Grøn Benzin Kommer Tættere På Brændstof Din Bil

{h1}

Forskere har opdaget, hvordan man fremstiller benzin fra savsmuld og andre plantematerialer, og bevæger sig i øjeblikket fra laboratoriet til kraftværket.

Dette bag scenerne blev leveret til WordsSideKick.com i samarbejde med National Science Foundation.

Ryggraden i vores energiinfrastruktur er kulstofbaseret brændstof. I form af olie, kul og naturgas kører kulstof vores biler, opvarmer vores hjem og laver mad. Vi kan minimere choket ved overgangen fra fossile brændstoffer til bæredygtige kilder ved at bruge så meget eksisterende kulstofbaseret infrastruktur som muligt.

Planter er den eneste kilde til bæredygtigt kulstof, fordi der ikke er andre midler til blot at fange kulstof fra luften for at gøre kulstofbaseret brændstof. Det er skønheden i plantebaserede biobrændstoffer, og hvorfor de skal spille en rolle i vores fremtid i bæredygtig energi.

Alt liv er carbonbaseret. At omdanne plantebaseret kulstof til brændstoffer, vi kan bruge i vores biler, skal vi først forstå plantens sammensætning.

Planter som energi

Først tænk på, hvordan din krop gemmer energi som fedt, men er strukturelt sammensat af en anden type molekyle kaldet protein; planter har en lignende dikotomi. En plante lagrer energi som stivelse, sukker og fedt, men er strukturelt sammensat af lignin og cellulose (eller 'lignocellulose'). Tag majs som et eksempel: fra kerner kommer stivelse og sukker, der kan gæres for at gøre ethanol; majsolie kan bruges til fremstilling af biodiesel.

Selv om disse teknologier fortjener undersøgelse i deres egen ret, må vi ikke ignorere de resterende cobs, skal og stilke - strukturmaterialerne lavet af lignin og cellulose. Træ og græs er lavet af samme strukturelle materialer.

Plantens strukturelle materialer er de billigste og mest mulige former for biomasse til rådighed - plus mennesker kan ikke spise dem (køer og bæver kan kun fordi deres tarm har særlige bakterier). Brændsel fremstillet af uspiseligt materiale har den fordel at aldrig direkte forstyrre fødevareproduktionen.

Grøn benzin

Hætteglas indeholdende savsmuld, katalysator, kold katalysator og benzin lavet af savsmuld.

Hætteglas indeholdende savsmuld, katalysator, kold katalysator og benzin lavet af savsmuld.

Kredit: Robert Coolman, UMass Amherst

Forskning udført ved University of Massachusetts, Amherst ledet af George Huber fokuserer på at omdanne savsmuld og switchgrass til "grøn benzin" - et brændstof, som vi kan bruge inden for vores nuværende infrastruktur. Om nogle år kan du begynde at se det blandet med hvad du køber hos pumpen.

"Medmindre der er et tegn, der fortæller dig det, vil du ikke engang vide, at din gas er" grøn ", sagde Huber. "Det har et kulstoffodaftryk. CO2 [kuldioxid] fra din bil genbruges til fabrikken, når den vokser igen. "

Grøn benzin er lavet gennem en teknik kaldet katalytisk hurtig pyrolyse i en fluidiseret seng. Lad os bryde denne proces ned ved de anvendte vilkår og teknikker:

'Katalytisk'

Struktur af zeolitkatalysator. Hver tetrahedron repræsenterer enten SiO2 eller HAlO2. Rummene i strukturen (fremhævet) kaldes

Struktur af zeolitkatalysator. Hver tetrahedron repræsenterer enten SiO2 eller HAlO2. Rummene i strukturen (fremhævet) kaldes "mikroporer" og er stort set lige store som benzinmolekyler.

Kredit: Billede med tilladelse fra University of Wisconsin-Madison Materialer Forskning Videnskab og Teknologi Center, mrsec.wisc.edu/nano

En katalysator er et materiale, der bruges til at gøre en specifik kemisk reaktion ske hurtigere, end det normalt ville. Den pågældende reaktion? Drejer lignocellulose i benzin. Katalysatoren, der gør det, er en speciel klasse materialer kaldet "zeolitter", materialer fremstillet af silicium, aluminium og oxygenatomer, der er arrangeret i indviklede geometriske rammer i et krystalagtigt mønster.

