Napapanatiling produksyon ng enerhiya sa pamamagitan ng pagbawas ng electrochemical

Kredito para sa paglalarawan: Cortland Johnson | PNNL

Ang maliliit na mga reserbang biomass, tulad ng dumi sa alkantarilya, basura ng pagkain at mga chips ng kahoy, ay madalas na hindi napapansin sa mga pangitain ng sustainable sustainable fuel at kemikal na produksyon. Ang paglabas ay nangyayari sapagkat ang pagdadala ng mga materyal na ito sa isang malaking sentralisadong biorefinery ay mangangailangan ng mas maraming enerhiya kaysa sa gumagawa nito. Gayunpaman, mayroong sapat na carbon sa mga materyal na ito sa teoretikal na pagbibigay ng tungkol sa 25 porsyento ng US fuel demand.

Ang isang bagong survey na pinangunahan ng mga siyentista mula sa Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) ay nag-aalok ng isang solusyon para sa pagkuha ng mga sumusunod na hindi ginagamit na materyales: mga miniform na matatagpuan malapit sa mga mapagkukunan ng basura na nagpoproseso ng biomass gamit ang mga electrochemical réaction na reaksyon na pinalakas ng nababagong enerhiya.

Sa isang post na kamakailang nai-publish sa Mga pagsusuri sa kemikalAng mga mananaliksik ay nangangalap ng impormasyon mula sa higit sa 100 taon ng kimika sa teorya, mga materyales at disenyo ng mga reaktor na kinakailangan para sa mga mini-yugto upang maging isang mabisang bahagi ng pagpoproseso ng biomass ng industriya.

“Ang balangkas na ito ay binabalangkas ang balangkas na pang-konsepto na kinakailangan upang ilipat ang mga siglo ng pagsasaliksik sa mga aplikasyon sa totoong mundo,” sinabi ng siyentipikong pangkompyuter ng PNNL na si Roger Rousseau, na namumuno sa mga lab ng Chemical Transformation Initiative. Sa huling apat na taon, napagmasdan ng inisyatiba na ito ang pangunahing electrochemistry, disenyo ng catalyst, at disenyo ng reaktor na kinakailangan para sa mga functional minifinal.

Mini na pagpatanggal ng biomassa

Kredito para sa paglalarawan: Nathan Johnson | PNNL

Ang pagbawas ng electrochemical ay gumagawa ng mas malinis na mga produkto mula sa biological oil

Kinakailangan ang mga pagbabagong Molekular upang gawing fuel ang wastewater, basura ng pagkain at basura ng gulay. Ang unang hakbang sa conversion na ito ay nagsasangkot ng agnas ng biomass sa mataas na temperatura upang makabuo ng isang crude bio-oil. Naglalaman ang langis na ito ng mga molekula tulad ng aldehydes, ketones, esters, acid at phenol, na naglalaman ng maraming mga atomo ng oxygen.

Gayunpaman, ang gasolina ay ginawa mula sa iba`t ibang mga hydrocarbon Molekyul na naglalaman ng higit na hydrogen kaysa sa oxygen.

Ang pagdaragdag ng hydrogen sa mga molekulang mayaman sa oxygen ay nangangailangan ng mga pagbabagong kemikal na tinatawag na mga reaksyon sa pagbawas. Upang maisagawa ang mga reaksyong ito sa bio-oil, ang mga umiiral na proseso sa industriya ay binomba ang biological raw material na may hydrogen gas na may mataas na temperatura at presyon.

Sa isang malaking sukat, ang init na nagawa sa panahon ng mga reaksyong ito ay nakuha at ginamit muli sa karagdagang mga hakbang sa pagpipino. Pinapakinabangan nito ang pangkalahatang kahusayan ng enerhiya ng proseso. Gayunpaman, sa isang maliit na sukat, ang init na ito ay nawala at hindi muling ginagamit. Nangangahulugan ito na ang mga karagdagang diskarte sa pagbawas ng mga reaksyon ay kinakailangan para sa maliit na lokal na paggamot sa basura.

Ang mga kilalang reaksyon ng pagbawas ng electrochemical ay isa sa mga paraan sa mas malambing na kundisyon na kinakailangan para sa mga minifinal na episyente ng enerhiya. Sa mga reaksyong ito, ang mga pagbabagong molekular ay hinihimok ng elektrisidad at isang metal catalyst, sa halip na hydrogen gas at init. Ang iba pang mga molekula sa pinaghalong ay maaari ding makuha nang sabay-sabay upang magbigay ng mga hydrogen atoms sa panahon ng reaksyon.

Kung ikukumpara sa pagbawas ng thermochemical na may hydrogen gas, ang pagbawas ng electrochemical ng mga tukoy na molekula sa isang bio-oil ay maaaring maganap nang mas mabilis nang hindi nadaragdagan ang temperatura ng reaksyon at nakakagawa ng mas kaunting mga by-product. Nangangahulugan ito na ang mas kaunting mga hakbang sa paglilinis ay kinakailangan sa paglaon sa paggawa, na nagdaragdag ng kahusayan ng enerhiya ng buong proseso.

Biofuel para sa transportasyon

Kredito para sa paglalarawan: Nathan Johnson | PNNL

Multidisciplinary pangunahing agham na nagpapaalam tungkol sa mga pang-industriya na aplikasyon

Ang pangunahing electrochemistry na kinakailangan para sa electrochemical transformations ay kilala sa daang siglo. Gayunpaman, karamihan sa gawaing ito ay kasangkot sa mga pag-aaral sa laboratoryo ng mga compound ng modelo na kumakatawan sa mga molekulang nagmula sa biomass.

