Новый метод производства водорода может также преобразовать углерод, содержащийся в биогазе и твердых биологических веществах, в усовершенствованные углеродные наноматериалы, изображенные здесь в увеличении в 50 000 раз. Предоставлено: Университет RMIT.
Биологические твердые вещества являются движущей силой нового устойчивого метода производства водорода из сточных вод.
Исследователи использовали твердые биологические вещества для производства водорода из сточных вод в новой технологии, которая поддерживает комплексную переработку одного из неограниченных ресурсов человечества – сточных вод.
Инновация направлена на усовершенствованную переработку твердых биологических веществ и биогаза, побочных продуктов процесса очистки сточных вод.
Запатентованная технология, разработанная исследователями из Университета RMIT в Мельбурне, Австралия, использует специальный материал, полученный из твердых биологических веществ, для инициирования химических реакций производства водорода из биогаза. Такой подход означает, что все материалы, необходимые для производства водорода, могут быть получены на месте на установке по очистке сточных вод без необходимости использования дорогостоящих катализаторов.
Этот метод также улавливает углерод, содержащийся в твердых биологических веществах и биогазе, что в будущем может позволить создать сектор сточных вод с почти нулевым уровнем выбросов.
Ведущий исследователь, доцент Калпит Шах сказал, что существующие коммерческие методы производства водорода требуют выбросов и капиталоемкости, и в значительной степени зависят от природного газа.
«Наша альтернативная технология предлагает устойчивый, рентабельный, возобновляемый и эффективный подход к производству водорода», – сказал Шах, заместитель директора (академический) Учебного центра ARC по трансформации ресурсов твердых биологических веществ в Австралии в RMIT.
«Чтобы обеспечить переход к экономике замкнутого цикла, нам нужны технологии, которые позволят нам выжать полную ценность из ресурсов, которые обычно тратятся впустую. Наша новая технология производства водорода основана на использовании отходов, которых практически не существует.
«Используя возможности твердых биологических веществ для производства полностью чистого топлива из биогаза, одновременно предотвращая выбросы парниковых газов, мы можем обеспечить истинную экологическую и экономическую выгоду».
Твердые биологические вещества обычно используются в качестве удобрений и почвенных добавок в сельском хозяйстве, но около 30% мировых запасов твердых биологических веществ складывается или отправляется на свалки, что создает экологические проблемы.
Ведущий исследователь, доцент Калпит Шах, с новым реактором, разработанным и запатентованным университетом RMIT. Предоставлено: Университет RMIT.
Доктор Аравинд Сурапанени, старший научный сотрудник компании South East Water и заместитель директора (по промышленности) Учебного центра ARC по преобразованию ресурсов твердых биологических веществ в Австралии, сказал, что исследования новых и ценных способов использования твердых биологических веществ имеют жизненно важное значение.
«Сектор сточных вод постоянно ищет новые способы преобразования твердых биологических веществ в ценные продукты экологически устойчивыми и ответственными способами», – сказал Сурапанени.
Как работает технология
В новом методе, опубликованном в Международный журнал водородной энергетики, твердые биологические вещества сначала преобразуются в биоуголь – богатую углеродом форму древесного угля, используемую для улучшения здоровья почвы. Биочар, полученный из твердых веществ, содержит некоторые тяжелые металлы, что делает его идеальным катализатором для производства водорода из биогаза.
В рамках экспериментального лабораторного исследования исследователи проверили процесс с использованием газа, богатого метаном, напоминающего биогаз. Они показали, что биоуголь, сделанный из твердых биологических веществ, очень эффективен для разложения газа на составляющие его элементы – водород и углерод.
Процесс разложения также можно проводить в специально разработанном сверхэффективном реакторе, разработанном и запатентованном RMIT, который может производить как водород, так и ценный биоуголь, покрытый углеродными наноматериалами.
Превращая углерод, содержащийся в биогазе и твердых биологических веществах, в современные углеродные наноматериалы, их метод также может улавливать и изолировать парниковый газ, чтобы предотвратить его выброс в атмосферу.
Биоуголь с покрытием из углеродного наноматериала, полученный с помощью новой технологии, имеет ряд потенциальных применений, включая восстановление окружающей среды, улучшение сельскохозяйственных почв и накопление энергии.
Запатентованная реакторная технология
Шах сказал, что уникальный реактор, разработанный командой инженерной школы RMIT, лежит в основе этого инновационного подхода к переработке.
«Мы радикально оптимизировали тепломассообмен в нашем реакторе, сократив технологию, чтобы сделать его очень мобильным», – сказал он. «Нет доступных реакторов, которые могли бы достичь такой феноменальной интеграции тепла и массы в таком небольшом и экономичном корпусе.
«И хотя он уже является энергоэффективным, при дальнейшей интеграции этот реактор может превратить биологические твердые вещества и преобразование биогаза в процесс, который фактически производит энергию, а не потребляет ее».
Новый реактор не только используется для очистки сточных вод, но и потенциально может применяться в производстве биомассы, пластмасс и покрытий.
Исследование было поддержано компанией South East Water, которая будет испытывать твердые биологические вещества и технологию преобразования биогаза на экспериментальной установке, которая в настоящее время находится в стадии изготовления.
Д-р Дэвид Бергманн, менеджер по исследованиям и развитию компании South East Water, сказал, что эта технология имеет потенциал для внедрения в отрасли.
«Поддержка таких инновационных технологий – важная часть нашей приверженности сокращению выбросов и подходу к экономике замкнутого цикла с использованием сточных вод», – сказал Бергманн.
Ссылка: «Производство водорода путем каталитического разложения метана с использованием биоугля и активированного угля, полученного при пиролизе твердых биологических веществ» Саванкумар Патель, Сазал Кунду, Побитра Хальдер, Моджтаба Хедаяти Марцбали, Кен Чанг, Аравинд Сурапанени и Калпит Шах, 3 сентября 2020 г., Международный журнал водородной энергетики.
DOI: 10.1016 / j.ijhydene.2020.08.036
Учебный центр Австралийского исследовательского совета по трансформации ресурсов твердых биологических веществ Австралии, базирующийся в RMIT, объединяет опыт 20 национальных и международных партнеров из Австралии, Великобритании и США, включая университеты, сектор сточных вод и смежных промышленных партнеров.
«Производство водорода каталитическим разложением метана с использованием биоугля и активированного угля, полученного при пиролизе твердых биологических веществ» опубликовано в
