje přeměnit pevné látky přímo na užitečnou směs plynů. Proces začíná, když se částice o velikosti milimetru dostanou do kontaktu s porézním povrchem o teplotě 700 až 800 stupňů Celsia a okamžitě vytvoří směs plynných sloučenin. Ty interagují s katalyzátorem vyrobeným z drahého kovu rhodia, který usnadňuje parciální oxidační reakce, které udržují systém horký a přeměňují plyny na vodík a oxid uhelnatý. Tato směs plynů, nazývaná syngas nebo syntézní plyn, může být poté spálena v plynové turbíně, aby se vyrobila elektřina, nebo čištěna a pomocí dobře známých procesů z ní vyrobena řada různých paliv.
Klíčem k novému procesu je lože katalyzátoru se správným druhem porézní struktury pro udržení teplot a pohybu materiálů potřebných pro chemické reakce. Výsledný systém rozloží biomasu za pouhých 70 milisekund. To je desetkrát rychlejší než jiné způsoby výroby syngasu, říká Lanny Schmidt , profesor chemického inženýrství a materiálové vědy na University of Minnesota. V ideálním případě to znamená, že reaktor s daným objemem by mohl pomocí nové metody vyrobit desetinásobek množství syntézního plynu než při použití konvenčních metod. Nebo jinak řečeno, mohlo by to umožnit reaktory o velikosti jedné desetiny, říká.
Katalytický přístup je jednou z řady metod ve vývoji, které by mohly přeměnit levné zdroje celulózové biomasy, jako jsou piliny, tráva a zemědělský odpad, na kapalná paliva. Stále není jasné, která ze dvou širokých kategorií přístupů bude praktičtější, termochemické metody, jako je Schmidtova metoda, nebo metody využívající enzymy a organismy. Termochemické metody jsou drahé, ale mají potenciální výhodu v tom, že mohou používat řadu různých zdrojových materiálů, zatímco biologické systémy bude pravděpodobně nutné doladit pro konkrétní suroviny.
Ale schopnost vyrábět menší reaktory pro přeměnu odpadní biomasy na syngas by mohla pomoci splnit jeden z nejvýznamnějších problémů výroby paliv z biomasy. Přeprava objemných materiálů, jako jsou dřevěné štěpky a kukuřičný odpad na velké vzdálenosti do centrálních zařízení, vyžaduje hodně energie, často ve formě fosilních paliv. To také prodražuje celkový proces. Malé, distribuované elektrárny na syntézní plyn by mohly snížit tyto přepravní náklady zkrácením vzdálenosti, na kterou musí být biomasa přepravována. Distribuované reaktory by také mohly být cenné v rozvojových ekonomikách, říká Schmidt, protože poskytují energii a palivo komunitám, které nemají spolehlivou dopravní infrastrukturu.
Celková cenová dostupnost takového systému bude částečně záviset na tom, zda lze rhodium, které může stát až 6 000 dolarů za unci, používat v dostatečně malých množstvích – a po dostatečně dlouhou dobu. Proces musí být také rozšířen, dokonce i pro malé distribuované systémy. Právě teď prototyp používá experimentální katalyzátorové lože velikosti lidského palce. Výzkumníci odhadují, že systém, který dokáže vyrobit dostatek syngasu k produkci 10 galonů benzínu denně, by vyžadoval lože katalyzátoru mnohokrát této velikosti, asi 15 centimetrů napříč a 3 hluboké. Může to být obtížné, říká Theodore Krause , vedoucí základních a aplikovaných věd at Národní laboratoř Argonne , vytvořit větší systém, který zůstane rychlý a efektivní.
Zatímco výzvy přetrvávají, Schmidtův systém představuje výrazný pokrok ve vědě výroby paliv z biomasy, říká Krause. Při demonstraci schopnosti přeměňovat pevné látky přímo na syngas, dodává, výzkum prokázal něco, co by většina lidí zpočátku hádala, že to není možné.