211service.com
Elektriciteit uit suikerwater
Een nieuwe manier om waterstof rechtstreeks uit biomassa te maken, zoals sojaolie, gerapporteerd in het huidige nummer van Wetenschap , zou de kosten van elektriciteitsproductie met behulp van verschillende goedkope brandstoffen kunnen verlagen.
Een metaalkatalysator die tot 800 ° Celsius wordt verwarmd, verdampt sojaolie om waterstof te maken. (Credit: Paul Dauenhauer, Universiteit van Minnesota)
Onderzoekers van de Universiteit van Minnesota hebben een katalytische methode ontwikkeld om waterstof te produceren uit brandstoffen zoals sojaolie en zelfs een mengsel van glucose en water. De waterstof zou kunnen worden gebruikt in vaste-oxidebrandstofcellen, die nu werken op waterstof uit fossiele brandstoffen zoals aardgas, om elektriciteit op te wekken. Verder kan, door de hoeveelheid zuurstof die samen met de sojaolie of het suikerwater wordt geïnjecteerd, aan te passen, de methode worden aangepast om synthesegas te maken, een combinatie van koolmonoxide en waterstof die als brandstof kan worden verbrand of kan worden omgezet in synthetische benzine. De methode kan ook chemische grondstoffen produceren, zoals olefinen, die tot kunststoffen kunnen worden verwerkt.
Hoewel de resultaten voorlopig zijn, vertegenwoordigt het nieuwe katalyseproces een fundamenteel nieuwe manier om sojaolie en andere goedkope biomassa direct als brandstof te gebruiken; dergelijke biomassa moet nu worden omgezet in biodiesel of ethanol om als brandstof te kunnen worden gebruikt. Over het algemeen hebben mensen niet-vluchtige vloeistoffen vermeden - materialen die je niet kunt verdampen, omdat deze meestal een koolstofresidu produceren dat het proces van het produceren van waterstof stopt, zegt Ted Krause , hoofd van de afdeling fundamenteel en toegepast onderzoek van het Argonne National Laboratory, in Argonne, IL. Door het elimineren van de noodzaak om sojaolie en suikerwater te verwerken om vluchtige brandstoffen zoals ethanol te maken, opent de nieuwe methode het aantal beschikbare grondstoffen voor biomateriaal, zegt hij.
Het proces begint wanneer de onderzoekers fijne druppeltjes sojaolie of suikerwater op een superhete katalysator van kleine hoeveelheden cerium en rhodium spuiten. De snelle verwarming in combinatie met katalysatorondersteunde reacties voorkomt de vorming van koolstofslib dat anders de katalysator zou deactiveren. En de reacties produceren warmte, waardoor de katalysator heet genoeg blijft om de reactie voort te zetten. Als gevolg hiervan, hoewel fossiele brandstoffen in eerste instantie worden gebruikt om de katalysatoren op 800 ° C werktemperatuur te brengen, zijn er geen fossiele brandstoffen nodig om het proces voort te zetten. Een van de voordelen van ons proces is dat het geen externe proceswarmte nodig heeft - het drijft zichzelf aan, zegt hoogleraar scheikunde en materiaalkunde Lanny Schmidt , die het onderzoek leidde.
De sleutel tot de snelheid van de reacties zijn de kleine druppeltjes. Bestaande processen voor het omzetten van vluchtige brandstoffen, zoals ethanol of biodiesel, in waterstof zijn langzamer omdat de brandstoffen zich in leidingen bevinden en het tot een seconde duurt voordat de warmte ernaar is overgedragen. In het proces van Schmidt warmen de druppeltjes onmiddellijk op - in slechts een paar milliseconden - en het systeem kan sneller, goedkoper en kleiner zijn, zegt hij. De snelheid maakt het mogelijk om meer brandstof uit een kleinere reactor te produceren, waardoor de kapitaalkosten worden verlaagd en het voor een boer mogelijk praktisch wordt om een klein systeem op het bedrijf te gebruiken.
Schmidt zegt dat het proces waarschijnlijk kan worden aangepast om te werken met andere biomassa, zoals slurries of poeders gemaakt van gras of hout, die nu moeilijk om te zetten zijn in praktische brandstoffen voor elektriciteitsopwekking of transport vanwege hun hoge cellulosegehalte. De mogelijkheid om waterstof en syngas rechtstreeks uit cellulosebronnen te maken, zou de hoeveelheid brandstof die uit afvalbiomassa kan worden gemaakt drastisch verhogen, omdat het bijvoorbeeld mogelijk zou zijn om de hele maïsstengel te gebruiken, in plaats van alleen glucose afkomstig van maïskorrels, voor brandstof. Andere onderzoekers proberen organismen genetisch te manipuleren om gras en maïsstengels om te zetten in vloeibare brandstoffen zoals ethanol (zie Het leven opnieuw ontwerpen om ethanol te maken).
Dergelijke brandstoffen kunnen de afhankelijkheid van de Verenigde Staten van buitenlandse olie helpen verminderen en een hernieuwbare brandstofbron vormen die geen netto toename van koolstofdioxide in de atmosfeer veroorzaakt, aangezien de koolstof die vrijkomt wanneer de brandstof wordt verbrand, wordt teruggewonnen door de biomassa terwijl deze groeit.
Krause zegt dat de eerste toepassingen van het huidige proces van Schmidt waarschijnlijk zullen liggen in het produceren van gedistribueerde stroom in kleine hoeveelheden, aangezien productie op utiliteitsschaal een uitdaging zal zijn. Het regelen van de grootte van de druppeltjes en de temperatuur van het systeem om de reacties uniform te houden en beschadiging van de katalysatoren te voorkomen, zal bijvoorbeeld moeilijker zijn in grote systemen.
Schmidt zegt dat hij zich niet richt op het commercialiseren van de huidige techniek. Zijn volgende doel is om het systeem te ontwikkelen om te werken met bronnen van afvalbiomassa. Op een dag zou het mogelijk kunnen zijn om een dergelijk systeem te gebruiken om elektriciteit op te wekken uit gemaaid gras.