Il vicedirettore del Coal Research Center della Southern Illinois University si trova accanto a un sistema di gassificazione modello che separa piccole quantità di carbone in syngas. Guarda altre foto di scienze verdi. AP Photo/Steve Jahnke Alcuni dei più promettenti, Le alternative energetiche che attirano l'attenzione non sono idee rivoluzionarie. Sappiamo tutti di mulini a vento e ruote idrauliche, che esistono da secoli. Oggi, una serie di miglioramenti, compresi modelli innovativi di turbine, stanno trasformando queste antiche macchine in tecnologie all'avanguardia che possono aiutare le nazioni a soddisfare i propri bisogni energetici.
C'è un altro vecchio processo - uno di cui probabilmente non sai molto - che sta guadagnando popolarità e potrebbe unire l'energia eolica e idroelettrica nel pantheon del pulito, energia rinnovabile. Il processo è noto come gassificazione , un insieme di reazioni chimiche che utilizza ossigeno limitato per convertire una materia prima contenente carbonio in a gas sintetico , o syngas .
Sembra una combustione, ma non lo è. La combustione utilizza un'abbondanza di ossigeno per produrre calore e luce mediante combustione. La gassificazione utilizza solo una piccola quantità di ossigeno, che viene unito al vapore e cotto ad alta pressione. Questo avvia una serie di reazioni che producono una miscela gassosa composta principalmente da monossido di carbonio e idrogeno. Questo syngas può essere bruciato direttamente o utilizzato come punto di partenza per produrre fertilizzanti, idrogeno puro, metano o combustibili liquidi per il trasporto.
Credici o no, la gassificazione esiste da decenni. L'ingegnere scozzese William Murdoch ottiene il merito di aver sviluppato il processo di base. Alla fine del 1790, usando il carbone come materia prima, produceva syngas in quantità sufficiente per illuminare la sua casa. Infine, le città in Europa e in America iniziarono a usare il syngas - o "gas di città" come era noto allora - per illuminare le strade e le case delle città. Infine, il gas naturale e l'elettricità generati dalle centrali elettriche a carbone hanno sostituito il gas di città come fonte preferita di calore e luce.
Oggi, con una crisi climatica globale all'orizzonte e nazioni assetate di potere a caccia di fonti energetiche alternative, la gassificazione sta tornando. Il Gasification Technologies Council prevede che la capacità di gassificazione mondiale cresca di oltre il 70% entro il 2015. Gran parte di tale crescita avverrà in Asia, guidato dal rapido sviluppo in Cina e India. Ma gli Stati Uniti stanno abbracciando la gassificazione, anche.
Diamo un'occhiata più da vicino a come funziona questo processo. Inizieremo con la gassificazione del carbone, la forma più comune del processo.
Contenuti
A Tiverton, R.I., residente posa accanto a un contenitore etichettato "Rifiuti di impianti di gas" nel 2005. Lo stato ritiene che la contaminazione dell'area sia stata causata dalla Fall River Gas Co. che ha scaricato rifiuti di gassificazione del carbone per decenni. AP Photo/Stew Milne Il cuore di una centrale elettrica a carbone è una caldaia, in cui il carbone viene bruciato per combustione per trasformare l'acqua in vapore. La seguente equazione mostra l'aspetto chimico del carbone che brucia:C + O 2 --> CO 2 . Il carbone non è fatto di puro carbonio, ma di carbonio legato a molti altri elementi. Ancora, il contenuto di carbonio del carbone è alto, ed è il carbonio che si combina con l'ossigeno nella combustione per produrre anidride carbonica, il principale responsabile del riscaldamento globale. Altri sottoprodotti della combustione del carbone includono ossidi di zolfo, ossido d'azoto, mercurio e materiali radioattivi naturali.
Il cuore di una centrale elettrica che incorpora la gassificazione non è una caldaia, ma a gassificatore , un recipiente a pressione cilindrico di circa 40 piedi (12 metri) di altezza per 13 piedi (4 metri) di diametro. Le materie prime entrano nel gassificatore in alto, mentre vapore e ossigeno entrano dal basso. Qualsiasi tipo di materiale contenente carbonio può essere una materia prima, ma la gassificazione del carbone, Certo, richiede carbone. Un tipico impianto di gassificazione potrebbe utilizzare 16, 000 tonnellate (14, 515 tonnellate) di lignite, un tipo di carbone brunastro, quotidiano.
