Den assisterande direktören för Southern Illinois University's Coal Research Center står bredvid ett modellförgasningssystem som separerar små mängder kol till syngaser. Se fler gröna vetenskapsbilder. AP Photo/Steve Jahnke Några av de mest lovande, uppmärksammande energialternativ är inte revolutionerande idéer. Vi vet alla om väderkvarnar och vattenhjul, som har funnits i århundraden. I dag, en mängd förbättringar, inklusive innovativa turbinutformningar, förvandlar dessa gamla maskiner till spetsteknik som kan hjälpa nationer att tillfredsställa sina energibehov.
Det finns en annan gammal process - en som du förmodligen inte vet mycket om - som ökar i popularitet och kan gå med vind och vattenkraft i rena pantheonen, förnybar energi. Processen är känd som förgasning , en uppsättning kemiska reaktioner som använder begränsat syre för att omvandla ett kolinnehållande råmaterial till a syntetisk gas , eller syngas .
Det låter som förbränning, men det är inte. Förbränning använder ett överflöd av syre för att producera värme och ljus genom att brinna. Förgasning använder bara en liten mängd syre, som kombineras med ånga och kokas under intensivt tryck. Detta initierar en serie reaktioner som producerar en gasformig blandning som huvudsakligen består av kolmonoxid och väte. Denna syngas kan brännas direkt eller användas som utgångspunkt för att tillverka gödselmedel, rent väte, metan eller flytande transportbränslen.
Tro det eller ej, förgasning har funnits i decennier. Den skotska ingenjören William Murdoch får kredit för att utveckla grundprocessen. I slutet av 1790 -talet använda kol som råvara, han producerade syngaser i tillräcklig mängd för att tända sitt hem. Så småningom, städer i Europa och Amerika började använda syngas - eller "stadsgas" som det kallades då - för att tända stadens gator och hem. Så småningom, naturgas och elektricitet från kolkraftverk ersatte stadsgas som den föredragna källan till värme och ljus.
I dag, med en global klimatkris som står för dörren och makthungriga nationer på jakt efter alternativa energikällor, förgasning gör comeback. Gasification Technologies Council förväntar sig att världens förgasningskapacitet kommer att växa med mer än 70 procent till 2015. Mycket av den tillväxten kommer att ske i Asien, drivs av snabb utveckling i Kina och Indien. Men USA anammar förgasning, också.
Låt oss titta närmare på hur denna process fungerar. Vi ska börja med kolförgasning, den vanligaste formen av processen.
Innehåll
En Tiverton, R.I., bosatt poserar bredvid en behållare märkt "Gas Plant Waste" 2005. Staten tror att området förorening orsakades av Fall River Gas Co som dumpade kolförgasningsavfall i årtionden. AP Photo/Stew Milne Hjärtat i ett kolkraftverk är en panna, där kol bränns genom förbränning för att göra vatten till ånga. Följande ekvation visar hur brinnande kol ser ut kemiskt:C + O 2 -> CO 2 . Kol är inte av rent kol, men av kol bundet till många andra element. Fortfarande, kolets kolhalt är hög, och det är kolet som kombineras med syre i förbränningen för att producera koldioxid, den största boven i den globala uppvärmningen. Andra biprodukter av kolförbränning inkluderar svaveloxider, kväveoxider, kvicksilver och naturligt förekommande radioaktiva material.
Hjärtat i ett kraftverk som innehåller förgasning är inte en panna, men a förgasare , ett cylindriskt tryckkärl som är cirka 12 meter högt och 4 meter över. Råvaror kommer in i förgasaren högst upp, medan ånga och syre kommer in underifrån. Varje typ av kolinnehållande material kan vara ett råmaterial, men kolförgasning, självklart, kräver kol. En typisk förgasningsanläggning kan använda 16, 000 ton (14, 515 ton) brunkol, en brunaktig typ av kol, dagligen.
En förgasare arbetar vid högre temperaturer och tryck än en kolpanna - cirka 2, 600 grader Fahrenheit (1, 427 grader Celsius) och 1, 000 pund per kvadrattum (6, 895 kilopascal), respektive. Detta gör att kolet genomgår olika kemiska reaktioner. Först, partiell oxidation av kolets kol frigör värme som hjälper till att mata förgasningsreaktionerna. Den första av dessa är pyrolys , som uppstår när kolets flyktiga ämnen bryts ned i flera gaser, lämna bakom sig röding , en kolliknande substans. Sedan, reduktionsreaktioner omvandlar det återstående kolet i rödingen till en gasformig blandning som kallas syngas .
Kolmonoxid och väte är de två huvudkomponenterna i syngaser. Under en process som kallas rengöring av gas , den råa syntesen går genom en kylkammare som kan användas för att separera de olika komponenterna. Rengöring kan ta bort skadliga föroreningar, inklusive svavel, kvicksilver och okonverterat kol. Även koldioxid kan dras ut ur gasen och antingen lagras under jord eller användas vid ammoniak- eller metanolproduktion.
Det lämnar rent väte och kolmonoxid, som kan förbrännas rent i gasturbiner för att producera el. Eller, vissa kraftverk omvandlar syngasen till naturgas genom att den renade gasen förs över en nickelkatalysator, orsakar kolmonoxid och koldioxid att reagera med fritt väte för att bilda metan. Denna "substituerade naturgas" beter sig som vanlig naturgas och kan användas för att generera el eller värma hem och företag.
Men om kol inte är tillgängligt, förgasning är fortfarande möjlig. Allt du behöver är lite trä.
