Onderzoekers aan de University of Central Florida zetten nu methaan om in energie en bruikbare materialen. De vooruitgang in de technologie voor methaangebruik is tot stand gekomen dankzij de samenwerking tussen Laurene Tetard, een nanotechnoloog, en Richard Blair, een expert in katalyse. Er zijn innovatieve methoden ontwikkeld om methaan, een krachtig broeikasgas, voor dit doel te gebruiken. Deze techniek gebruikt zichtbaar licht en speciale katalysatoren om waterstof te maken van methaan zonder koolstof vrij te geven. De technologie maakt het ook mogelijk om op zeer kleine schaal precieze koolstofstructuren te creëren, die in veel waardevolle toepassingen kunnen worden gebruikt.
Een paar onderzoekers van de University of Central Florida (UCF) hebben met succes innovatieve technieken bedacht om energie en materialen te genereren uit het schadelijke broeikasgas methaan. De nieuwe innovatie van UCF maakt het mogelijk methaan voor gebruik bij de productie van groene energieDit zal verder helpen bij het creëren van hoogwaardige materialen voor biotechnologie, slimme apparaten, zonnecellen en andere apparaten. De afgelopen tien jaar hebben nanotechnoloog Laurene Tetard en katalyse-expert Richard Blair samengewerkt aan onderzoek bij UCF, wat resulteerde in een reeks innovatieve uitvindingen.
Laurene Tetard is tevens universitair hoofddocent en adjunct-hoofd van de afdeling natuurkunde aan de UCF, en onderzoeker bij het NanoScience Technology Center. Richard Blair is onderzoekshoogleraar aan het Florida Space Institute, UCF.
Volgens de Amerikaanse Environmental Protection Agency heeft methaan een 28 keer grotere impact op de atmosfeer van de aarde dan koolstofdioxide, een ander belangrijk broeikasgas, over een periode van 100 jaar. Methaan kan meer straling opvangen, ook al heeft het een kortere levensduur in de atmosfeer vergeleken met koolstofdioxide. Belangrijke bijdragers aan de uitstoot van methaan in de atmosfeer bestaan uit energie- en industriële activiteiten, landbouwpraktijken en de aanwezigheid van stortplaatsen.
Sterke samenwerking
Als ervaren onderzoeksmedewerkers zijn Tetard en Blair goed bekend met het eeuwenoude gezegde: “Als het de eerste keer niet lukt, probeer het dan nog een keer.”
Tetard zei: "Het duurde een tijdje om echt opwindende resultaten te krijgen. In het begin werkte een groot deel van de karakterisering die we probeerden te doen niet zoals we wilden. We gingen zo vaak zitten om raadselachtige observaties te bespreken."
Ze bleven echter onvermoeibaar doorgaan en hun onwrikbare vastberadenheid werd uiteindelijk beloond met nieuwe innovaties. "Richard heeft een miljoen verschillende ideeën over hoe problemen opgelost kunnen worden. "Dus uiteindelijk zouden we iets vinden dat werkt," Tetard voegde toe.
Introductie van een verbeterde en groenere aanpak van waterstofproductie
De eerste uitvinding betreft een innovatieve benadering van waterstof genereren uit koolwaterstoffen, zoals methaan, terwijl de uitstoot van koolstofgas wordt geëlimineerd.
De innovatie richt zich op het gebruik van zichtbaar licht, zoals lasers, lampen of zonnebronnen, en defect-engineered boron-rijke fotokatalysatoren. Deze aanpak toont de opmerkelijke mogelijkheden van nanoschaalmaterialen, waardoor het mogelijk is om koolwaterstoffen zoals methaan te vangen en om te zetten met behulp van zichtbaar licht. Defect engineering omvat het creëren van materialen met onregelmatige structuren.
Bepaalde verontreinigingen worden gewoonlijk bereikt wanneer een reactie plaatsvindt op conventionele katalysatoren bij hogere temperaturen, zoals koolstofdioxide, koolstofmonoxide of hogere polyaromatische verbindingen. Maar waterstof geproduceerd door de uitvinding van UCF is vrij van deze verontreinigingen.
Zie ook: Wat is gehydrogeneerd amorf silicium?
