I paesi nordici come la Svezia fanno molto affidamento sui combustibili derivati ​​dalla biomassa per alimentare le loro case e le loro attività. Però, nel processo di combustione di biomassa come legno o paglia, vengono rilasciati gas che possono inquinare l'aria, danneggiare l'ambiente, e nuocere alla salute pubblica.

Per mitigare questi effetti negativi, Frederik Ossler, professore associato all'Università di Lund, Svezia, e Charles Finney dell'Oak Ridge National Laboratory (ORNL) del Dipartimento dell'Energia (DOE) stanno studiando approcci alla conversione energetica più pulita della biomassa. Usando lo scattering di neutroni all'ORNL, Ossler e Finney stanno studiando come le biomasse si degradano quando sono esposte a temperature estreme. Le intuizioni dei loro esperimenti potrebbero anche indicare possibili applicazioni per i sottoprodotti della produzione di bioenergia.

"Un obiettivo a breve termine di questo è quello di fornire informazioni sul modo in cui le biomasse pirolizzano, ovvero, come si degradano negli ambienti termici, per migliorare i modelli che i ricercatori utilizzano per questi processi, "disse Finney, un ricercatore nel gruppo di ricerca sui combustibili e sui motori dell'ORNL nella divisione di scienze dell'energia e dei trasporti.

I neutroni sono adatti a questo tipo di esperimenti perché non sono distruttivi, possono penetrare i materiali più profondamente dei raggi X, e sono altamente sensibili agli elementi leggeri come l'idrogeno.

Ossler e Finney hanno osservato campioni di biomassa di legno, cannuccia, e sughero poiché sono stati esposti sotto vuoto a temperature fino a 1, 000°C (1, 832°F). Hanno usato la linea di luce CG-1D IMAGING presso l'High Flux Isotope Reactor (HFIR) dell'ORNL. Analizzando l'idrogeno e altri gas emessi, i ricercatori possono capire come cambiano le strutture della biomassa mentre si degradano.

Man mano che la biomassa si degrada, rilascia anche acqua intrappolata, gas, e idrocarburi. Questi prodotti di pirolisi possono essere catturati e utilizzati per produrre biocarburanti, che può essere utilizzato per il trasporto o la produzione di energia.

"Fondamentalmente, l'idea principale è quella di rendere utili tutti i prodotti della pirolisi, " disse Ossler.

Dopo che la biomassa è stata pirolizzata, lascia dietro di sé un sottoprodotto noto come biochar, che assomiglia al carbone e può essere utilizzato per migliorare la qualità del suolo per l'agricoltura e il giardinaggio. Utilizzando lo scattering di neutroni, Ossler e Finney possono monitorare come la biomassa cambia internamente mentre si pirolizza e diventa biochar.

"L'idea è di estrarre combustibili dalla biomassa, e il salmerino rimanente ha un alto valore come ammendante del suolo. In realtà ha benefici positivi per il suolo trattenendo i nutrienti e l'umidità, " disse Finney.

Questa non è la prima volta che Ossler ha visitato l'ORNL per condurre ricerche usando i neutroni.

"Vengo da un background di laser, raggi X, e sincrotroni, ma i neutroni sono eccezionali, " Ossler ha detto. "Direi che è una tecnica unica per sondare all'interno di materiali e sistemi complessi in cui praticamente non si ha accesso in altri modi".

Questo progetto amplia la ricerca precedente e fa parte di uno studio pluriennale in corso che applica tecniche di diffusione di neutroni per esplorare la struttura interna della biomassa mentre viene riscaldata. Questa ricerca avvantaggia anche i programmi di ricerca del DOE Bioenergy Technologies Office che affrontano la complessa sfida della modellazione computerizzata della pirolisi per un'ampia gamma di biomasse.

Altri membri del team includono Hassina Bilheux, Jean-Christophe Bilheux, Rebecca Mills, e Harley Skorpenske della divisione Neutron Scattering di ORNL, Jeffrey Warren della Divisione di Scienze Ambientali dell'ORNL, e Louis Santodonato di Advanced Research Systems, Inc. Ossler è supportato dall'Agenzia svedese per l'energia attraverso il progetto GRECOP.