Hvordan hverdagsprodukter supercharger lossepladsgas, og hvad det betyder

Syntetiske forbindelser, der i stigende grad bruges i hverdagsprodukter som shampoo og motorolie, finder vej til lossepladser og overlader den biogas, som disse lossepladser producerer, har forskere ved University of Michigan fundet.

Selvom det er et problem i dag, forskerne siger, at det kunne være en mulighed for at få mere energi ud af lossepladsgas.

Forbindelserne, kaldet "siloxaner, "er effektive til at lede varme og interagere med vand, og som sådan er deres popularitet steget i en række forbrugerprodukter. Det betyder, at flere og flere siloxaner er på vej til din lokale losseplads.

Biogas refererer til brændstofgasser, der er syntetiseret fra forskellige biologiske eller organiske råvarer som lossepladsgas og spildevandsrensningsanlæg. I de seneste år, det er blevet tydeligt, at siloxaner har beskadiget det elproducerende udstyr, der er drevet med lossepladsgas. Men forskerne siger, at siloxanerne faktisk kunne udnyttes til at producere mere energi.

U-M-teamet gennemførte den første kemiske analyse af, hvordan siloxaner påvirker biogas. Forskerne fandt ud af, at siloxaner øger reaktiviteten af ​​biogas, fører til hurtigere tænding i motorer og frigivelse af mere energi. Men disse motorer - typisk kraftgenererende gasturbiner og stempelmotorer - kan blive beskadiget af siloxanerne i biogassen.

"Siloxaner er meget antændelige, " sagde Margaret Wooldridge, Arthur F. Thurnau professor i maskinteknik og direktør for Dow Sustainability Fellows Program ved U-M. "De ændrer kemien i biogas som en sindssyg. Tingene er som raketbrændstof, bogstaveligt talt - vanvittigt-reaktiv."

Siloxanerne ændrer i det væsentlige biogassens "flammehastighed, " som er et mål for, hvor hurtigt et brændstof forbrænder og driver en turbine eller et stempel.

Biogas består hovedsageligt af metan. Metangas findes i naturen, men den produceres også, når organisk materiale nedbrydes på lossepladser, sammen med brint, carbonmonoxid, og andre kulbrinter. Metan er hovedbestanddelen af ​​naturgas og biogas, gør både værdifulde kilder til brændstof og energi, der er renere end kul.

I atmosfæren, imidlertid, metan er særlig god til at fange varme, bidrager til vores globale opvarmningsproblem. I særdeleshed, Metan er 30 gange mere effektiv som drivhusgas end CO2. Og ifølge EPA, kommunale lossepladser for fast affald tegner sig for 14% af alle menneskelige relaterede metan-emissioner i USA hvert år - den tredjestørste kilde bag gas- og olieindustrien og landbruget.

Denne ejendom har ansporet til bestræbelser på at opsamle metan fra lossepladser og bruge det som brændstof, i stedet for at lade det slippe ukontrolleret.

Måling af 'antændelighed'

I dette studie, UM-forskere testede separat brint- og carbonmonoxidblandinger indeholdende to siloxaner - trimethylsilanol (TMSO) og hexamethyldisiloxan (HMDSO) - mod hydrogen- og carbonmonoxidblandinger uden siloxaner.

Specifikt, forskerne målte, hvor lang tid det tog for hver blanding at antænde. Brændstoffer, der har en kortere tændingsforsinkelse, anses for at være mere antændelige eller reaktive - og brint er et af de mest reaktive brændstoffer, vi bruger.

Brint og kulilte med TMSO producerede tændingsforsinkelser, der var 37 % hurtigere end referencetilfældet. Og HMDSO-infunderet metan producerede forsinkelsestider 50 % hurtigere.

Resultaterne af U-M's forskning offentliggøres i seneste udgave af Forbrænding og flamme . Forskere håber, at deres arbejde kaster lys over, hvordan siloxaner ændrer motorens ydeevne, når de bruges som brændstof.

"Sporkoncentrationer af siloxaner har været et kendt problem i biogasapplikationer - hvilket fører til dannelsen af ​​slibende silicaaflejringer på motorkomponenter, " sagde Rachel Schwind, en ph.d.-studerende og studiemedforfatter. "Af denne grund, mest tidligere forskning på dette område har fokuseret på, hvordan man fjerner dem fra den opfangede gas."

Udnyttelse af siloxaner, i stedet for at fjerne dem

Sammen med problemet med siloxaner, der er også potentiale. Wooldridge sagde, at siloxaner kunne være nøglen til at opnå styrket energiproduktion fra biogas.

"Vi ville elske at kunne udnytte dem som en energikilde, " hun sagde.

At analysere forbrændingskemien er et skridt i den retning.

"Det ville potentielt negere behovet for skrubning eller fjernelse under biogasbehandling og reducere omkostningerne, " sagde Schwind. "Hvis vi kan reducere disse omkostninger, det flytter biogas tættere på at være et virkeligt CO2-neutralt brændstof. Og hvis vi kan gøre lossepladsgas til en mere økonomisk attraktiv mulighed, lossepladsoperatører vil have mere incitament til at opfange og udnytte denne skadelige drivhusgas."