Получение водорода из банановой кожуры.
По мере роста мирового спроса на энергию растет и потребление ископаемого топлива. В результате происходит массовый рост выбросов парниковых газов, что приводит к серьезным негативным экологическим последствиям. Чтобы решить эту проблему, ученые ищут альтернативные, возобновляемые источники энергии.
Основным кандидатом является водород, получаемый из органических отходов растений и животных, так называемой биомассы. Биомасса также поглощает CO2 из атмосферы, а разложение биомассы может привести к отрицательным выбросам или удалению парниковых газов. Но даже несмотря на то, что биомасса — предвестник будущего, все еще остается вопрос о наилучшем способе ее максимального преобразования в энергию.
Газификация биомассы
В настоящее время существует два основных метода преобразования биомассы в энергию: газификация и пиролиз. При газификации твердая или жидкая биомасса нагревается до температуры около 1 000 градусов Цельсия, превращаясь в газ и твердые соединения; газ называется сингазом, а твердое вещество — биочаром.
Сингаз — это смесь водорода, метана, угарного газа и других углеводородов, которые используются в качестве биотоплива для производства электроэнергии. С другой стороны, биочар часто рассматривается как твердые углеродные отходы, хотя и он может найти применение в сельском хозяйстве.
Пиролиз биомассы
Другой метод, пиролиз биомассы, похож на газификацию, за исключением того, что биомасса нагревается при более низких температурах, от 400 до 800 градусов Цельсия, и при давлении до 5 бар в инертной атмосфере. Существует три типа пиролиза: традиционный, быстрый и внезапный пиролиз. Из всех трех видов пиролиза первые два занимают больше всего времени и дают наибольшее количество древесного угля.
Быстрый пиролиз происходит при температуре 600 градусов Цельсия, при этом образуется наибольшее количество сингаза и при наименьшей длительности процесса. К сожалению, он также требует специализированных реакторов, способных выдерживать высокие температуры и давление.
Банановый сплит для производства водорода
Теперь ученые под руководством профессора Юбера Жиро из Школы фундаментальных наук EPFL разработали новый метод фотопиролиза биомассы, который позволяет получать не только ценный сингаз, но и твердый углерод в виде биоугля, который может быть использован в других целях. Работа опубликована в журнале Chemical Science.
Метод предусматривает пиролиз с использованием ксеноновой лампы, обычно применяемой для отверждения металлических красок для печатной электроники. В последние несколько лет группа Жиро использовала эту систему и для других целей, например, для синтеза наночастиц.
Белый свет лампы обеспечивает мощный источник энергии, а также короткие импульсы, которые способствуют фототермическим химическим реакциям. Идея заключается в том, чтобы создать мощную вспышку света, которую поглощает биомасса и которая мгновенно запускает фототермическое преобразование биомассы в сингаз и биочаром.
Эта техника вспышки была использована на различных источниках биомассы: банановой кожуре, кукурузных початках, апельсиновых корках, кофейных зернах и скорлупе кокосовых орехов. Все они были сначала высушены при температуре 105 градусов Цельсия в течение 24 часов, а затем измельчены и просеяны до состояния мелкодисперсного порошка. Затем порошок был помещен в реактор из нержавеющей стали со стандартным стеклянным окном при давлении окружающей среды и в инертной атмосфере. Вспыхивает ксеноновая лампа, и весь процесс преобразования завершается за несколько миллисекунд.
«Каждый килограмм высушенной биомассы может произвести около 100 литров водорода и 330 г биоугля, что составляет до 33 весовых процентов от первоначальной массы высушенной банановой кожуры», — говорит Бхавна Нагар, также принявшая участие в исследовании. Метод также дал положительный расчетный энергетический результат — 4,09 МДж на кг высушенной биомассы.
Особенностью этого метода является то, что оба его конечных продукта — водород и твердый углеродный биочар- представляют ценность. Водород можно использовать в качестве экологически чистого топлива, а углеродный биочаром можно либо захоронить и использовать в качестве удобрения, либо использовать для изготовления проводящих электродов.
«Актуальность нашей работы усиливается еще и тем, что мы косвенно улавливаем CO2, хранящийся в атмосфере годами», — говорит Нагар. «Мы в мгновение ока превратили его в полезные конечные продукты с помощью ксеноновой лампы-вспышки».
В наши дни уже каждому известно, что потребление энергии является важнейшей проблемой современности. Если сокращение потребления энергии является вашей целью и работой, то доменное имя .energy вам идеально подойдет. А способ достигнуть успеха ученые найдут.