Un gassificatore funziona a temperature e pressioni più elevate rispetto a una caldaia a carbone - circa 2, 600 gradi Fahrenheit (1, 427 gradi Celsius) e 1, 000 libbre per pollice quadrato (6, 895 kilopascal), rispettivamente. Questo fa sì che il carbone subisca diverse reazioni chimiche. Primo, l'ossidazione parziale del carbonio del carbone libera calore che aiuta ad alimentare le reazioni di gassificazione. Il primo di questi è pirolisi , che si verifica quando la materia volatile del carbone si degrada in diversi gas, lasciando dietro char , una sostanza simile al carbone. Quindi, le reazioni di riduzione trasformano il carbonio rimanente nel carbone in una miscela gassosa nota come syngas .
Il monossido di carbonio e l'idrogeno sono i due componenti principali del syngas. Durante un processo noto come pulizia del gas , il syngas grezzo attraversa una camera di raffreddamento che può essere utilizzata per separare i vari componenti. La pulizia può rimuovere le impurità nocive, compreso lo zolfo, mercurio e carbonio non convertito. Anche l'anidride carbonica può essere estratta dal gas e immagazzinata nel sottosuolo o utilizzata nella produzione di ammoniaca o metanolo.
Che lascia idrogeno puro e monossido di carbonio, che può essere bruciato in modo pulito nelle turbine a gas per produrre elettricità. O, alcune centrali elettriche convertono il syngas in gas naturale facendo passare il gas pulito su un catalizzatore di nichel, facendo reagire il monossido di carbonio e l'anidride carbonica con l'idrogeno libero per formare metano. Questo "gas naturale sostitutivo" si comporta come il normale gas naturale e può essere utilizzato per generare elettricità o riscaldare abitazioni e aziende.
Ma se il carbone non è disponibile, la gassificazione è ancora possibile. Tutto ciò di cui hai bisogno è un po' di legno.
Secondi SyngasSebbene l'industria dell'energia elettrica si sia recentemente interessata alla gassificazione, la chimica, le industrie di raffinazione e fertilizzanti utilizzano il processo da decenni. Questo perché i componenti principali del syngas - idrogeno e monossido di carbonio - sono gli elementi costitutivi di base di molti altri prodotti. Alcuni dei prodotti più importanti derivati dal syngas includono metanolo, fertilizzanti a base di azoto e idrogeno per la raffinazione del petrolio e i carburanti per il trasporto. Persino scorie , un sottoprodotto simile al vetro del processo di gassificazione, può essere utilizzato in materiali di copertura o come materiale di fondo stradale.
La gassificazione del carbone è talvolta chiamata "carbone pulito" perché può essere utilizzato per generare elettricità senza eruttare tossine e anidride carbonica nell'atmosfera. Ma è ancora basato su un combustibile fossile non rinnovabile. E richiede ancora operazioni minerarie che sfregiano la Terra e lasciano dietro di sé rifiuti tossici. Gassificazione del legno -- o gassificazione della biomassa , per essere più tecnicamente corretto - può fornire una valida alternativa. La biomassa è considerata una fonte di energia rinnovabile perché è composta da materiali organici, come alberi, raccolti e persino immondizia.
La gassificazione della biomassa funziona proprio come la gassificazione del carbone:una materia prima entra in un gassificatore, che cuoce il materiale contenente carbonio in un ambiente a basso contenuto di ossigeno per produrre syngas. Le materie prime generalmente rientrano in una delle quattro categorie:
La scelta della materia prima determina il design del gassificatore. Tre modelli sono comuni nella gassificazione della biomassa:updraft, downdraft e crossdraft. in an gassificatore ascendente , il legno entra nella camera di gassificazione dall'alto, cade su una grata e forma una pila di combustibile. L'aria entra da sotto la griglia e risale attraverso la pila di combustibile. Il syngas, conosciuto anche come gas produttore nei circoli della biomassa, esce dalla parte superiore della camera. In downdraft o gassificatori a tiraggio incrociato , l'aria e il syngas possono entrare ed uscire in luoghi diversi.
La scelta del design del combustibile e del gassificatore influenza le proporzioni relative dei composti nel syngas. Per esempio, la paglia di grano posta in un gassificatore downdraft produce quanto segue:
Ma il carbone posto in un gassificatore downdraft produce quanto segue:
[fonte:Rajvanshi].
