Северные страны, такие как Швеция, в значительной степени полагаются на топливо, полученное из биомассы, для питания своих домов и предприятий. Однако в процессе сжигания биомассы, такой как древесина или солома, выделяются газы, которые могут загрязнять воздух, наносить ущерб окружающей среде и вредить здоровью населения.
Чтобы смягчить эти негативные последствия , Фредерик Осслер, доцент Лундского университета, Швеция, и Чарльз Финни из Национальной лаборатории Ок-Риджа (ORNL) Министерства энергетики США изучают подходы к более чистому преобразованию энергии биомассы.
Используя рассеяние нейтронов в ORNL, Осслер и Финни исследуют, как биомассы разлагаются при воздействии экстремальных температур. Выводы из их экспериментов также могут указывать на возможные применения побочных продуктов производства биоэнергии.
«Ближайшая цель этого состоит в том, чтобы дать представление о том, как биомассы пиролизуются, то есть, как они разлагаются в тепловых средах, чтобы улучшить модели, которые исследователи используют для этих процессов», — сказал Финни, исследователь в ORNL Fuels и Исследовательская группа по двигателям в отделе энергетики и транспорта.
Нейтроны хорошо подходят для экспериментов такого типа, потому что они неразрушающие, могут проникать в материалы глубже, чем рентгеновские лучи, и очень чувствительны к легким элементам, таким как водород.
Осслер и Финни наблюдали образцы биомассы древесины, соломы и пробки, когда они подвергались воздействию вакуума при температурах до 1000 ° C (1832 ° F).
Они использовали линию луча CG-1D IMAGING на высокопоточном изотопном реакторе ORNL (HFIR). Анализируя выделяемые водородные и другие газы, исследователи могут понять, как структуры биомассы изменяются по мере их разрушения. По мере того как биомасса разлагается, она также выделяет захваченную воду, газы и углеводороды. Эти продукты пиролиза могут быть уловлены и использованы для производства биотоплива, которое можно использовать для транспортировки или производства электроэнергии.
«По сути, основная идея состоит в том, чтобы сделать все продукты пиролиза полезными», — сказал Осслер.
После того, как биомасса подверглась пиролизу, она оставляет после себя побочный продукт, известный как биочар, который напоминает древесный уголь и может использоваться для улучшения качества почвы для сельского хозяйства и садоводства. Используя рассеяние нейтронов, Осслер и Финни могут отследить, как внутренняя биомасса изменяется при ее пиролизе и превращении в биоуглерод.
«Идея состоит в том, что вы будете извлекать топливо из биомассы, а оставшийся уголь имеет большую ценность в качестве поправки к почве. Он на самом деле имеет положительные преимущества для почвы благодаря сохранению питательных веществ и влаги», — сказал Финни.
Это не первый случай, когда Осслер посетил ORNL для проведения исследований с использованием нейтронов.
«Я родом из лазеров, рентгеновских лучей и синхротронов, но нейтроны исключительны», — сказал Осслер. «Я бы сказал, что это уникальная техника для исследования материалов и сложных систем, к которым у вас нет доступа другими способами». Этот проект расширяет предыдущие исследования и является частью продолжающегося многолетнего исследования, в котором применяются методы рассеяния нейтронов для изучения внутренней структуры биомассы во время ее нагрева.
Это исследование также приносит пользу исследовательским программам DOE Bioenergy Technologies Office, которые решают сложную задачу компьютерного моделирования пиролиза для широкого спектра биомасс.
В число дополнительных членов команды входят Хассина Билье, Жан-Кристоф Билье, Ребекка Миллс и Харли Скорпенске из Отдела нейтронного рассеяния ORNL, Джеффри Уоррен из Отдела экологических наук ORNL и Луи Сантодонато из Advanced Research Systems, Inc.
Осслер поддерживается Шведским энергетическим агентством через проект GRECOP.
