Microwave process decarbonises fossil fuels and generates hydrogen — ABC Chemicals

Новый каталитический подход превращает углеводороды в водородное топливо и твердый углерод, которые могут храниться под землей или превращаться в ценные продукты

Microwave process decarbonises fossil fuels and generates hydrogen - ABC Chemicals

Источник: © Shutterstock

Исследователи из Великобритании и Саудовской Аравии разработали методику получения водорода высокой чистоты из ископаемого топлива, которое не выделяет углекислый газ в атмосферу. Их процесс дегидрирования, инициируемый микроволновым излучением, использует недорогие катализаторы с частицами железа и работает на тяжелой сырой нефти до дизеля, бензина и метана. Однако другие исследователи в этой области скептически относятся к тому, насколько эффективен этот метод. 

Использование водорода в качестве носителя чистой энергии ограничено отсутствием инфраструктуры, а также безопасных и доступных источников. Питер Эдвардс из Оксфордского университета и его команда хотели разработать эффективный маршрут для быстрого высвобождения водорода на борту из природных ископаемых видов топлива, используя доступную в настоящее время инфраструктуру, поскольку эти углеродистые источники все еще будут питать наше общество в обозримом будущем. , 

«Наш прогресс предлагает принципиально иной подход», — говорит Эдвардс. Концепция объединяет две научные области — фундаментальную физику и химический катализ. Он основан на работе по переходам металла от изолятора к размерам, которые происходят, когда размеры металлических частиц уменьшаются до точки, в которой начинают действовать квантовые эффекты. По сути, когда электронная проводимость внутри частицы падает, ее микроволновое поглощение резко возрастает. Применение этого к недорогим железным частицам позволило команде сформировать поглощающие микроволновое излучение каталитические частицы, которые они использовали для быстрого выделения водорода из углеводородов, таких как дизельное топливо, нефть и метан. 

Наше видение заключается в использовании углеводородного топлива через существующие системы распределения для быстрой подачи чистого водорода в объеме без сопутствующих выбросов углекислого газа

Побочным продуктом процесса является твердый углерод в форме многостенных углеродных нанотрубок, которые можно превратить в ценные продукты, такие как катализаторы, углеродные электроды или строительные материалы. В качестве альтернативы, твердый углерод может храниться под землей. 

Microwave process decarbonises fossil fuels and generates hydrogen - ABC Chemicals

«Научное сообщество борется с проблемой ископаемого топлива, и нам крайне необходимы захватывающие новые предложения, такие как этот, чтобы помочь нам перейти к устойчивому энергосбережению в будущем», — комментирует Роберт Крэбтри из центра зеленой химии и зеленой инженерии в Йельском университете. Университет, США. 

Проверка на практике 

Сравнивая энтальпию горения водорода с потреблением электроэнергии, исследователи утверждают, что достигли большого положительного баланса чистой энергии, однако они признают, что это соотношение зависит от количества поглощенной микроволновой мощности. В нынешнем виде 75–90% используемой микроволновой энергии теряется. Приписывая это мощному микроволновому устройству относительно небольшого объема выборки, команда Эдвардса утверждает, что более масштабные микроволновые системы будут разработаны для достижения эффективности 99,9% с использованием возобновляемых источников первичного электричества, однако другие исследователи, похоже, не убеждены. 

«В настоящее время 0.5% энергии от микроволн переходит в водород. В лучшем случае, когда они смотрят только на энергию, поглощенную микроволнами, эффективность составляет 4%, — комментирует Пол Феннелл, профессор чистой энергии в Имперском колледже Лондона, Великобритания. Он отмечает, что электричество используется для питания микроволнового генератора, что неизбежно снижает чистую эффективность, добавляя, что процесс на 50% менее эффективен при использовании на сырой нефти, а не на рафинированном дизельном (требующем значительной энергии для производства) сырье, подчеркивая, что работа может быть далека от практической. 

Катализатор испытывает значительное снижение активности из-за накопления углеродных остатков после приблизительно 10 циклов. Эти остатки могут быть удалены сгоранием, однако первоначальная высокая активность никогда полностью не восстанавливается из-за присутствия оксида железа после сгорания.

Назим Мурадов из Центра солнечной энергетики Флориды, США, который работает в области декарбонизации ископаемого топлива в течение двух десятилетий, говорит, что работа «предоставляет ценную информацию о влиянии микроволнового излучения на кинетику и селективность исследуемого процесса». Тем не менее, он также проявляет осторожность при внедрении технологии: «Практическая реализация процесса, вероятно, столкнется со многими проблемами технологического и экономического характера. Энергетическая эффективность процесса должна быть улучшена как минимум на один порядок, и проблема дезактивации катализатора должна быть решена в основном », — объясняет Мурадов. Он предполагает, что этот процесс может столкнуться с конкуренцией со стороны других маршрутов декарбонизации ископаемого топлива, основанных на электричестве, которые ближе к коммерциализации ».

«Наше видение заключается в том, чтобы использовать углеводородное топливо через существующие системы распределения для быстрой подачи — в случае необходимости — чистого водорода в объеме без сопутствующих выбросов углекислого газа», — повторяет Эдвардс. Он говорит, что проблемы, обозначенные Феннеллом и Мурадовым, лежат в основе их неотложных попыток увеличить достижения фундаментальной науки в новых технологиях, которые могут реально изменить ситуацию к изменению климата. «Мы постоянно признавали, что наша система каталитического дегидрирования ископаемых углеводородов, инициируемого микроволновым излучением, находится, конечно, на очень ранней стадии разработки, и необходимо решить большие проблемы, связанные с энергоэффективностью, дезактивацией катализатора и т. Д.» «Конечно, подобные проблемы, такие как общий энергетический баланс процесса, углеродный след, оценка воздействия на окружающую среду и т. Д., Должны применяться ко всем (потенциально) возобновляемым источникам энергии, в которых химики наиболее активно участвуют, будь то улавливание и использование диоксида углерода, накопление энергии батареи, фотогальваника, солнечное топливо. так далее.’ Он рекомендует, чтобы «химики — да и вообще все ученые — с энтузиазмом восприняли анализ жизненного цикла».2

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *