Grüne Benzin kommt tanken Sie Ihr Auto näher

Behind the Scenes Artikel wurde LiveScience in Zusammenarbeit mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.

Das Rückgrat unserer Energie-Infrastruktur ist Kohlenstoff basierenden Kraftstoff. In Form von Öl, Kohle und Erdgas Carbon läuft unsere Autos, heizt unsere Häuser und unsere Nahrung kocht. Wir können den Schock der Übergang weg von fossilen Brennstoffen zu nachhaltigen Quellen mithilfe von wie viel Kohlenstoff-basierte Infrastruktur wie möglich minimieren.

Pflanzen sind die einzige Quelle für nachhaltige Kohlenstoff, insofern gibt es kein anderes Mittel, Kohlenstoff aus der Luft auf Kohlenstoff basierenden Kraftstoff machen einfach zu erfassen. Das ist die Schönheit der pflanzlichen Biokraftstoffe und deshalb müssen sie eine Rolle in unserer nachhaltigen Energiezukunft.

Alles Leben ist Kohlenstoff basierten. Um Brennstoffe pflanzlicher Kohlenstoff umzuwandeln, die wir in unseren Autos verwenden können, müssen wir zuerst verstehen, die Zusammensetzung der Pflanzen.

Pflanzen als Energie

Zuerst denken Sie wie Ihr Körper speichert Energie als Fett aber strukturell setzt sich aus einer anderen Art von Molekül namens Protein; Pflanzen haben eine ähnliche Dichotomie. Eine Pflanze speichert Energie wie Stärke, Zucker und Fett, aber strukturell besteht aus Lignin und Cellulose (oder "Lignocellulose"). Mais als Vorbild zu nehmen: Kernel herkommt, Stärke und Zucker, die fermentiert werden, zu Ethanol; Mais-Öl kann verwendet werden, um Biodiesel zu machen.

Während dieser Technologien Studie in ihrem eigenen Recht verdienen, wir dürfen nicht ignorieren die restlichen Maiskolben, die Schalen und die Stiele, die strukturelle Materialien aus Lignin und Zellulose. Holz und Rasen bestehen aus den gleichen strukturellen Materialien.

Die strukturelle Materialien der Pflanzen sind die billigsten und am häufigsten vorkommende Formen der Biomasse zur Verfügung – plus Menschen nicht essen (Kühe und Biber können, nur weil ihre Eingeweide spezielle Bakterien haben,). Kraftstoff aus ungenießbar Material hat den Vorteil, nie direkt mit der Nahrungsmittelproduktion zu beeinträchtigen.

Grüne Benzin

Forschung an der University of Massachusetts, Amherst, die unter der Leitung von George Huber konzentriert sich auf die Umwandlung von Sägemehl und Switchgrass in "grüne Benzin" — ein Kraftstoff, der wir in unserer aktuellen Infrastruktur nutzen können. In ein paar Jahren können Sie beginnen, zu sehen, dass es mit was man an der Zapfsäule kaufen vermischt.

"Es sei denn, es ist ein Zeichen, das sagt Ihnen so, Sie nicht einmal wissen, dass Ihr Gas"grüne,"ist", sagte Huber. "Es hat Null Kohlenstoff-Fußabdruck. Die CO₂ [CO2] aus dem Auto ist recycelt, um die Pflanze, wenn es wieder wächst."

Grüne Benzin erfolgt durch eine Technik namens katalytische schnelle Pyrolyse in einer Wirbelschicht. Lassen Sie diesen Prozess brechen durch die Begriffe und Techniken verwendet:

"Katalysator"

Ein Katalysator ist ein Material verwendet, um eine bestimmte chemische Reaktion geht es schneller als es normalerweise tun würde. Die Reaktion in Frage? Lignozellulose in Benzin zu verwandeln. Der Katalysator, der das heißt ist dies eine besondere Klasse von Materialien "Zeolithe" genannt, machte Materialien von Silizium, Aluminium und Sauerstoff-Atome, die komplizierten geometrischen Rahmenbedingungen in einem Kristall-Muster angeordnet sind.

Leerzeichen zwischen den Molekülen, die in diesem Rahmen zusammengehalten werden als Mikroporen und kohlenstoffhaltige Moleküle auf der Katalysatoroberfläche in einem Arrangement, das sie, molekulare Produkte der gleichen Größe verursacht zu halten. Der Trick ist, ein Zeolith mit einer Pore Größe gleich dem von Benzin Moleküle auszuwählen. Die Katalysatoren der Huber-Lab verwendet sind billige Materialien, die derzeit für die in der petrochemischen Industrie.

