Forskare vid University of Central Florida omvandlar nu metan till energi och användbara material. Framstegen inom metanutnyttjandetekniken har skett på grund av samarbetet mellan Laurene Tetard, en nanotekniker, och Richard Blair, en katalysexpert. Innovativa metoder utvecklades för att använda metan, en kraftfull växthusgas, för detta ändamål. Denna teknik använder synligt ljus och speciella katalysatorer för att göra väte från metan utan att släppa ut kol. Tekniken möjliggör också skapandet av exakta kolstrukturer i mycket liten skala, som kan användas i många värdefulla applikationer.
Ett par forskare från University of Central Florida (UCF) har framgångsrikt utvecklat innovativa tekniker för att generera energi och material från den skadliga växthusgasen metan. Den nya innovationen från UCF gör det möjligt att använda metan i produktionen av grön energi . Detta kommer ytterligare att bidra till att skapa högpresterande material för bioteknik, smarta enheter, solceller och andra apparater. Under det senaste decenniet har nanoteknologen Laurene Tetard och katalysexperten Richard Blair samarbetat i forskning vid UCF, vilket har resulterat i en rad innovativa uppfinningar.
Laurene Tetard är även docent och biträdande ordförande för institutionen för fysik vid UCF, samt forskare vid NanoScience Technology Center. Richard Blair är forskningsprofessor vid Florida Space Institute, UCF.
Enligt US Environmental Protection Agency har metan en 28 gånger större inverkan på jordens atmosfär än koldioxid, en annan betydande växthusgas, över en 100-årig tidsram. Metan kan fånga in mer strålning, även om det har en kortare livslängd i atmosfären jämfört med koldioxid. Betydande bidrag till utsläppet av metan i atmosfären består av energi och industriell verksamhet, jordbruksmetoder och förekomsten av deponier.
Starkt samarbete
Som erfarna forskningsmedarbetare är Tetard och Blair väl bekanta med det urgamla talesättet: ”Om du inte lyckas först, försök, försök igen.”
Tetard sa: ”Det tog ett tag att få fram några riktigt spännande resultat. I början fungerade inte mycket av den karaktärisering vi försökte göra som vi ville. Vi satte oss ner för att diskutera förbryllande observationer så många gånger.”
De fortsatte dock obevekligt, och deras orubbliga beslutsamhet belönade dem slutligen med nya innovationer. ”Richard har en miljon olika idéer om hur man löser problem. ”Så så småningom skulle vi hitta något som fungerar”, tillade Tetard.
Introducerar ett förbättrat och grönare tillvägagångssätt för väteproduktion
Den ursprungliga uppfinningen innebär en innovativ metod för att generera väte från kolväten , som metan, samtidigt som man eliminerar utsläppet av kolgas.
Innovationen fokuserar på användningen av synligt ljus, såsom lasrar, lampor eller solkällor, och defektkonstruerade borrika fotokatalysatorer. Denna metod visar upp de anmärkningsvärda förmågorna hos nanoskaliga material, vilket möjliggör infångning och omvandling av kolväten som metan med hjälp av synligt ljus. Defektkonstruering innebär skapandet av material med oregelbundna strukturer.
Vissa föroreningar uppstår vanligtvis när en reaktion sker på konventionella katalysatorer vid högre temperaturer, såsom koldioxid, kolmonoxid eller högre polyaromatiska föreningar. Men väte som produceras med UCF:s uppfinning är fritt från dessa föroreningar.
Se även : Vad är hydrogenerad amorf kisel?
Således omvandlar forskare metan till energi och användbara material som är fria från föroreningar. Utveckling har potential att minska kostnaden för katalysatorer som används i energiproduktion, förbättra fotokatalytisk omvandling i det synliga området och optimera användningen av solenergi för katalys. Möjliga tillämpningar av väte på marknaden inkluderar storskaliga tillämpningar inom avskiljning och omvandling av metan tillsammans med involvering i solcellsparker.
Richard Blair sa: ”Den uppfinningen är egentligen en tvåfaldig process. Man får grönt väte och man tar bort – inte egentligen sekvestrerar – metan. Man bearbetar metan till bara väte och rent kol som kan användas till saker som batterier.”
Enligt honom användes metan och vatten, tillsammans med höga temperaturer, traditionellt vid vätgasproduktion. Men den processen släpper ut koldioxid samtidigt som vätgas produceras.
Blair tillade: ”Vår process tar en växthusgas, metan, och omvandlar den till något som inte är en växthusgas och två saker som är värdefulla produkter, väte och kol. Och vi har tagit bort metan från kretsloppet.”
Det observerades att Exolith Lab vid UCF framgångsrikt utnyttjade solljusets kraft för att generera väte från metangas, allt möjligt tack vare implementeringen av ett robust solkoncentratorsystem. Han föreslår att länder utan rikliga energikällor skulle kunna utnyttja uppfinningen genom att använda metan och solljus. Metan finns på platser som deponier, industri- och jordbruksområden och avloppsreningsanläggningar, utöver olje- och naturgassystem.
Visste du att sydafrikanska forskare använder grön vätgas för att tillverka LFG?
Producerar kolnano eller mikrostrukturer utan kontaminering
Tetard och Blairs teknologi skapar exakta kolstrukturer på nano- och mikroskala med hjälp av ljus och en defektkonstruerad fotokatalysator. Några exempel är kolmonoxid, etan, metan, propan och propen.
Laurene Tetard sa: ”Det är som att ha en 3D-skrivare av kolfiber istället för en 3D-skrivare av polymer. Om vi har ett sådant här verktyg kanske det till och med finns några kolfiberställningar som vi kan komma på som är omöjliga idag. Drömmen är att tillverka högpresterande kolfibermaterial från metan, vilket för närvarande inte är särskilt bra gjort.”
"Så den här uppfinningen skulle vara ett sätt att tillverka sådana material från metan på ett hållbart sätt i stor industriell skala", tillade Blair.
De producerade kolstrukturerna är små och välstrukturerade , vilket möjliggör exakt arrangemang med korrekta storlekar och mönster. Blair sa: ”Nu pratar vi om dyra tillämpningar, kanske för medicintekniska produkter eller nya kemiska sensorer. Detta blir en plattform för att utveckla alla möjliga produkter. Användningen begränsas bara av fantasin.”
Forskare omvandlar metan till energi och användbara material, men det krävs fortfarande vissa justeringar. Designmetoder har potential att införliva en rad lasrar eller solbelysning, eftersom tillväxtprocessen kan justeras vid olika våglängder och Tetards laboratorium försöker minska storleken. Tetard sa: " Vi försöker komma på ett sätt att lära oss av processen och se hur vi kan få den att fungera även i mindre skalor – kontrollera ljuset i en liten volym."
”Just nu är strukturernas storlek mikroskala eftersom den ljusfokusvolym vi skapar är mikroskala.” Så om vi kan kontrollera ljuset i en liten volym kanske vi kan odla nanostora objekt för mönstrade nanostrukturer tusen gånger mindre. Det är något vi funderar på att implementera i framtiden. Och om det blir möjligt finns det många saker vi kan göra med det”, tillade Tetard.
UCF -forskare utvecklar ny teknik för att återvinna växthusgaser till energi och material
