211service.com
Kleinere, goedkopere biobrandstofreactoren
Onderzoekers van de Universiteit van Minnesota hebben een snelle manier ontwikkeld om zaagsel en afvalbiomassa direct om te zetten in een mengsel van gassen die kunnen worden verbrand om elektriciteit op te wekken of die kunnen worden omgezet in vloeibare brandstoffen zoals diesel. Als het proces kan worden opgeschaald, kan het een energie-efficiëntere methode zijn om biobrandstoffen te maken door kleine, snelle reactoren dicht bij biomassabronnen toe te staan.
Roodgloeiende katalysator: Een katalysatorbed gloeit terwijl het millimetergrote deeltjes cellulose (wit) omzet in een waardevol gasmengsel.
De onderzoekers ontwikkelden een systeem dat het mogelijk maakt om vaste stoffen direct om te zetten in een bruikbaar gasmengsel. Het proces begint wanneer deeltjes ter grootte van een millimeter in contact komen met een poreus oppervlak van 700 tot 800 graden Celsius en onmiddellijk een mengsel van gasvormige verbindingen vormen. Deze werken samen met een katalysator gemaakt van het edele metaal rhodium die gedeeltelijke oxidatiereacties mogelijk maakt die zowel het systeem warm houden als de gassen omzetten in waterstof en koolmonoxide. Dit mengsel van gassen, syngas of synthesegas genoemd, kan vervolgens worden verbrand in een gasturbine om elektriciteit te maken, of gezuiverd en verwerkt tot een aantal verschillende brandstoffen met behulp van bekende processen.
De sleutel tot het nieuwe proces is een katalysatorbed met de juiste soort poreuze structuur om de temperaturen en beweging van materialen die nodig zijn voor de chemische reacties te handhaven. Het resulterende systeem breekt de biomassa af in slechts 70 milliseconden. Dat is tien keer sneller dan andere methoden om syngas te maken, zegt Lanny Schmidt , hoogleraar chemische technologie en materiaalkunde aan de Universiteit van Minnesota. In het ideale geval betekent dit dat een reactor met een bepaald volume met de nieuwe methode tien keer zoveel syngas zou kunnen maken als met conventionele methoden. Of anders gezegd, het zou reactoren van een tiende zo groot kunnen maken, zegt hij.
De katalytische benadering is een van een aantal methoden in ontwikkeling die goedkope bronnen van cellulosehoudende biomassa, zoals zaagsel, gras en landbouwafval, kunnen omzetten in vloeibare brandstoffen. Het is nog steeds niet duidelijk welke van de twee brede categorieën benaderingen meer praktische, thermochemische methoden zullen zijn, zoals die van Schmidt, of methoden die enzymen en organismen gebruiken. Thermochemische methoden zijn duur, maar hebben het potentiële voordeel dat ze een aantal verschillende bronmaterialen kunnen gebruiken, terwijl biologische systemen waarschijnlijk moeten worden verfijnd voor bepaalde grondstoffen.
Maar de mogelijkheid om kleinere reactoren te maken voor het omzetten van afvalbiomassa in syngas, zou kunnen helpen een van de belangrijkste uitdagingen aan te gaan bij het produceren van brandstoffen uit biomassa. Het transporteren van volumineuze materialen zoals houtsnippers en maïsafval over lange afstanden naar centrale voorzieningen kost veel energie, vaak in de vorm van fossiele brandstoffen. Het maakt het totale proces ook duurder. Kleine, gedistribueerde syngasinstallaties kunnen deze transportkosten verlagen door de afstand die de biomassa moet vervoeren te verkleinen. Gedistribueerde reactoren kunnen ook waardevol zijn in opkomende economieën, zegt Schmidt, omdat ze stroom en brandstof leveren aan gemeenschappen die geen betrouwbare transportinfrastructuur hebben.
De algehele betaalbaarheid van een dergelijk systeem zal gedeeltelijk afhangen van de vraag of rhodium, dat meer dan $ 6.000 per ounce kan kosten, in voldoende kleine hoeveelheden kan worden gebruikt - en gedurende voldoende lange perioden. Het proces moet ook worden opgeschaald, zelfs voor kleine gedistribueerde systemen. Op dit moment maakt het prototype gebruik van een experimenteel katalysatorbed ter grootte van iemands duim. De onderzoekers schatten dat een systeem dat genoeg syngas kan maken om 10 gallons benzine per dag te produceren, een katalysatorbed nodig heeft dat vele malen zo groot is, ongeveer 15 centimeter breed en 3 diep. Het kan moeilijk zijn, zegt Theodore Krause , hoofd basis- en toegepaste wetenschappen bij Argonne Nationaal Laboratorium , om een groter systeem te maken dat snel en efficiënt blijft.
Hoewel er nog uitdagingen zijn, vertegenwoordigt het systeem van Schmidt een duidelijke vooruitgang in de wetenschap van het maken van brandstoffen uit biomassa, zegt Krause. Door het vermogen aan te tonen om vaste stoffen rechtstreeks in syngas om te zetten, voegt hij eraan toe, heeft het onderzoek iets aangetoond waarvan de meeste mensen aanvankelijk dachten dat het niet mogelijk was.