Keski-Floridan yliopiston tutkijat muuttavat nyt metaania energiaksi ja hyödyllisiksi materiaaleiksi. Metaanin hyödyntämisteknologian edistyminen on tapahtunut nanoteknologian Laurene Tetardin ja katalyysiasiantuntija Richard Blairin yhteistyön ansiosta. Metaanin, voimakkaan kasvihuonekaasun, käyttämiseksi tähän tarkoitukseen kehitettiin innovatiivisia menetelmiä. Tämä tekniikka käyttää näkyvää valoa ja erityisiä katalyyttejä vetyn valmistamiseksi metaanista vapauttamatta hiiltä. Teknologia mahdollistaa myös tarkkojen hiilirakenteiden luomisen erittäin pienessä mittakaavassa, joita voidaan käyttää monissa arvokkaissa sovelluksissa.
Keski-Floridan yliopiston (UCF) tutkijapari on onnistuneesti kehittänyt innovatiivisia tekniikoita energian ja materiaalien tuottamiseksi haitallisesta kasvihuonekaasusta, metaanista. UCF:n uusi innovaatio mahdollistaa metaanin käytön vihreän energian tuotannossa . Tämä auttaa entisestään luomaan korkean suorituskyvyn materiaaleja bioteknologiaan, älylaitteisiin, aurinkokennoihin ja muihin laitteisiin. Viimeisen vuosikymmenen ajan nanoteknologi Laurene Tetard ja katalyysiasiantuntija Richard Blair ovat tehneet tutkimusyhteistyötä UCF:ssä, minkä tuloksena on syntynyt sarja innovatiivisia keksintöjä.
Laurene Tetard on myös apulaisprofessori ja apulaisjohtaja UCF:n fysiikan laitoksella sekä tutkija NanoScience Technology Centerissä. Richard Blair on tutkimusprofessori Floridan avaruusinstituutissa UCF:ssä.
Yhdysvaltain ympäristönsuojeluviraston mukaan metaanilla on 28 kertaa suurempi vaikutus maapallon ilmakehään kuin hiilidioksidilla, toisella merkittävällä kasvihuonekaasulla, 100 vuoden ajanjaksolla. Metaani pystyy vangitsemaan enemmän säteilyä, vaikka sen elinikä ilmakehässä on lyhyempi kuin hiilidioksidilla. Merkittäviä metaanin vapautumiseen ilmakehään vaikuttavia tekijöitä ovat energia- ja teollisuustoiminta, maatalouskäytännöt ja kaatopaikat.
Vahva Yhteistyö
Kokeneina tutkimuskumppaneina Tetard ja Blair tuntevat hyvin ikivanhan sanonnan: ”Jos et onnistu ensimmäisellä kerralla, yritä ja yritä uudelleen.”
Tetard sanoi: "Kesti jonkin aikaa saada todella jännittäviä tuloksia. Aluksi suuri osa yrittämistämme karakterisoinnista ei toiminut haluamallamme tavalla. Istuimme alas keskustelemaan hämmentävistä havainnoista niin monta kertaa."
He kuitenkin jatkoivat hellittämättä, ja heidän horjumaton päättäväisyytensä lopulta palkitsi heidät uusilla innovaatioilla. ”Richardilla on miljoona erilaista ideaa ongelmien ratkaisemiseksi. Joten lopulta löysimme jotain, joka toimii”, Tetard lisäsi.
Esittelyssä parannettu ja vihreämpi lähestymistapa vedyn tuotantoon
Alkuperäinen keksintö sisältää innovatiivisen lähestymistavan vedyn tuottamiseksi hiilivedyistä , kuten metaanista, samalla kun eliminoidaan hiilikaasun vapautuminen.
Innovaatio keskittyy näkyvän valon, kuten lasereiden, lamppujen tai aurinkolähteiden, hyödyntämiseen sekä vikasuunnittelulla luotuihin booripitoisiin fotokatalyytteihin. Tämä lähestymistapa esittelee nanomittakaavan materiaalien merkittäviä ominaisuuksia, jotka mahdollistavat hiilivetyjen, kuten metaanin, talteenoton ja muuntamisen näkyvän valon avulla. Vikasuunnittelulla tarkoitetaan epäsäännöllisten rakenteiden omaavien materiaalien luomista.
Tiettyjä epäpuhtauksia, kuten hiilidioksidia, hiilimonoksidia tai korkeampia polyaromaattisia yhdisteitä, syntyy yleisesti, kun reaktio tapahtuu tavanomaisilla katalyyteillä korkeammissa lämpötiloissa. UCF:n keksinnön tuottama vety on kuitenkin vapaa näistä epäpuhtauksista.
Katso myös : Mikä on hydrattu amorfinen pii?
