科学家研究从香蕉皮等生物质中提取氢气燃料

随着世界能源需求的增加,人类对化石燃料的消耗也在增加。其结果是温室气体排放大量增加,对环境造成严重的负面影响。为了解决这个问题,科学家们一直在寻找替代性的可再生能源。

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一个主要的候选者是由植物和动物的有机废物,或"生物质"产生的氢气。生物质还可以吸收、清除和储存大气中的二氧化碳,而生物质的分解也可以为我们带来负排放或清除温室气体。但是,即使生物质预示着未来的道路,仍然存在将其最大限度地转化为能源的最佳方式问题。


目前有两种将生物质转化为能源的主要方法:气化和热解。气化将固体或液体生物质置于1000℃左右的温度下,将其转化为气体和固体化合物,气体被称为"合成气",而固体是"生物炭"。合成气是氢气、甲烷、一氧化碳和其他碳氢化合物的混合体,而这些就是作为"生物燃料"用于发电的东西。另一方面,生物炭通常被认为是一种固体碳废物,它可以被用于农业应用。

另一种方法,即生物质热解法,与气化法类似,只是生物质是在较低的温度下加热的,温度在400-800℃之间,压力在惰性气体中达到5巴。有三种类型的热解:常规、快速和闪电热解。在所有这三种类型中,前两种需要的时间最长,产生的炭也最多。闪光热解在600℃下进行,产生最多的合成气,并且停留时间最短。不幸的是,它也需要能够处理高温和高压的专门反应器。


现在,由EPFL基础科学学院的Hubert Girault教授领导的科学家们已经开发出一种新的生物质光解方法,不仅能产生有价值的合成气,而且还能产生用于其他用途的生物炭。这项工作发表在《化学科学》上。该方法使用氙灯进行闪光灯热解,氙灯通常用于固化印刷电子产品的金属油墨。Girault的研究小组在过去几年中也将该系统用于其他目的,如合成纳米颗粒。

该灯的白色闪光灯提供了一个高功率的能量源,以及促进光热化学反应的短脉冲。这个想法是一个强大的闪光灯,让生物质吸收了这个闪光能量,并瞬间触发了光热生物质转化为合成气和生物炭。这种闪光技术被用于不同来源的生物质:香蕉皮、玉米棒、橘子皮、咖啡豆和椰子壳,所有这些生物质最初都在105°C下干燥24小时,然后研磨并过筛成薄薄的粉末。然后在环境压力和惰性气体参与下,将这些粉末放在一个带有标准玻璃窗的不锈钢反应器中。氙灯闪烁,整个转换过程在几毫秒内结束。

研究人员表示,每公斤干燥的生物质可以产生大约100升氢气和330克生物炭,这相当于原始干燥香蕉皮质量的33wt.%。该方法也可以计算能量结果,即每公斤干燥的生物质有4.09兆焦耳能量。这种方法的突出之处在于它的最终产品,氢气和固碳生物炭,都是有价值的。氢气可以作为绿色燃料使用,而碳生物炭,既可以被埋藏起来作为肥料使用,也可以用来制造导电电极。

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