Strom aus Zuckerwasser

Eine neue Möglichkeit, Wasserstoff direkt aus Biomasse wie Sojaöl herzustellen, berichtet in der aktuellen Ausgabe von Wissenschaft , könnte die Stromerzeugungskosten mit verschiedenen billigen Brennstoffen senken.

Ein auf 800 °Celsius erhitzter Metallkatalysator verdampft Sojaöl zu Wasserstoff. (Bild: Paul Dauenhauer, University of Minnesota)

Forscher der University of Minnesota haben ein katalytisches Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff aus Kraftstoffen wie Sojaöl und sogar einer Mischung aus Glukose und Wasser entwickelt. Der Wasserstoff könnte in Festoxid-Brennstoffzellen, die heute mit Wasserstoff aus fossilen Brennstoffen wie Erdgas betrieben werden, zur Stromerzeugung genutzt werden. Durch Einstellen der zusammen mit dem Sojaöl oder Zuckerwasser eingespritzten Sauerstoffmenge kann das Verfahren außerdem angepasst werden, um Synthesegas herzustellen, eine Kombination aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff, die als Kraftstoff verbrannt oder in synthetisches Benzin umgewandelt werden kann. Das Verfahren kann auch chemische Rohstoffe wie Olefine herstellen, die zu Kunststoffen verarbeitet werden können.



gruselige Interaktion aus der Ferne

Obwohl die Ergebnisse vorläufig sind, stellt das neue Katalyseverfahren einen grundlegend neuen Weg dar, Sojaöl und andere billige Biomasse direkt als Kraftstoffe zu verwenden; Diese Biomasse muss nun in Biodiesel oder Ethanol umgewandelt werden, um als Kraftstoff verwendet werden zu können. Im Allgemeinen haben sich die Menschen von nichtflüchtigen Flüssigkeiten ferngehalten – Materialien, die nicht verdampft werden können, da diese normalerweise einen Kohlenstoffrückstand produzieren, der den Prozess der Wasserstoffproduktion stoppt, sagt Ted Krause , Leiter der Abteilung für Grundlagenforschung und angewandte Forschung am Argonne National Laboratory in Argonne, IL. Durch die Eliminierung der Notwendigkeit, Sojaöl und Zuckerwasser zu flüchtigen Kraftstoffen wie Ethanol zu verarbeiten, erschließt das neue Verfahren die Zahl der verfügbaren Biomaterial-Rohstoffe, sagt er.

Der Prozess beginnt damit, dass die Forscher feine Tröpfchen Sojaöl oder Zuckerwasser auf einen superheißen Katalysator aus kleinen Mengen Cer und Rhodium sprühen. Das schnelle Erhitzen in Kombination mit katalysatorunterstützten Reaktionen verhindert die Bildung von Kohlenstoffschlamm, der sonst den Katalysator desaktivieren würde. Und die Reaktionen erzeugen Wärme, wodurch der Katalysator heiß genug bleibt, um die Reaktion fortzusetzen. Dadurch werden zwar zunächst fossile Brennstoffe verwendet, um die Katalysatoren auf die 800 °C Arbeitstemperatur zu bringen, aber für die Fortsetzung des Prozesses werden keine fossilen Brennstoffe benötigt. Eine der Tugenden unseres Verfahrens besteht darin, dass es keine externe Prozesswärme benötigt – es fährt sich selbst, sagt der Professor für Chemieingenieurwesen und Materialwissenschaften Lanny Schmidt , der die Forschung leitete.


Der Schlüssel zur Geschwindigkeit der Reaktionen sind die kleinen Tröpfchen. Bestehende Verfahren zur Umwandlung flüchtiger Kraftstoffe wie Ethanol oder Biodiesel in Wasserstoff sind langsamer, weil sich die Kraftstoffe in Rohren befinden und die Wärmeübertragung bis zu einer Sekunde dauert. Bei Schmidts Verfahren erhitzen sich die Tröpfchen augenblicklich – in nur wenigen Millisekunden – und das System kann schneller, billiger und kleiner sein, sagt er. Die Geschwindigkeit macht es möglich, mehr Brennstoff aus einem kleineren Reaktor zu produzieren, was die Kapitalkosten senkt und es für einen Landwirt möglicherweise praktisch macht, ein kleines System auf dem Bauernhof zu verwenden.

Magic das Sammelkartenspiel

Schmidt sagt, dass das Verfahren wahrscheinlich auch für andere Biomassen angepasst werden könnte, wie zum Beispiel Schlämme oder Pulver aus Gras oder Holz, die aufgrund ihres hohen Zellulosegehalts heute nur noch schwer in praktische Kraftstoffe für die Stromerzeugung oder den Transport umgewandelt werden können. Die Möglichkeit, Wasserstoff und Synthesegas direkt aus Zellulosequellen zu erzeugen, würde die Menge an Kraftstoff, die aus Abfallbiomasse hergestellt werden könnte, dramatisch erhöhen, weil es beispielsweise möglich wäre, die gesamte Maisstange anstatt nur aus Maiskörnern gewonnener Glukose zu verwenden, z Treibstoff. Andere Forscher versuchen, Organismen gentechnisch zu verändern, um Gras und Maisstängel in flüssige Brennstoffe wie Ethanol umzuwandeln (siehe Redesigning Life to Make Ethanol ).

Solche Kraftstoffe könnten dazu beitragen, die Abhängigkeit der Vereinigten Staaten von ausländischem Öl zu verringern und eine erneuerbare Kraftstoffquelle bereitzustellen, die keinen Nettozuwachs an Kohlendioxid in der Atmosphäre erzeugt, da der bei der Verbrennung des Kraftstoffs freigesetzte Kohlenstoff während des Wachstums von der Biomasse wieder eingefangen wird.

Krause sagt, dass erste Anwendungen von Schmidts aktuellem Verfahren wahrscheinlich in der Produktion von dezentralem Strom in kleinen Mengen liegen werden, da die Produktion im Versorgungsmaßstab eine Herausforderung sein wird. Beispielsweise wird es in großen Systemen schwieriger, die Größe der Tröpfchen und die Temperatur des Systems zu kontrollieren, um die Reaktionen gleichförmig zu halten und eine Beschädigung der Katalysatoren zu vermeiden.

Wie weit kann das menschliche Auge sehen?

Schmidt sagt, er konzentriere sich nicht auf die Kommerzialisierung der aktuellen Technik. Sein nächstes Ziel ist es, das System so zu entwickeln, dass es mit Quellen von Abfallbiomasse arbeitet. Eines Tages könnte es möglich sein, mit einer solchen Anlage Strom aus Rasenschnitt zu erzeugen.

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