Wie aufgeladenes Müllgas mehr grüne Energie produzieren könnte

Synthetische Verbindungen, die als „Siloxane“ bezeichnet werden und aus alltäglichen Produkten wie Shampoo und Motoröl stammen, gelangen auf Deponien und laden das von diesen Deponien erzeugte Biogas auf.

Während es heute ein Problem ist, sagen die Forscher, dass es eine Gelegenheit sein könnte, mehr Energie aus Deponiegas herauszuholen.

Die Verbindungen leiten Wärme effizient und interagieren mit Wasser. Daher ist ihre Beliebtheit bei einer Vielzahl von Konsumgütern gestiegen. Das bedeutet, dass immer mehr Siloxane auf Ihre örtliche Deponie geleitet werden.

Biogas bezieht sich auf Brenngase, die aus verschiedenen biologischen oder organischen Rohstoffen wie Deponiegas und Kläranlagen synthetisiert werden. In den letzten Jahren hat sich gezeigt, dass Siloxane die mit Deponiegas betriebenen Stromerzeugungsanlagen beschädigt haben. Aber die Forscher sagen, dass es möglich sein könnte, die Siloxane zu nutzen, um mehr Energie zu produzieren.

Wie Raketentreibstoff

Die Forscher führten die erste chemische Analyse durch, wie Siloxane Biogas beeinflussen. Sie fanden heraus, dass Siloxane die Reaktivität von Biogas erhöhen, was zu einer schnelleren Zündung in Motoren und der Freisetzung von mehr Energie führt. Die Siloxane im Biogas können diese Motoren jedoch beschädigen - normalerweise stromerzeugende Gasturbinen und Hubkolbenmotoren.

"Siloxane sind hoch entzündlich", sagt Margaret Wooldridge, Professorin für Maschinenbau und Direktorin des Dow Sustainability Fellows Program an der University of Michigan. „Sie verändern die Chemie von Biogas wie verrückt. Das Zeug ist buchstäblich wie Raketentreibstoff - verrückt-reaktiv. “

Die Siloxane verändern im Wesentlichen die „Flammengeschwindigkeit“ des Biogases. Dies ist ein Maß dafür, wie schnell ein Kraftstoff verbrennt und eine Turbine oder einen Kolben antreibt.

Biogas besteht hauptsächlich aus Methan. Es gibt Methangas in der Natur, aber es wird auch erzeugt, wenn sich organisches Material in Deponien zusammen mit Wasserstoff, Kohlenmonoxid und anderen Kohlenwasserstoffen zersetzt. Methan ist der Hauptbestandteil von Erdgas und Biogas, wodurch sowohl wertvolle Brennstoffe als auch Energie gewonnen werden, die sauberer als Kohle sind.

In der Atmosphäre fängt Methan jedoch besonders gut Wärme ein und trägt zu unserem Problem der globalen Erwärmung bei. Insbesondere Methan ist 30-mal wirksamer Treibhausgas als CO2. Nach Angaben der US-Umweltschutzbehörde entfallen auf kommunale Mülldeponien jährlich 14% aller Methanemissionen im Zusammenhang mit dem Menschen in den USA - die drittgrößte Quelle hinter der Gas- und Erdölindustrie und der Landwirtschaft.

Diese Liegenschaft hat die Bemühungen angeregt, Methan auf Deponien einzufangen und als Rohstoff zu verwenden Kraftstoff, anstatt es ungeprüft entkommen zu lassen.

Zündfähigkeit messen

In dieser Studie testeten die Forscher getrennt Wasserstoff- und Kohlenmonoxidmischungen, die zwei Siloxane - Trimethylsilanol (TMSO) und Hexamethyldisiloxan (HMDSO) - enthielten, gegen Wasserstoff- und Kohlenmonoxidmischungen ohne Siloxane.

Insbesondere haben die Forscher gemessen, wie lange es gedauert hat, bis sich jede Mischung entzündet hat. Wissenschaftler halten Brennstoffe mit einer kürzeren Zündverzögerung für zündfähiger oder reaktiver - und Wasserstoff ist einer der reaktivsten Brennstoffe, die wir verwenden.

Wasserstoff und Kohlenmonoxid mit TMSO erzeugten Zündverzögerungszeiten, die um 37% schneller waren als im Referenzfall. Und mit HMDSO infundiertes Methan erzeugte Verzögerungszeiten, die 50% schneller waren.

Die Forscher hoffen, dass ihre Arbeit Aufschluss darüber gibt, wie Siloxane die Motorleistung bei Verwendung als Kraftstoff verändern.

"Spuren von Siloxanen sind ein bekanntes Problem bei Biogasanwendungen, das zur Bildung von Ablagerungen von abrasivem Siliciumdioxid auf Motorkomponenten führt", sagt Rachel Schwind, eine Doktorandin. "Aus diesem Grund konzentrierten sich die meisten früheren Forschungen in diesem Bereich darauf, wie sie aus dem eingefangenen Gas entfernt werden können."

Das Potenzial von Siloxanen

Neben dem Problem der Siloxane gibt es auch Potenzial. Laut Wooldridge könnten Siloxane der Schlüssel zur Gewinnung von verstärkter Energie aus Biogas sein.

"Wir würden sie gerne als Energiequelle nutzen", sagt sie.

Die Analyse der Verbrennungschemie ist ein Schritt in diese Richtung.

"Das würde möglicherweise die Notwendigkeit einer Reinigung oder Entfernung während der Biogasaufbereitung zunichte machen und die Kosten senken", sagt Schwind. „Wenn wir diese Kosten senken können, rückt Biogas näher an die CO2-Neutralität heran. Und wenn wir Deponiegas zu einer wirtschaftlich attraktiveren Option machen können, werden Deponiebetreiber einen größeren Anreiz haben, dieses schädliche Treibhausgas zu erfassen und zu nutzen. “

Die Forschung in der Fachzeitschrift erscheint Verbrennung und Flamme.

Das Programm Basic Energy Sciences des US-Energieministeriums unterstützte die Forschung.

Original-Studie

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