科學家研究從香蕉皮等生物質中提取氫氣燃料

隨着世界能源需求的增加,人類對化石燃料的消耗也在增加。其結果是溫室氣體排放大量增加,對環境造成嚴重的負面影響。為了解決這個問題,科學家們一直在尋找替代性的可再生能源。

一個主要的候選者是由植物和動物的有機廢物,或”生物質”產生的氫氣。生物質還可以吸收、清除和儲存大氣中的二氧化碳,而生物質的分解也可以為我們帶來負排放或清除溫室氣體。但是,即使生物質預示着未來的道路,仍然存在將其最大限度地轉化為能源的最佳方式問題。

科學家研究從香蕉皮等生物質中提取氫氣燃料

目前有兩種將生物質轉化為能源的主要方法:氣化和熱解。氣化將固體或液體生物質置於1000℃左右的溫度下,將其轉化為氣體和固體化合物,氣體被稱為”合成氣”,而固體是”生物炭”。合成氣是氫氣、甲烷、一氧化碳和其他碳氫化合物的混合體,而這些就是作為”生物燃料”用於發電的東西。另一方面,生物炭通常被認為是一種固體碳廢物,它可以被用於農業應用。

另一種方法,即生物質熱解法,與氣化法類似,只是生物質是在較低的溫度下加熱的,溫度在400-800℃之間,壓力在惰性氣體中達到5巴。有三種類型的熱解:常規、快速和閃電熱解。在所有這三種類型中,前兩種需要的時間最長,產生的炭也最多。閃光熱解在600℃下進行,產生最多的合成氣,並且停留時間最短。不幸的是,它也需要能夠處理高溫和高壓的專門反應器。

科學家研究從香蕉皮等生物質中提取氫氣燃料

現在,由EPFL基礎科學學院的Hubert Girault教授領導的科學家們已經開發出一種新的生物質光解方法,不僅能產生有價值的合成氣,而且還能產生用於其他用途的生物炭。這項工作發表在《化學科學》上。該方法使用氙燈進行閃光燈熱解,氙燈通常用於固化印刷電子產品的金屬油墨。Girault的研究小組在過去幾年中也將該系統用於其他目的,如合成納米顆粒。

該燈的白色閃光燈提供了一個高功率的能量源,以及促進光熱化學反應的短脈衝。這個想法是一個強大的閃光燈,讓生物質吸收了這個閃光能量,並瞬間觸發了光熱生物質轉化為合成氣和生物炭。這種閃光技術被用於不同來源的生物質:香蕉皮、玉米棒、橘子皮、咖啡豆和椰子殼,所有這些生物質最初都在105°C下乾燥24小時,然後研磨並過篩成薄薄的粉末。然後在環境壓力和惰性氣體參與下,將這些粉末放在一個帶有標準玻璃窗的不鏽鋼反應器中。氙燈閃爍,整個轉換過程在幾毫秒內結束。

研究人員表示,每公斤乾燥的生物質可以產生大約100升氫氣和330克生物炭,這相當於原始乾燥香蕉皮質量的33wt.%。該方法也可以計算能量結果,即每公斤乾燥的生物質有4.09兆焦耳能量。這種方法的突出之處在於它的最終產品,氫氣和固碳生物炭,都是有價值的。氫氣可以作為綠色燃料使用,而碳生物炭,既可以被埋藏起來作為肥料使用,也可以用來製造導電電極。

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上一篇 2022-01-25 21:48
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