Wydajniejsza metoda pozyskiwania wodoru z biomasy

Wydajniejsza metoda pozyskiwania wodoru z biomasy

Naukowcy z Uniwersytetu w Minnesocie opracowali nowy sposób pozyskiwania wodoru bezpośrednio z biomasy. Nowe rozwiązanie może zmniejszyć koszty produkcji energii z tanich źródeł, takich jak np. olej sojowy.

Używając opracowanej przez siebie metody katalitycznej badacze pozyskali wodór z oleju sojowego, a nawet z mieszaniny glukozy i wody. Pomimo tego, że są to dopiero wstępne wyniki badań, nowy proces katalizy reprezentuje zupełnie nowe podejście do bezpośredniego wykorzystania oleju sojowego i innych powszechnie dostępnych rodzajów biomasy jako paliwa. Obecnie w celu użycia biomasy jako paliwa należy ją najpierw przekształcić w biodiesla albo etanol. Do tej pory nie brano pod uwagę trudnych do odparowania płynów, takich jak olej sojowy, jako możliwego do wykorzystania paliwa, ponieważ efektem ubocznym ich stosowania jest pozostałość koksowa uniemożliwiająca wytwarzanie wodoru. Dzięki wyeliminowaniu konieczności przekształcania oleju sojowego i słodkiej wody w łatwo parujące paliwa, takie jak etanol, nowa metoda katalityczna umożliwia produkcję wielu surowców biologicznych.

Pozyskany dzięki nowej metodzie katalitycznej wodór może posłużyć do produkcji energii jako paliwo w ogniwach paliwowych z zestalonym elektrolitem tlenkowym (SOFC). Obecnie wodór do ogniw pozyskuje się z paliw kopalnych, jak np. gaz ziemny. Dodatkowo przy odpowiednich proporcjach doprowadzanego do katalizatora tlenu i oleju sojowego lub słodkiej wody nową metodę można wykorzystać do produkcji gazu syntezowego. Gaz ten powstaje przez połączenie tlenku węgla z wodorem i może być użyty jako paliwo, albo zamieniony w benzynę syntetyczną. Oprócz tych dwóch zastosowań odkrycie naukowców z Minnesoty może posłużyć do produkcji surowców chemicznych, takich jak alkeny, z których powstają tworzywa sztuczne.

Nowa metoda pozyskiwania wodoru polega na natryskiwaniu kropelek oleju sojowego lub słodkiej wody na gorący katalizator, w którego skład wchodzi niewielka zawartość ceru i rodu. Szybkie podgrzanie połączone z towarzyszącymi katalizie reakcjami zapobiega tworzeniu się osadu węglowego, który mógłby dezaktywować katalizator. Wydzielające się podczas procesu ciepło podtrzymuje w katalizatorze odpowiednią do kontynuowania reakcji temperaturę. Dzięki temu proces jest samowystarczalny pod względem dostarczania ciepła i nie trzeba używać żadnych paliw kopalnych do podtrzymywania reakcji. Potrzebne są one jedynie do wstępnego podniesienia temperatury w katalizatorze do 800 °C.

Reakcja może przebiegać stosunkowo szybko w porównaniu z obecnie wykorzystywanymi procesami zamiany łatwo parujących paliw w wodór dzięki małym kropelkom. Dotychczasowe metody pozyskiwania wodoru są wolniejsze, ponieważ paliwo znajduje się w rurach, do których dostarczenie ciepła zajmuje około sekundy. W nowej metodzie kropelki nagrzewają się w ciągu kilku milisekund, dzięki czemu cały system może być szybszy, tańszy i mniejszy. Szybsze zachodzenie reakcji umożliwia produkcję większej ilości paliwa z mniejszego reaktora, co wpływa na zmniejszenie nakładów inwestycyjnych, a co za tym idzie przybliża nowe rozwiązanie do zaistnienia w praktyce, np. w gospodarstwach rolnych. Jednak zastosowanie tego rozwiązania przez większe jednostki może okazać się trudne, ponieważ kontrola rozmiaru kropelek i temperatury procesu w celu równomiernego przebiegu reakcji i nieuszkodzenia katalizatora jest utrudniona w dużych systemach.

Zdaniem naukowców z Minnesoty możliwe jest przystosowanie nowego procesu pozyskiwania wodoru do współdziałania z innymi rodzajami biomasy, jak np. szlamem lub prochem powstałym z trawy i drewna. Zamiana tych substancji w nadające się do produkcji energii albo celów transportowych paliwo jest obecnie bardzo trudna ze względu na dużą zawartość celulozy. Gdyby możliwe było pozyskiwanie wodoru i gazu syntezowego bezpośrednio z substancji z dużą zawartością celulozy znacznie wzrosłaby ilość paliwa możliwego do wyprodukowania z biomasy odpadowej, ponieważ zamiast otrzymywać paliwo z glukozy pochodzącej z rdzenia kukurydzy można byłoby wykorzystać całą łodygę. Plany na przyszłość naukowców z Minnesoty przewidują wykorzystanie do produkcji elektryczności ściętej trawy.

(au)