Создание биотоплива из банановой кожуры

По мере того, как мировые потребности в энергии растут, растет и наше потребление ископаемого топлива. Результатом является массовый рост выбросов парниковых газов с серьезными неблагоприятными последствиями для окружающей среды. Чтобы решить эту проблему, ученые ищут альтернативные возобновляемые источники энергии.

Основным кандидатом является водород, полученный из органических отходов или «биомасса» растений и животных. Биомасса также поглощает, удаляет и хранит CO 2 из атмосферы, в то время как разложение биомассы также может привести к отрицательным выбросам или удалению парниковых газов. Но даже несмотря на то, что биомасса открывает путь вперед, остается вопрос о наилучшем способе максимизировать ее преобразование в энергию.

Газификация биомассы

В настоящее время существует два основных метода преобразования биомассы в энергию: газификация и пиролиз.

При газификации твердая или жидкая биомасса нагревается до температуры около 1000°C, превращаясь в газ и твердые соединения; газ называется «сингаз», а твердое вещество — «биоуголь».

Синтез-газ представляет собой смесь водорода, метана, окиси углерода и других углеводородов, которые используются в качестве «биотоплива» для выработки электроэнергии. С другой стороны, биоуголь часто считают твердыми углеродными отходами, хотя его можно использовать в сельском хозяйстве.

Графическое представление метода фотопиролиза с ксеноновой лампой. 1 кредит

Пиролиз биомассы

Другой метод, пиролиз биомассы, аналогичен газификации, за исключением того, что биомассу нагревают при более низких температурах, от 400 до 800°C, и при давлении до 5 бар в инертной атмосфере. Существует три типа пиролиза: обычный, быстрый и флэш-пиролиз. Из всех трех первые два занимают больше всего времени и производят больше всего угля.

Мгновенный пиролиз происходит при температуре 600°C, при этом образуется наибольшее количество синтез-газа и самое короткое время пребывания. К сожалению, для этого также нужны специализированные реакторы, способные выдерживать высокие температуры и давления.

Банановый сплит для производства водорода

Теперь ученые во главе с профессором Хьюбертом Жиро из Школы фундаментальных наук EPFL разработали новый метод фотопиролиза биомассы, который производит не только ценный синтез-газ, но и биоуголь из твердого углерода, который можно использовать в других целях. Работа опубликована в Chemical Science .

Метод выполняет пиролиз света вспышки с использованием ксеноновой лампы, обычно используемой для отверждения металлических красок для печатной электроники. Группа Жиро также использовала систему в последние несколько лет для других целей, таких как синтез наночастиц.

• Белый свет вспышки лампы обеспечивает мощный источник энергии, а также короткие импульсы, которые способствуют фототермическим химическим реакциям. Идея состоит в том, чтобы произвести мощный световой импульс, который поглощает биомасса и который мгновенно запускает фототермическое преобразование биомассы в синтетический газ и биоуголь.
• Этот метод флэширования использовался для различных источников биомассы: банановой кожуры, кукурузных початков, апельсиновой корки, кофейных зерен и скорлупы кокосовых орехов, которые сначала сушили при 105°C в течение 24 часов, а затем измельчали и просеивали до состояния тонкого порошка.
• Затем порошок помещали в реактор из нержавеющей стали со стандартным стеклянным окном при атмосферном давлении и в инертной атмосфере. Мигает ксеноновая лампа, и весь процесс преобразования завершается за несколько миллисекунд.

«Каждый кг высушенной биомассы может генерировать около 100 литров водорода и 330 г биоугля, что составляет до 33 мас.% исходной массы высушенной банановой кожуры», — говорит Бхавна Нагар, работавшая над исследованием. Метод также имел положительный расчетный энергетический выход 4,09 МДж•на кг высушенной биомассы.

Что выделяется в этом методе, так это то, что оба его конечных продукта, водород и твердый углеродный биоуголь, являются ценными. Водород можно использовать в качестве зеленого топлива, а углеродный биоуголь можно либо закопать и использовать в качестве удобрения, либо использовать для производства проводящих электродов.

«Актуальность нашей работы еще более усиливается тем фактом, что мы годами косвенно улавливаем запасы CO 2 из атмосферы», — говорит Нагар. «Мы быстро преобразовали это в полезные конечные продукты с помощью ксеноновой лампы-вспышки».

Источник

Метки: Биотопливо