Syngas SecondsÄven om elkraftsindustrin nyligen har intresserat sig för förgasning, kemikalien, raffinerings- och gödningsindustrin har använt processen i decennier. Det beror på att huvudkomponenterna i syngaser - väte och kolmonoxid - är de grundläggande byggstenarna i flera andra produkter. Några av de viktigaste produkterna från syngas inkluderar metanol, kvävebaserat gödningsmedel och väte för oljeraffinering och transportbränslen. Även slagg , en glasliknande biprodukt av förgasningsprocessen, kan användas i takmaterial eller som vägbanematerial.
Kolförgasning kallas ibland "rent kol" eftersom det kan användas för att generera elektricitet utan att belasta toxiner och koldioxid i atmosfären. Men det är fortfarande baserat på ett icke -förnybart fossilt bränsle. Och det kräver fortfarande gruvverksamhet som ärr jorden och lämnar efter sig giftigt avfall. Förgasning av trä - eller förgasning av biomassa , för att vara mer tekniskt korrekt - kan ge ett livskraftigt alternativ. Biomassa anses vara en förnybar energikälla eftersom den är gjord av organiska material, som träd, grödor och till och med skräp.
Förgasning av biomassa fungerar precis som kolförgasning:Ett råmaterial kommer in i en förgasare, som kokar det kolinnehållande materialet i en syrefattig miljö för att producera syngas. Råvaror faller i allmänhet i en av fyra kategorier:
Valet av råmaterial bestämmer förgasarens design. Tre konstruktioner är vanliga vid förgasning av biomassa:updraft, ned- och tvärdrag. I en uppdaterad förgasare , trä kommer in i förgasningskammaren uppifrån, faller på ett galler och bildar en bränslehög. Luft kommer in under gallret och strömmar upp genom bränslehögen. Syngas, också känd som gengas i biomassakretsar, lämnar toppen av kammaren. I neddragning eller crossdraft -förgasare , luften och syngas kan komma in och ut på olika platser.
Valet av bränsle- och förgasningsdesign påverkar de relativa proportionerna av föreningar i syngasen. Till exempel, vetehalm placerad i en nedgasningsförgasare producerar följande:
Men kol som placeras i en nedgasningsförgasare producerar följande:
[källa:Rajvanshi].
Nu är du redo att göra din egen träförgasare. Fortsätt klicka för att se hur.
Bättre gas (ification) körsträckaTro det eller ej, en av de huvudsakliga användningsområdena för förgasning av ved har varit att driva förbränningsmotorer. Före 1940, förgasningsdrivna bilar sågs ibland särskilt i Europa. Sedan, under andra världskriget, petroleumbrist tvingade människor att tänka på alternativ. Transportindustrin i Västeuropa förlitade sig på förgasning av trä för att driva fordon och se till att livsmedel och andra viktiga material kom till konsumenterna. Efter kriget, när gas och olja blev allmänt tillgänglig, förgasning var i stort sett bortglömd. En framtida petroleumbrist, dock, kan återuppliva vårt intresse för denna gamla teknik. Framtidens bilförare kan be att "fylla upp" med några träpinnar istället för några liter gas.
Håller framtiden mycket mer energi från förgasare som den här? Phillip Spears/Getty Images En attraktiv kvalitet på förgasning är dess skalbarhet. Polk Power Station strax sydost om Tampa är en förgasningsanläggning som täcker 4, 300 tunnland (1, 740 hektar). Det omvandlar 100 ton (90,7 ton) kol i timmen till 250 miljoner watt effekt för cirka 60, 000 hem och företag [källa:Folger].
Men du behöver inte vara ett gigantiskt allmänt verktyg för att experimentera med förgasning. Du kan bygga en enkel, liten förgasare med material som du hittar runt huset. YouTube innehåller flera videor av dessa hemlagade enheter. En video, till exempel, visar en färgburk som spelar rollen som tryckkärlet där förgasningsreaktioner uppstår. När syngasen produceras inuti den förseglade burken, den rör sig genom några enkla VVS -beslag till en brännburk, där gasen kan antändas.
En annan intressant video visar ett litet team som monterar och driver en träförgasare baserat på planer som utarbetats av U.S.Federal Emergency Management Agency (FEMA) och Oak Ridge National Laboratory. FEMA utvecklade dessa planer 1989 speciellt för småskalig förgasning i händelse av en petroleumkris. Byråns rapport innehåller detaljerade, illustrerade instruktioner för tillverkningen, installation och drift av en förgasare för biomassa med neddragning. (En länk till rapporten finns i källistan under "Lafontaine" på nästa sida.) Enheten kräver en galvaniserad metallkärl, en liten metalltrumma, vanliga VVS -kopplingar och en blandningsskål i rostfritt stål och kan monteras på ett fordon för att ge syngas för förbränning. Med förgasaren på plats, fordonet kan köras på ett tillförlitligt sätt med träflis eller annan biomassa som bränsle.
Om du är intresserad av förgasning, men är inte gör-det-själv-typen, då kanske du vill överväga att köpa en förgasningsenhet från en tillverkare. Till exempel, New Horizon Corporation distribuerar förgasningssystem som kan installeras i hemmiljö. Dessa förgasningspannor för biomassa kan värma hus, garage och andra byggnader och kan använda en mängd olika bränslen, inklusive rutinerat trä, majskolvar, sågspån, flis och någon form av pellets.
Hur som helst, förgasning kommer sannolikt att framstå som ett av de viktigaste energialternativen under de kommande decennierna. Det är det renaste sättet att använda kol, men arbetar också effektivt med förnybara energikällor, som biomassa. Och, eftersom en av de huvudsakliga produkterna för förgasning är väte, processen erbjuder ett steg på vägen för att producera stora mängder väte för bränsleceller och renare bränslen.
Fortsätt läsa för fler länkar till framtiden för energi och grön teknik.