Zo zetten onderzoekers methaan om in energie en bruikbare materialen die vrij zijn van onzuiverheden. Ontwikkeling heeft de potentie om de kosten van katalysatoren verlagen gebruikt bij energieproductie, fotokatalytische conversie verbeteren in het zichtbare bereik, en Optimaliseer het gebruik van zonne-energie voor katalyse. Mogelijke toepassingen van waterstof op de markt omvatten grootschalige toepassingen in het opvangen en omzetten van methaan, samen met betrokkenheid bij zonneparken.
Richard Blair zei: "Die uitvinding is eigenlijk een twee-factor. Je krijgt groene waterstof en je verwijdert - niet echt vastgehouden - methaan. Je verwerkt methaan tot alleen waterstof en pure koolstof die gebruikt kunnen worden voor dingen als batterijen."
Volgens hem waren methaan en water, samen met hoge temperaturen, traditioneel gebruikt bij de productie van waterstof. Maar dat proces stoot koolstofdioxide uit en produceert tegelijkertijd waterstof.
Blair voegde toe: "Ons proces neemt een broeikasgas, methaan, en zet het om in iets dat geen broeikasgas is en twee dingen die waardevolle producten zijn, waterstof en koolstof. En we hebben methaan uit de cyclus verwijderd."
Er werd opgemerkt dat de Exolith Lab bij UCF succesvol de kracht van zonlicht benut om waterstof te genereren uit methaangas, wat allemaal mogelijk werd gemaakt door de implementatie van een robuust zonneconcentratorsysteem. Hij suggereert dat landen zonder overvloedige energiebronnen de uitvinding zouden kunnen gebruiken door methaan en zonlicht te gebruiken. Methaan is aanwezig op plekken als stortplaatsen, industriële en agrarische gebieden en afvalwaterzuiveringsinstallaties, naast olie- en aardgassystemen.
Weet jij Zuid-Afrikaanse onderzoekers gebruiken groene waterstof om LFG te maken.
Koolstofnano- of microstructuren produceren zonder verontreiniging
De technologie van Tetard en Blair creëert nauwkeurige koolstofstructuren op nano- en microschaal met behulp van licht en een defect-engineered fotokatalysator. Enkele voorbeelden zijn koolmonoxide, ethaan, methaan, propaan en propeen.
Laurene Tetard zei: "Het is alsof we een koolstof-3D-printer hebben in plaats van een polymeer-3D-printer. Als we een tool als deze hebben, dan zijn er misschien zelfs koolstofsteigerontwerpen die we kunnen bedenken die vandaag de dag onmogelijk zijn. De droom is om hoogwaardige koolstofmaterialen te maken van methaan, wat momenteel niet zo goed wordt gedaan."
"Deze uitvinding zou een manier zijn om dergelijke materialen op een duurzame manier en op grote industriële schaal uit methaan te maken." voegde Blair toe.
De geproduceerde koolstofstructuren zijn klein en goed gestructureerd, wat een nauwkeurige indeling met nauwkeurige maten en patronen mogelijk maakt. Blair zei, "Nu heb je het over dure toepassingen, misschien voor medische apparaten of nieuwe chemische sensoren. Dit wordt een platform voor de ontwikkeling van allerlei producten. De toepassing wordt alleen beperkt door verbeelding."
Onderzoekers zetten methaan om in energie en bruikbare materialen, maar er zijn nog wel wat aanpassingen nodig. Ontwerpmethoden hebben de potentie om een reeks lasers of zonne-energie te integreren, omdat het groeiproces kan worden aangepast op verschillende golflengtes en het lab van Tetard probeert de omvang te verkleinen. Tetard zei: "We proberen een manier te bedenken om van het proces te leren en te zien hoe we het zelfs op kleinere schaal kunnen laten werken: het licht in een klein volume regelen."
"Op dit moment is de grootte van de structuren microschaal omdat het lichtfocale volume dat we creëren microformaat is." Dus als we het licht in een klein volume kunnen regelen, kunnen we misschien nano-objecten voor gepatroneerde nanostructuren laten groeien die duizend keer kleiner zijn. Dat is iets dat we in de toekomst willen implementeren. En als dat mogelijk wordt, zijn er veel dingen die we ermee kunnen doen," Tetard voegde toe.