"Schnelle Pyrolyse"

Die Pyrolyse ist die Hochtemperatur-Aufteilung von großen Molekülen (z. B. Zellulose oder Kunststoff) in klein-Molekül Dämpfe. Die Pyrolyse ist "schnell", da schnelle Erwärmung notwendig ist, um die Pflanze zu machen Kohlenstoff in Dämpfe anstelle von Zeichen "Langsamen Pyrolyse" ist wie Holzkohle hergestellt wird.

In einem Lagerfeuer sind die Flammen sehen Sie eigentlich Holz-Pyrolyse Dämpfe Reaktion mit Sauerstoff. Flamme Wärme bewirkt, dass das Protokoll pyrolisieren mehr und hält sich bis das Protokoll Oberfläche auch in Char mehr Rauch produzieren abgedeckt wird. Im Labor, Pyrolyse von Sägemehl in der Abwesenheit von Sauerstoff getan, damit die Dämpfe nicht brennen können, wie sie im Brandfall zu tun – die Dämpfe stattdessen auf der Katalysatoroberfläche Form Benzin reagieren.

"Wirbelschicht"

Fluidisierung ist eine Technik zur Maximierung Kontakt und Vermischung zwischen der Gasdämpfe aus der Pyrolyse und festen Katalysatoren. Sich stellen Sie vor, wie ein Bett aus Kies unter ein Siphon-Rohr tanzt, wenn ein Aquarium zu reinigen; der Kies wird durch das Wasser fluidisiert. Im Labor übernimmt die Rolle von Kies ein Bett aus Sand-wie Katalysatorpartikel und Sägemehl Pyrolyse unterzogen. Das Wasser wird mit einem Strom von heißem Gas, die Eingabe von unten, genannt "Auflockerungsventil." ersetzt. Dämpfe aus der Katalysatoroberfläche geblasen bekommen aus dem Reaktor, wo sie als Kraftstoff mit einer Oktanzahl von 108 verdichten sich.

Eine katalytische schnelle Pyrolyse Chemiefabrik

Da Lignocelluose mehr Sauerstoff als Benzin enthält, muss ein Teil des Kohlenstoffs (etwa 25 Prozent) als Kohlenmonoxid und Kohlendioxid verlassen.

Im Maßstab größer als im Labor wird ein Bruchteil des Streams als die Auflockerungsventil verwendet werden. Die restlichen 75 Prozent gibt es theoretisch für die Herstellung von Benzin, aber Char schneidet in dieser Anzahl und bildet einen schwarzen Mantel auf der Katalysatorpartikel.

Für die Reaktion über einen längeren Zeitraum laufen müssen Partikel des verkohlten Katalysator durch einen Ofen recycelt werden wo Char abgebrannt ist. Der Ofen erzeugt genug Hitze, das macht katalytische schnelle Pyrolyse. Auf diese Weise verlässt 30 Prozent des Kohlenstoffs aus dem Sägemehl in das System eingespeist die Anlage als Benzin.

Es dauert 45 Pfund Sägemehl, eine Gallone Benzin zu machen. Beachten Sie jedoch, wie eine Anlage mit der Technologie braucht keine Eingaben als das Sägemehl und die Luft – die Technik wäre ideal für isolierte, off-Grid Orte wo viele pflanzliche Rohstoffe verfügbar sind.

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Pilotmaßstab Tests haben sich bewährt und werden oben in einer Chemiefabrik Demonstration bald Skalierung werden.

"Das ist eine tolle Zeit in diesem Bereich sein. Der Ölpreis es gibt Möglichkeiten, zukünftige Ingenieure steigt", sagte Huber. "Es ist die neue Generation an Lösungen für die Zukunft."

Weitere Informationen der Huber-Gruppe-Website.

Anmerkung der Redaktion: Diese Forschung wurde unterstützt durch die National Science Foundation (NSF), die Bundesagentur für angeklagt Finanzierung von Grundlagenforschung und Ausbildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik. Meinungen, Erkenntnisse und Schlussfolgerungen oder Empfehlungen ausgedrückt in diesem Material sind die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten von der National Science Foundation. Sehen den Blick hinter die Kulissen Archiv.