Scandinavische landen zoals Zweden zijn sterk afhankelijk van brandstoffen uit biomassa om hun huizen en bedrijven van stroom te voorzien. Echter, bij het verbranden van biomassa zoals hout of stro, er komen gassen vrij die de lucht kunnen vervuilen, beschadig het milieu, en de volksgezondheid schaden.

Om deze negatieve effecten te verminderen, Frederik Ossler, een universitair hoofddocent aan de Universiteit van Lund, Zweden, en Charles Finney van het Oak Ridge National Laboratory (ORNL) van het Department of Energy (DOE's) bestuderen benaderingen voor schonere energieconversie van biomassa. Met behulp van neutronenverstrooiing bij ORNL, Ossler en Finney onderzoeken hoe biomassa degradeert als ze worden blootgesteld aan extreme temperaturen. Inzichten uit hun experimenten kunnen ook wijzen op mogelijke toepassingen voor de bijproducten van de productie van bio-energie.

"Een doel op korte termijn hiervan is om inzicht te geven in de manier waarop biomassa pyrolyseert, dat wil zeggen:hoe ze degraderen in thermische omgevingen - om de modellen te verbeteren die onderzoekers voor deze processen gebruiken, " zei Finney, een onderzoeker in ORNL's Fuels and Engines Research Group in de Energy and Transportation Science Division.

Neutronen zijn zeer geschikt voor dit soort experimenten omdat ze niet-destructief zijn, kan materialen dieper doordringen dan röntgenstralen, en zijn zeer gevoelig voor lichte elementen zoals waterstof.

Ossler en Finney observeerden biomassamonsters van hout, rietje, en kurk omdat ze onder vacuüm werden blootgesteld aan temperaturen tot wel 1, 000°C (1, 832 ° F). Ze gebruikten de CG-1D IMAGING-bundellijn bij ORNL's High Flux Isotope Reactor (HFIR). Door de uitgestoten waterstof en andere gassen te analyseren, de onderzoekers kunnen begrijpen hoe de biomassastructuren veranderen als ze degraderen.

Naarmate de biomassa degradeert, het geeft ook ingesloten water vrij, gassen, en koolwaterstoffen. Deze pyrolyseproducten kunnen worden opgevangen en gebruikt voor de productie van biobrandstoffen, die kunnen worden gebruikt voor transport of energieopwekking.

"In principe, het belangrijkste idee is om alle producten van pyrolyse nuttig te maken, ’ zei Ossler.

Nadat de biomassa is gepyrolyseerd, het laat een bijproductmateriaal achter dat bekend staat als biochar, dat lijkt op houtskool en kan worden gebruikt om de bodemkwaliteit voor landbouw en tuinieren te verbeteren. Met behulp van neutronenverstrooiing, Ossler en Finney kunnen volgen hoe de biomassa intern verandert terwijl het pyrolyseert en biochar wordt.

"Het idee is dat je brandstoffen uit de biomassa zou halen, en de resterende char heeft een hoge waarde als bodemverbeteraar. Het heeft zelfs positieve voordelen voor de bodem door het vasthouden van voedingsstoffen en vocht, ' zei Finney.

Het is niet de eerste keer dat Ossler ORNL bezoekt om onderzoek te doen met neutronen.

"Ik kom uit een achtergrond van lasers, röntgenstralen, en synchrotronen, maar neutronen zijn uitzonderlijk, "Zei Ossler. "Ik zou zeggen dat het een unieke techniek is om in materialen en complexe systemen te tasten waar je op andere manieren eigenlijk geen toegang toe hebt."

Dit project bouwt voort op eerder onderzoek en maakt deel uit van een lopend meerjarig onderzoek waarbij neutronenverstrooiingstechnieken worden toegepast om de interne structuur van biomassa te onderzoeken terwijl deze wordt verwarmd. Dit onderzoek komt ook ten goede aan de onderzoeksprogramma's van het DOE Bioenergy Technologies Office die de complexe uitdaging van computermodellering van pyrolyse voor een breed scala aan biomassa aanpakken.

Extra teamleden zijn onder meer Hassina Bilheux, Jean Christophe Bilheux, Rebecca Mills, en Harley Skorpenske van ORNL's Neutron Scattering Division, Jeffrey Warren van de afdeling Milieuwetenschappen van ORNL, en Louis Santodonato van Advanced Research Systems, Inc. Ossler wordt ondersteund door het Zweedse Energie Agentschap via project GRECOP.