Ora sei pronto per creare il tuo gassificatore di legno. Continua a fare clic per vedere come.
Migliore distanza in miglia del gas(ificazione)Credici o no, uno degli usi principali della gassificazione del legno è stato quello di alimentare i motori a combustione interna. Prima del 1940, occasionalmente si vedevano automobili alimentate a gassificazione, soprattutto in Europa. Quindi, durante la seconda guerra mondiale, la carenza di petrolio ha costretto le persone a pensare ad alternative. Le industrie dei trasporti dell'Europa occidentale si affidavano alla gassificazione del legno per alimentare i veicoli e garantire che il cibo e altri materiali importanti arrivassero ai consumatori. Dopo la guerra, man mano che il gas e il petrolio diventavano ampiamente disponibili, la gassificazione è stata in gran parte dimenticata. Una futura carenza di petrolio, però, può rivitalizzare il nostro interesse per questa vecchia tecnologia. L'automobilista del futuro potrebbe chiedere di "ricaricarlo" con alcuni bastoncini di legno invece di pochi litri di benzina.
Il futuro riserva molta più energia da gassificatori come questo? Phillip Spears/Getty Images Una qualità interessante della gassificazione è la sua scalabilità. La Polk Power Station appena a sud-est di Tampa è un impianto di gassificazione che copre 4, 300 acri (1, 740 ettari). Converte 100 tonnellate (90,7 tonnellate) di carbone all'ora in 250 milioni di watt di potenza per circa 60, 000 case e aziende [fonte:Folger].
Ma non devi essere un gigantesco servizio pubblico per sperimentare la gassificazione. Puoi costruire un semplice, piccolo gassificatore con materiali che trovate in giro per casa. YouTube presenta diversi video di queste unità fatte in casa. Un video, Per esempio, mostra un barattolo di vernice che svolge il ruolo di recipiente a pressione in cui si verificano le reazioni di gassificazione. Poiché il syngas viene prodotto all'interno della lattina sigillata, si sposta attraverso alcuni semplici raccordi idraulici fino a un bruciatore può, dove il gas può essere acceso.
Un altro video interessante mostra una piccola squadra che assembla e fa funzionare un gassificatore di legno sulla base di piani preparati dalla Federal Emergency Management Agency (FEMA) degli Stati Uniti e dall'Oak Ridge National Laboratory. La FEMA ha sviluppato questi piani nel 1989 specificamente per la gassificazione su piccola scala in caso di emergenza petrolifera. Il rapporto dell'agenzia include dettagliati, istruzioni illustrate per la fabbricazione, installazione e funzionamento di un gassificatore a biomassa downdraft. (Un collegamento al rapporto è incluso nell'elenco delle fonti sotto "Lafontaine" nella pagina successiva.) L'unità richiede un bidone della spazzatura in metallo zincato, un piccolo tamburo di metallo, raccordi idraulici comuni e una ciotola di miscelazione in acciaio inossidabile e può essere montato su un veicolo per fornire syngas per la combustione interna. Con il gassificatore in posizione, il veicolo può funzionare in modo affidabile utilizzando trucioli di legno o altra biomassa come combustibile.
Se sei interessato alla gassificazione, ma non sono il tipo fai-da-te, allora potresti prendere in considerazione l'acquisto di un'unità di gassificazione da un produttore. Per esempio, New Horizon Corporation distribuisce sistemi di gassificazione che possono essere installati in un ambiente domestico. Queste caldaie a gassificazione di biomassa possono riscaldare case, garage e altri edifici e può utilizzare una varietà di combustibili, compreso legno stagionato, pannocchie di mais, segatura, cippato e qualsiasi tipo di pellet.
In entrambi i casi, La gassificazione emergerà probabilmente come una delle alternative energetiche più importanti nei prossimi decenni. È il modo più pulito di usare il carbone, ma funziona anche in modo efficiente con fonti di energia rinnovabile, come la biomassa. E, perché uno dei prodotti primari della gassificazione è l'idrogeno, il processo offre un trampolino di lancio per la produzione di grandi quantità di idrogeno per celle a combustibile e combustibili più puliti.
Continua a leggere per ulteriori collegamenti al futuro dell'energia e della tecnologia verde.