Näin tutkijat muuntavat metaania energiaksi ja hyödyllisiksi materiaaleiksi, jotka ovat vapaita epäpuhtauksista. Kehitystyöllä on potentiaalia alentaa energiantuotannossa käytettävien katalyyttien kustannuksia , parantaa fotokatalyyttistä konversiota näkyvällä alueella ja optimoida aurinkoenergian hyödyntämistä katalyysissä. Vedyn mahdollisia sovelluksia markkinoilla ovat laajamittaiset sovellukset metaanin talteenotossa ja muuntamisessa sekä osallistuminen aurinkovoimaloihin.
Richard Blair sanoi: ”Tuo keksintö on itse asiassa kaksijakoinen. Saat vihreää vetyä ja poistat – et oikeastaan sito – metaania. Metaania jalostetaan vain vedyksi ja puhtaaksi hiileksi, joita voidaan käyttää esimerkiksi akkuihin.”
Hänen mukaansa vedyn tuotannossa on perinteisesti käytetty metaania ja vettä sekä korkeita lämpötiloja . Mutta tässä prosessissa vapautuu hiilidioksidia vedyn tuotannon lisäksi.
Blair lisäsi: ”Prosessimme ottaa kasvihuonekaasun, metaanin, ja muuntaa sen joksikin, joka ei ole kasvihuonekaasu, sekä kahdeksi arvokkaaksi tuotteeksi, vedyksi ja hiileksi. Ja olemme poistaneet metaanin kierrosta.”
UCF:n Exolith-laboratorion havaittiin onnistuneesti valjastaneen auringonvalon voiman vedyn tuottamiseen metaanista, minkä mahdollisti vankan aurinkokonsentraattorijärjestelmän käyttöönotto. Hän ehdottaa, että maat, joissa ei ole runsaasti energialähteitä, voisivat hyödyntää keksintöä käyttämällä metaania ja auringonvaloa. Metaania esiintyy esimerkiksi kaatopaikoilla, teollisuus- ja maatalousalueilla sekä jätevedenpuhdistamoissa öljy- ja maakaasujärjestelmien lisäksi.
Tiesitkö, että eteläafrikkalaiset tutkijat käyttävät vihreää vetyä LFG:n valmistukseen?
Hiilinano- tai mikrorakenteiden tuottaminen ilman kontaminaatiota
Tetardin ja Blairin teknologia luo tarkkoja hiilirakenteita nano- ja mikroskaalassa käyttämällä valoa ja vikakohtaisesti muokattua fotokatalyyttiä. Joitakin esimerkkejä ovat hiilimonoksidi, etaani, metaani, propaani ja propeeni.
Laurene Tetard sanoi: ”Se on kuin meillä olisi hiilipohjainen 3D-tulostin polymeeripohjaisen 3D-tulostimen sijaan. Jos meillä on tällainen työkalu, niin ehkä voimme jopa kehittää hiilirakenteita, jotka ovat tällä hetkellä mahdottomia. Unelmana on valmistaa metaanista tehokkaita hiilimateriaaleja, mitä ei tällä hetkellä tehdä kovin hyvin.”
”Tämä keksintö olisi siis tapa valmistaa tällaisia materiaaleja metaanista kestävällä tavalla suuressa teollisessa mittakaavassa”, Blair lisäsi.
Tuotetut hiilirakenteet ovat pieniä ja hyvin strukturoituja , mikä mahdollistaa tarkan järjestelyn oikeilla kooilla ja kuvioilla. Blair sanoi: "Nyt puhutaan kalliista sovelluksista, ehkä lääketieteellisistä laitteista tai uusista kemiallisista antureista. Tästä tulee alusta kaikenlaisten tuotteiden kehittämiselle. Vain mielikuvitus on rajana sovelluksille."
Tutkijat muuntavat metaania energiaksi ja hyödyllisiksi materiaaleiksi, mutta joitakin säätöjä tarvitaan vielä. Suunnittelumenetelmissä on mahdollista sisällyttää erilaisia lasereita tai aurinkovalaistusta, koska kasvuprosessia voidaan säätää eri aallonpituuksilla ja Tetardin laboratoriossa pyritään pienentämään kokoa. Tetard sanoi: "Yritämme miettiä tapaa oppia prosessista ja nähdä, miten voisimme saada sen toimimaan vielä pienemmässä mittakaavassa – hallitsemaan valoa pienessä tilavuudessa."
”Rakenteiden koko on tällä hetkellä mikroskooppinen, koska luomamme valon fokaalitilavuus on mikroskooppinen.” Joten jos pystymme hallitsemaan valoa pienessä tilavuudessa, ehkä voimme kasvattaa nanokokoisia kappaleita kuvioiduille nanorakenteille tuhat kertaa pienemmiksi. Aiomme toteuttaa tämän tulevaisuudessa. Ja sitten, jos se on mahdollista, on monia asioita, joita voimme tehdä sillä”, Tetard lisäsi.
