增压废气如何产生更多绿色能源

研究人员报告说,日常用品(如洗发水和机油)中的合成化合物“硅氧烷”正进入填埋场,并对这些填埋场产生的沼气进行增压​​。

尽管今天是一个问题,研究人员说这可能是一个从垃圾填埋气中获取更多能量的机会。

这些化合物有效地传导热量并与水相互作用,因此,它们在各种消费产品中的受欢迎程度有所提高。 这意味着越来越多的硅氧烷被运往当地的垃圾填埋场。

沼气是指由不同的生物或有机原料(如垃圾填埋气和废水处理厂)合成的燃料气体。 近年来,很明显硅氧烷已经破坏了以垃圾填埋气为燃料的发电设备。 但是研究人员说,利用硅氧烷生产更多的能量是可能的。

像火箭燃料

研究人员对硅氧烷如何影响沼气进行了首次化学分析。 他们发现硅氧烷可提高沼气的反应性,从而导致发动机更快点火并释放更多能量。 但是沼气中的硅氧烷会损坏那些发动机,通常是发电燃气轮机和往复式活塞发动机。

密歇根大学机械工程学教授,陶氏可持续性研究员计划的负责人玛格丽特·沃尔德里奇(Margaret Wooldridge)说:“硅氧烷易燃。” “他们疯狂地改变了沼气的化学反应。 这些东西就像火箭燃料一样,字面上是疯狂反应的。”

硅氧烷实质上改变了沼气的“燃烧速度”,该速度是燃料燃烧和驱动涡轮或活塞的速度的度量。

沼气主要由 甲烷。 自然界中存在甲烷气体,但当有机物质与氢,一氧化碳和其他碳氢化合物一起在垃圾填埋场中分解时,也会产生甲烷气体。 甲烷是 天然气 和沼气,使之成为比煤炭更清洁的宝贵燃料和能源。

但是,在大气中,甲烷特别擅长捕获热量,这加剧了我们的全球变暖问题。 特别是,甲烷的效率是30倍 温室气体比CO2。 根据EPA的数据,美国每年城市固体垃圾填埋场占人类所有甲烷排放量的14%,是仅次于天然气,石油工业和农业的第三大排放源。

该物业刺激了从垃圾填埋场捕获甲烷并将其用作甲烷的努力。 燃料,而不是让其不受检查地逸出。

测量可燃性

在这项研究中,研究人员分别对含两种硅氧烷(三甲基硅烷醇(TMSO)和六甲基二硅氧烷(HMDSO))的氢和一氧化碳混合物与不含硅氧烷的氢和一氧化碳混合物进行了测试。

具体来说,研究人员记录了每种混合物点燃所需的时间。 科学家认为,点火延迟较短的燃料更容易点燃或具有反应性,而氢是我们使用的最具反应性的燃料之一。

使用TMSO的氢气和一氧化碳产生的点火延迟时间比参考实例快37%。 使用HMDSO注入的甲烷产生的延迟时间快50%。

研究人员希望他们的工作能够揭示硅氧烷用作燃料时如何改变发动机性能。

研究合著者之一的博士生Rachel Schwind说:“在沼气应用中,硅氧烷的痕量浓度是一个已知问题,导致在发动机部件上形成二氧化硅磨料沉积物。” “因此,该领域的大多数先前研究都集中在如何从捕获的气体中去除它们。”

硅氧烷的潜力

除了硅氧烷带来的问题外,还有潜力。 沃尔德里奇说,硅氧烷可能是从沼气中获得更多能源的关键。

她说:“我们希望能够利用它们作为能源。”

分析燃烧化学是朝这个方向迈出的一步。

施温德说:“这可能会消除沼气处理过程中的洗涤或去除需求,并降低成本。” “如果我们能够降低这些成本,它将使沼气更接近成为真正的碳中和燃料。 而且,如果我们能够将垃圾填埋气作为一种更具经济吸引力的选择,那么垃圾填埋场运营商将更有动力捕获和利用这种有害的温室气体。”

该研究发表在杂志 燃烧与火焰.

美国能源部的基础能源科学计划支持了这项研究。

原始研究

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