Mellemrum mellem molekylerne, der holdes sammen i disse rammer kaldes mikroporer og holder kulstofbaserede molekyler på katalysatoroverfladen i et arrangement, der får dem til at danne molekylære produkter af samme størrelse. Tricket er at vælge en zeolit ​​med en porestørrelse, der er lig med den for benzinmolekyler. Katalysatorerne, som Huber Lab bruger, er billige materialer, der i øjeblikket anvendes i den petrokemiske industri.

'Fast pyrolyse'

Pyrolyse er høj temperatur nedbrydning af store molekyler (såsom cellulose eller plast) i små molekyl dampe. Pyrolyse er "hurtig", fordi hurtig opvarmning er nødvendig for at omdanne plantens kulstof til røg i stedet for char. "Langsom pyrolyse" er, hvordan træ er lavet.

I en lejrbrand er de flammer, du ser, faktisk træpyrolysdampe, der reagerer med ilt. Flammevarme får loggen til at pyrolisere mere og opretholder sig selv, indtil logens overflade bliver for dækket af kul for at producere flere dampe. I laboratoriet udføres pyrolyse af savsmuld i mangel af ilt, så dampene ikke kan brænde som de gør i en brand - dampene reagerer istedet på katalysatoroverfladen for at danne benzin.

'Fluidized Bed'

Fluidisering er en teknik til maksimering af kontakt og blanding mellem gasdampene fra pyrolysen og faste katalysatorer. Forestil dig, hvordan en seng af grus danser under enden af ​​en siphon tube, når du rengør en akvarium; gruset er fluidiseret af vandet. I laboratoriet antages grusrollen af ​​en seng af sandlignende katalysatorpartikler og savsmuld under pyrolyse. Vandet erstattes med en strøm af varm gas, der kommer ind fra bunden, kaldet en "fluidizer". Dampe, der forlader katalysatoroverfladen, blæser ud af reaktoren, hvor de kondenseres som brændstof med en oktantal på 108.

En katalytisk hurtig pyrolyse kemisk plante

Et diagram over katalytisk pyrolyse.

Et diagram over katalytisk pyrolyse.

Kredit: Robert Coolman, UMass Amherst

Fordi lignocelluose indeholder mere ilt end benzin, skal en del af carbonet (ca. 25 procent) forlade som kulilte og kuldioxid.

Ved skalaer større end i laboratoriet vil en brøkdel af strømmen blive anvendt som fluidiseringsmiddel. De resterende 75 procent er teoretisk tilgængelige til fremstilling af benzin, men char skærer ind i dette tal og danner en sort frakke på katalysatorpartiklerne.

For at reaktionen skal køre i lange perioder, skal partikler af forkullet katalysator genbruges gennem en ovn, hvor kul er brændt af. Ovnen skaber tilstrækkelig varme til kraft katalytisk hurtig pyrolyse. På den måde efterlader 30 procent af kulstofet fra savsmuld, der er fodret ind i systemet, anlægget som benzin.

Det tager 45 pounds savsmuld til at lave en gallon benzin. Bemærk dog, at et anlæg, der bruger teknologien, ikke har brug for andre input end savsmuld og luft - teknikken ville være ideel til isolerede steder uden for gitteret, hvor der er masser af plantematerialer til rådighed.

videre

Pilotskalaundersøgelser har vist sig at være vellykkede og vil snart blive opskåret til en demonstrationskemisk fabrik.

"Det er en god tid at være på dette område. Da prisen på olieforøgelser giver det mulighed for fremtidige ingeniører," sagde Huber. "Det er op til den nye generation at finde løsninger til fremtiden."

For mere information besøg Huber Research-gruppens websted.

Redaktørens note: Denne forskning blev støttet af National Science Foundation (NSF), det føderale agentur, der var ansvarlig for finansiering af grundforskning og uddannelse på tværs af alle områder inden for videnskab og teknik. Eventuelle udtalelser, konklusioner og konklusioner eller anbefalinger udtrykt i dette materiale er forfatterens og afspejler ikke nødvendigvis Nationale Videnskabsstiftelsens synspunkter. Se bagved scenesarkivet.


Video Supplement: Kent Hovind - Seminar 1 - The Age of The Earth [MULTISUBS].




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com