Прорывной Кембриджский реактор перерабатывает 99% газа для производства водородного топлива и углерода
отраслевые новостиЭтот подход позволяет увеличить производство углеродных нанотрубок более чем в восемь раз, а также получить большое количество чистого водородного топлива.
Газообразный водород является очень востребованным источником топлива, поскольку он полностью сгорает, не производя выбросов углекислого газа. По мере того, как страны стремятся отказаться от ископаемого топлива, спрос на водород растет.
Однако современные методы производства водорода, такие как паровой риформинг метана, приводят к образованию монооксида углерода в качестве побочного продукта.
Исследователи из Кембриджа изучили другую реакцию с участием метана, в ходе которой в качестве побочного продукта образуется небольшое количество водорода. Эта реакция называется пиролизом метана и предназначена для получения углеродных нанотрубок, которые используются в качестве токопроводящих добавок в литий-ионных аккумуляторах - еще одной области, спрос на которую в настоящее время растет.
Исследователи из Кембриджа задались вопросом, можно ли усовершенствовать реакцию пиролиза для получения большого количества газообразного водорода, который является побочным продуктом.
В настоящее время для производства УНТ обычно используется реактор с псевдоожиженным слоем или насадкой.
На протяжении многих лет предпринимались попытки перейти на газофазный катализатор, который позволяет получать более качественные и долговечные УНТ, обеспечивающие улучшенные характеристики электродов.
Процесс, называемый химическим осаждением из паровой фазы на плавающем катализаторе (FCCVD), использует метан, но также требует разбавления его водородом для предотвращения образования сажи.
Расширение масштабов применения FCCVD является сложной задачей, поскольку с самого начала требует большого количества газообразного водорода. В конечном итоге в результате реакции образуется немного больше водорода, чем было введено.
В FCCVD используется однопроходная установка, при которой газообразный метан подается в реактор один раз перед выпуском. Это приводит к значительным потерям. Исследователи из Кембриджа решили использовать циклический поток газа до тех пор, пока весь метан не будет израсходован на производство УНТ. Это устранило необходимость в дополнительном вводе водорода.
В настоящее время в экспериментальном масштабе работает только одна система FCCVD, которая использует однопроходную конфигурацию. Чтобы продемонстрировать свою многоходовую систему, исследователи построили лабораторный реактор.
После того, как поток газа прошел через реактор пиролиза при температуре 2372°F (1300°C), 1 процент газа был удален для удаления водорода, в то время как УНТ раскатывались на мате. Газ также содержит другие углеводороды и сероводород, но они не влияют на производство УНТ.
Использование закрытой системы значительно сокращает количество отходов, образующихся в реакторе. По сравнению с однопроходным реактором, исследовательская группа сообщила в своей исследовательской статье о “повышении выхода углерода в 8,7 раз и молярной эффективности процесса в 446 раз”.
Молярная эффективность процесса является показателем того, насколько эффективно система использует каждую молекулу газа.
Чтобы определить, как система будет работать в реальном мире, команда разработала компьютерную модель, используя данные, полученные на коммерческой установке, для достижения точной симуляции. Они обнаружили, что конструкция многоходового реактора преобразует 75% газа в системе в УНТ и водород в соотношении 3:1.
Лабораторный реактор также работал на газе, состоящем из метана и углекислого газа, что является попыткой имитировать работу биогазовой установки. Если это удастся масштабировать, ученые смогут производить высококачественные УНТ и экологически чистое топливо.