财联社(上海,编辑 黄君芝)讯,随着世界能源需求的增加,全球对化石燃料的消耗也在增加。结果是温室气体排放大幅增加,对环境造成严重的不利影响。为了解决这个问题,科学家们一直在寻找可替代的、可再生能源。
一个主要的备选方案是从植物和动物的有机废物或“生物质”中产生的氢。生物质还能从大气中吸收、去除和储存二氧化碳,而生物质分解也能给我们带来负排放或去除温室气体的方法。但是,即使生物质能预示着前进的道路,最大限度地将其转化为能源的最佳方式仍然是一个问题。
据了解,目前有两种主要的方法将生物质转化为能源,即气化和热解。气化将固体或液体生物质在1000°C左右的温度下转化为气体和固体化合物,这种气体被称为“合成气”,而固体则是“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物,这些碳氢化合物被用作“生物燃料”来发电。另一方面,生物炭通常被认为是一种固体碳废物,尽管它可以用于农业应用。
另一种方法,生物质热解,与气化法类似,除了生物质是在较低的温度加热,温度在400-800℃之间,压力在惰性气体中达到5巴(bar)。热解方式有三种:常规热解、快速热解和闪光热解。在这三种方法中,前两种花费的时间最长,产生的碳最多。
最后一种闪光热解温度为600℃,合成气产量最高,花费时间最短。但不幸的是,它需要能够处理高温和高压的专门反应器。
现在,由洛桑联邦理工学院(EPFL)基础科学学院的科学家们已经开发了一种生物质光热解的新方法,这种方法不仅可以产生有价值的合成气,还可以产生一种由固体碳制成的生物炭,这种生物炭可以用于其他用途。这项研究发表在《化学科学》杂志上。
据悉,该方法使用氙灯进行闪光热解,氙灯通常用于固化印刷电子产品的金属油墨。该研究团队在过去几年里也将该系统用于其他用途,比如合成纳米粒子。这种灯的白色闪光提供了高功率的能量来源,以及促进光热化学反应的短脉冲。
研究人员的想法是,让生物质吸收了这个闪光能量,并瞬间使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来源: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.%。这种方法的突出之处在于它的最终产物氢和固体生物炭都很有价值。氢可以用作绿色燃料,而生物炭可以埋在地下用作肥料,也可以用来制造导电电极。