Forsker i rengøringsmiddel, mere effektiv bioenergiproduktion ved hjælp af neutroner

Nordiske lande som Sverige er stærkt afhængige af biomasse-afledte brændstoffer til at drive deres hjem og virksomheder. Imidlertid, i færd med at brænde biomasse som træ eller halm, der frigives gasser, der kan forurene luften, skader miljøet, og skade folkesundheden.

For at afbøde disse negative virkninger, Frederik Ossler, lektor ved Lunds Universitet, Sverige, og Charles Finney fra Department of Energy's (DOE's) Oak Ridge National Laboratory (ORNL) studerer tilgange til renere energiomdannelse af biomasse. Brug af neutronspredning ved ORNL, Ossler og Finney undersøger, hvordan biomasser nedbrydes, når de udsættes for ekstreme temperaturer. Indsigt fra deres eksperimenter kunne også pege på mulige anvendelser for biprodukterne fra bioenergiproduktion.

"Et kortsigtet mål med dette er at give indsigt i den måde, biomasser pyrolyserer på - dvs. hvordan de nedbrydes i termiske miljøer - for at forbedre de modeller, som forskere bruger til disse processer, " sagde Finney, en forsker i ORNL's Fuels and Engines Research Group i Energy and Transportation Science Division.

Neutroner er velegnede til disse typer eksperimenter, fordi de er ikke-destruktive, kan trænge dybere ind i materialer end røntgenstråler, og er meget følsomme over for lette elementer som brint.

Ossler og Finney observerede biomasseprøver af træ, strå, og kork, da de blev udsat under vakuum for temperaturer så høje som 1, 000°C (1, 832°F). De brugte CG-1D IMAGING beamline ved ORNL's High Flux Isotope Reactor (HFIR). Ved at analysere de hydrogenholdige og andre gasser, der udsendes, forskerne kan forstå, hvordan biomassestrukturerne ændrer sig, når de nedbrydes.

Når biomassen nedbrydes, det frigiver også indespærret vand, gasser, og kulbrinter. Disse pyrolyseprodukter kan fanges og bruges til at producere biobrændstoffer, som kan bruges til transport eller elproduktion.

"I bund og grund, hovedideen er at gøre alle produkter fra pyrolyse nyttige, sagde Ossler.

Efter at biomassen er blevet pyrolyseret, det efterlader et biproduktmateriale kendt som biokul, som minder om trækul og kan bruges til at forbedre jordkvaliteten til landbrug og havearbejde. Brug af neutronspredning, Ossler og Finney kan spore, hvordan biomassen ændrer sig internt, når den pyrolyserer og bliver til biokul.

"Ideen er, at du vil udvinde brændstoffer fra biomassen, og den resterende kulør har høj værdi som jordændring. Det har faktisk positive fordele for jorden ved at bevare næringsstoffer og fugt, "sagde Finney.

Det er ikke første gang, Ossler har besøgt ORNL for at udføre forskning ved hjælp af neutroner.

"Jeg kommer fra en baggrund af lasere, røntgenstråler, og synkrotroner, men neutroner er usædvanlige, "Ossler sagde. "Jeg vil sige, det er en unik teknik til at sondere inde i materialer og komplekse systemer, hvor du dybest set ikke har adgang på andre måder."

Dette projekt udvider tidligere forskning og er en del af en igangværende flerårig undersøgelse, der anvender neutronspredningsteknikker til at undersøge den indre struktur af biomasse, mens den opvarmes. Denne forskning gavner også DOE Bioenergy Technologies Office -forskningsprogrammer, der adresserer den komplekse udfordring ved computermodellering af pyrolyse for en lang række biomasser.

Yderligere teammedlemmer inkluderer Hassina Bilheux, Jean-Christophe Bilheux, Rebecca Mills, og Harley Skorpenske fra ORNL's Neutron Scattering Division, Jeffrey Warren fra ORNL's Environmental Sciences Division, og Louis Santodonato fra Advanced Research Systems, Inc. Ossler er støttet af den svenske energimyndighed gennem projektet GRECOP.