Инженеры из Университета штата Огайо разрабатывают технологии, которые могут экономично преобразовывать ископаемое топливо и биомассу в полезные продукты, включая электричество, без выброса углекислого газа в атмосферу.
В первой из двух статей, опубликованных в журнале Energy & Environmental Science, инженеры сообщают, что они разработали процесс, который превращает сланцевый газ в такие продукты, как метанол и бензин, при этом потребляя углекислый газ. Этот процесс также может быть применен к углю и биомассе для производства полезных продуктов.
При определенных условиях технология потребляет весь углекислый газ, который она производит, плюс дополнительный углекислый газ из внешнего источника.
Во втором документе они сообщают, что нашли способ значительно продлить срок службы частиц, которые позволяют химической реакции преобразовывать уголь или другие виды топлива в электричество и полезные продукты в течение периода времени, который составляет полезно для коммерческой эксплуатации.
Наконец, та же команда обнаружила и запатентовала способ, позволяющий снизить капитальные затраты на производство топливного газа, называемого синтез-газом, или «сингаз», примерно на 50 процентов по сравнению с традиционной технологией.
Технология, известная как химическая петля, использует частицы оксида металла в реакторах высокого давления для «сжигания» ископаемого топлива и биомассы без присутствия кислорода в воздухе. Оксид металла обеспечивает кислород для реакции.
Химическая петля способна действовать как временная технология, которая может обеспечить чистое электричество до тех пор, пока возобновляемые источники энергии, такие как солнечная и ветровая, не станут широко доступными и доступными, заявили инженеры..
«Возобновляемые источники энергии - это будущее», - сказал Лян-Ши Фань, заслуженный профессор университета в области химической и биомолекулярной инженерии, который возглавляет эту работу. «Нам нужен мост, который позволит нам производить чистую энергию, пока мы не доберемся до нее - что-то доступное, что мы сможем использовать в течение следующих 30 или более лет, в то время как ветровая и солнечная энергия станут преобладающими технологиями».
Пять лет назад Фан и его исследовательская группа продемонстрировали технологию, называемую сжиганием с прямым химическим циклом (CDCL), в которой они смогли высвободить энергию из угля, улавливая при этом более 99 процентов образующегося углекислого газа. предотвращения его выброса в окружающую среду. Ключевое достижение CDCL произошло в форме частиц оксида железа, которые снабжают кислородом для химического сжигания в реакторе с подвижным слоем. После сгорания частицы забирают кислород из воздуха, и цикл начинается снова.
Задача тогда, как и сейчас, заключалась в том, как предотвратить изнашивание частиц, сказал Эндрю Тонг, доцент кафедры химической и биомолекулярной инженерии в штате Огайо.
В то время как пять лет назад частицы для CDCL выдерживали 100 циклов в течение более восьми дней непрерывной работы, с тех пор инженеры разработали новую формулу, которая действует более 3000 циклов или более восьми месяцев непрерывной работы. постоянное использование в лабораторных испытаниях. Подобный состав также был испытан на вспомогательных и пилотных установках.
Частица сама по себе является сосудом, и в этом процессе она переносит кислород туда-сюда, и в конце концов она разваливается. Подобно грузовику, перевозящему товары по шоссе, в конце концов он будет подвергаться некоторому износу. И мы говорим, что разработали частицу, которая может совершить путешествие 3000 раз в лаборатории и при этом сохранить свою целостность», - сказал Тонг.
Это самый длительный срок службы, когда-либо зарегистрированный для носителя кислорода, добавил он. Следующим шагом является испытание носителя в интегрированном химическом цикле, работающем на угле.
Другое достижение связано с разработкой инженерами химического цикла для производства синтез-газа, который, в свою очередь, обеспечивает строительные блоки для множества других полезных продуктов, включая аммиак, пластмассы и даже углеродные волокна.
Вот где технология действительно становится интересной: она обеспечивает потенциальное промышленное использование углекислого газа в качестве сырья для производства полезных повседневных продуктов.
Сегодня, когда углекислый газ удаляется из выхлопных газов электростанций, его предполагается захоронить, чтобы он не попал в атмосферу в виде парникового газа. В этом новом сценарии часть удаленного углекислого газа не нужно будет закапывать; его можно превратить в полезные продукты.
В совокупности, по словам Фэна, эти достижения приближают технологию химического цикла штата Огайо к коммерциализации.
Он называет самые последние достижения «значительными и захватывающими», и они давно назревали. Настоящие инновации в науке случаются редко, а если и случаются, то не внезапно. Обычно они являются результатом десятилетий согласованных усилий или, в случае Фэна, результатом 40 лет исследований в штате Огайо. Некоторое время его работа поддерживалась Министерством энергетики США и Агентством по развитию штата Огайо.
"Это дело всей моей жизни", - сказал Фан.
Его соавторами по первому документу являются исследователь с докторской степенью Мандар Кате; студенты-исследователи Эбби Эмпфилд, Питер Сандвик, Чарльз Фрайер и Елена Блэр; и докторант Итао Чжан. Соавторами второй статьи являются докторант Ченг Чанг, исследователь с докторской степенью Лан Цинь и студент магистратуры Ведант Шах. В работе по сборке для регулировки давления участвуют Тонг, Кате и старший научный сотрудник Давэй Ван.