Synthetische verbindingen die steeds vaker worden gebruikt in alledaagse producten zoals shampoo en motorolie, vinden hun weg naar stortplaatsen en vullen het biogas dat die stortplaatsen produceren aan, hebben onderzoekers van de Universiteit van Michigan ontdekt.

Hoewel het tegenwoordig een probleem is, de onderzoekers zeggen dat het een kans zou kunnen zijn om meer energie uit stortgas te halen.

de verbindingen, genaamd "siloxanen, " zijn efficiënt in het geleiden van warmte en interactie met water, en als zodanig is hun populariteit toegenomen in een verscheidenheid aan consumentenproducten. Dat betekent dat er steeds meer siloxanen naar uw plaatselijke stortplaats gaan.

Biogas verwijst naar brandstofgassen die worden gesynthetiseerd uit verschillende biologische of organische grondstoffen zoals stortgas en afvalwaterzuiveringsinstallaties. In recente jaren, het is duidelijk geworden dat siloxanen schade hebben toegebracht aan de elektriciteitsopwekkingsapparatuur die wordt gevoed met stortgas. Maar de onderzoekers zeggen dat de siloxanen daadwerkelijk kunnen worden gebruikt om meer energie te produceren.

Het U-M-team voerde de eerste chemische analyse uit van de invloed van siloxanen op biogas. De onderzoekers ontdekten dat siloxanen de reactiviteit van biogas verhogen, wat leidt tot een snellere ontsteking in motoren en het vrijkomen van meer energie. Maar die motoren - meestal stroomopwekkende gasturbines en zuigermotoren - kunnen worden beschadigd door de siloxanen in het biogas.

"Siloxanen zijn zeer ontvlambaar, " zei Margaret Wooldridge, de Arthur F. Thurnau hoogleraar Werktuigbouwkunde en directeur van het Dow Sustainability Fellows Program aan de U-M. "Ze veranderen de chemie van biogas als een gek. Het spul is als raketbrandstof, letterlijk-gek-reactief."

De siloxanen veranderen in wezen de "vlamsnelheid, " wat een maat is voor hoe snel een brandstof verbrandt en een turbine of zuiger aandrijft.

Biogas bestaat voornamelijk uit methaan. Methaangas komt in de natuur voor, maar wordt ook geproduceerd wanneer organisch materiaal op stortplaatsen uiteenvalt, samen met waterstof, koolmonoxide, en andere koolwaterstoffen. Methaan is het hoofdbestanddeel van aardgas en biogas, het maken van zowel waardevolle bronnen van brandstof als energie die schoner zijn dan steenkool.

In de atmosfeer, echter, methaan is bijzonder goed in het vasthouden van warmte, bijdragen aan ons probleem van de opwarming van de aarde. Vooral, methaan is 30 keer effectiever als broeikasgas dan CO2. En volgens de EPA, gemeentelijke stortplaatsen voor vast afval zijn elk jaar goed voor 14% van alle menselijke methaanemissies in de VS - de op twee na grootste bron achter de gas- en aardolie-industrie en de landbouw.

Die eigenschap heeft geleid tot pogingen om methaan van stortplaatsen af ​​te vangen en als brandstof te gebruiken. in plaats van het ongecontroleerd te laten ontsnappen.

'Ontsteekbaarheid' meten

In dit onderzoek, UM-onderzoekers testten afzonderlijk waterstof- en koolmonoxidemengsels die twee siloxanen bevatten - trimethylsilanol (TMSO) en hexamethyldisiloxaan (HMDSO) - tegen waterstof- en koolmonoxidemengsels zonder siloxanen.

specifiek, de onderzoekers klokten hoe lang het duurde voordat elk mengsel ontbrandde. Brandstoffen met een kortere ontstekingsvertraging worden als meer ontvlambaar of reactiever beschouwd - en waterstof is een van de meest reactieve brandstoffen die we gebruiken.

Waterstof en koolmonoxide met TMSO produceerden ontstekingsvertragingen die 37% sneller waren dan in het referentiegeval. En met HMDSO geïnfuseerd methaan produceerde 50% snellere vertragingstijden.

De resultaten van het onderzoek van U-M zijn gepubliceerd in de nieuwste editie van Verbranding en vlam . Onderzoekers hopen dat hun werk licht werpt op hoe siloxanen de motorprestaties veranderen wanneer ze als brandstof worden gebruikt.

"Spoorconcentraties van siloxanen zijn een bekend probleem in biogastoepassingen, wat leidt tot de vorming van schurende silica-afzettingen op motorcomponenten, " zei Rachel Schwind, een promovendus en co-auteur van de studie. "Om deze reden, het meeste eerdere onderzoek op dit gebied was gericht op hoe ze uit het opgevangen gas kunnen worden verwijderd."

Gebruik van siloxanen, in plaats van ze te verwijderen

Samen met het probleem dat siloxanen vormen, er is ook potentieel. Wooldridge zei dat siloxanen de sleutel zouden kunnen zijn voor het verkrijgen van een versterkte energieproductie uit biogas.

"We zouden ze graag kunnen gebruiken als energiebron, " ze zei.

Het analyseren van de verbrandingschemie is een stap in die richting.

"Dat zou mogelijk de noodzaak van scrubben of verwijderen tijdens biogasverwerking teniet doen en de kosten verlagen, "Zei Schwind. "Als we die kosten kunnen verlagen, het brengt biogas dichter bij een echt koolstofneutrale brandstof. En als we stortgas economisch aantrekkelijker kunnen maken, exploitanten van stortplaatsen zullen meer gestimuleerd worden om dit schadelijke broeikasgas af te vangen en te gebruiken."