Sa pagsusuri na ito, binabalangkas ng mga mananaliksik ang magagamit na impormasyon – at kinakailangan pa rin – upang ilipat ang mga reaksyong ito sa laboratoryo. Ang impormasyong ito ay nagsasama ng pagsasaliksik upang makabuo ng mga bagong catalista na maaaring hawakan ang mga kumplikadong paghahalo ng mga molekula na matatagpuan sa mga bio-langis, at pagsusuri ng electrochemical upang makabuo ng mga proseso na mahusay sa enerhiya.

“Ang pagsusuri na ito ay nagpapakita ng kakayahan ng mga electrochemical conversion upang maproseso ang bio-oil at ipinapakita kung paano i-optimize ang mga reaksyon upang magamit sila sa labas ng mga prinsipyo ng pagpapakita,” sinabi ng siyentipikong computer ng PNNL na si Vanda Glezakou.

Ang PNNL Chemical Transformation Initiative ay nagbibigay ng isang natatanging pagkakataon upang isulong ang gawaing ito sa pamamagitan ng pagdadala ng mga mananaliksik na may karanasan sa catalysis sa mga mananaliksik na nagdadalubhasa sa electrochemistry. Sama-sama, ang magkakaibang pananaw na ito ay nagdudulot ng kaalaman sa mga pangunahing prinsipyo na gumagabay sa bawat hakbang ng reaksyon ng electrocatalytic. Pagkatapos ay maitatayo ng mga siyentista ang malawak na pundasyon na ito upang ilipat ang umiiral na agham patungo sa mga application at pagsamahin ang mga tukoy na reaksyon sa mga tiyak na hakbang sa produksyon.

“Nalaman namin na ang pagpoproseso ng lokal na biomass ay maaaring magbigay ng kontribusyon sa napapanatiling paggawa ng mga fuel at kemikal,” sabi ni Glezakou. “Ang multidisiplinong agham na pinagtuunan natin ng pansin sa PNNL ay nagbibigay ng isang komprehensibong pagtingin upang matulungan kaming maunawaan kung aling mga pagbabago sa kemikal ang pinakamahusay para sa mga tiyak na aksyon sa isang pang-industriya na sukat.”

Sanggunian: “Electrocatalytic hydrogenation ng mga organikong sangkap na nagmula sa biomass: isang pagsusuri”, ni Sneha A. Akhade, Nirala Singh, Oliver Y. Gutiérrez, Juan Lopez-Ruiz, Huamin Wang, Jamie D. Holladay, Yue Liu, Abhijeet Karkamkar, Robert S Weber, Asanga B. Padmaperuma, Mal-Soon Lee, Greg A. Whyatt, Michael Elliott, Johnathan E. Holladay, Jonathan L. Male, Johannes A. Lercher, Roger Rousseau at Vassiliki-Alexandra Glezakou, 17 Setyembre 2020, Mga pagsusuri sa kemikal.
DOI: 10.1021 / acs.chemrev.0c00158

Ang Inisyatibong Pagbabago ng Kemikal sa PNNL ay pinondohan ng isang programa sa pagsasaliksik at pag-unlad na nakatuon sa laboratoryo.

Ang mga kapwa may-akda ng pagsusuri ay sina Sneha A. Akhade, PNNL at Lawrence Livermore National Laboratory; Nirala Singh, PNNL at ang University of Michigan; Oliver Y. Gutierrez, PNNL; Juan Lopez-Ruiz, PNNL; Huamin Wang, PNNL; Jamie D. Holladay, PNNL; Yue Liu, TU Munich; Abhijeet Karkamkar, PNNL; Robert S. Weber, PNNL; Asanga B. Padmaperuma, PNNL; Mal-Soon Lee, PNNL; Greg A. Whyatt, PNNL; Michael Elliott, PNNL; Johnathan E. Holladay, PNNL; Jonathan L. Lalaki, PNNL; at Johannes A. Lercher, PNNL at TU München.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

82% ng Mga Tao na Na-ospital Sa COVID-19 Bumuo ng Mga Neurological Problems

Isinasaalang-alang ang tomography ng utak. Ang mga pasyente na may mga karamdaman na nagpapahiwatig ng neurological ay kasangkot COVID-19 anim na beses na mas malamang...

“Gobsmacked” – Ang Melanie Wood ng Harvard ay Naging Unang Babae na Nanalo ng $ 1M Waterman Award sa Math

Si Melanie Wood ang unang babaeng nanalo ng isang Waterman Award sa matematika. Kredito: Stephanie Mitchell / Harvard Staff Photographer Kinikilala para sa mga...

Bagong Pagong na Natagpuan sa Huling Cretaceous ng Madagascar

Ang pagbabagong-tatag ng buhay ng Sahonachelys mailakavava, umaatake sa Madagascan na palaka tadpoles na si Belzebufo ay nagprotesta gamit ang isang espesyal na diyeta...

Natuklasan ng mga siyentista na ang loob ng Saturn – ang makapal na layer ng helium – ay nakakaapekto sa magnetic field ng mga...

Ang magnetikong patlang ni Saturn na nakikita sa itaas. Credit-Ancate Barrick / Jones Hopkins University Ginagaya ng mga mananaliksik ang mga kondisyong kinakailangan para...

Lumilikha ang mga mananaliksik ng cybersecurity ng mas mahusay na kanaryo – gamit ang AI upang lumikha ng pekeng mga dokumento

Ang bagong artipisyal na sistema ng katalinuhan ay lumilikha ng mga pekeng dokumento upang linlangin ang mga kalaban. Sa panahon ng World War II, ang...

Newsletter

Subscribe to stay updated.