Zázrak mechanochemie: Průlom v separaci a uskladňování plynů  
Australští materiáloví vědci přicházejí s revoluční technologií pro zpracování plynů. Klíčovou roli hrají mechanochemické reakce v kulovém mlýnu a absorpce do nanomateriálu z nitridu bóru. Na dohled máme velké změny v separaci, uskladňování a také v transportu plynů, například vodíku pro vodíkovou energetiku.
Ian Chen vpravo. Kredit: Deakin University.
Ian Chen vpravo. Kredit: Deakin University.

Energetika je v podstatě v permanentní krizi. Chce to nové nápady, nové technologie. Slibný je například vodík, ale ve větším uplatnění mu brání problémy se skladováním a transportem. Vodík má v hledáčku i Austrálie, kterou teď sužují těžkosti s plynem. Zajímavé řešení nabízí výzkum odborníků australské Deakin University, který vymyslel novou technologii pro separaci, uskladňování a také transport plynů.

 

Tradiční metody rafinace ropy jsou založené na procesu kryogenní destilace. Slouží k rozdělení ropy na různé plyny, které jsou pak používané spotřebiteli. Tento proces je ale nesmírně energeticky náročný a představuje zhruba 15 procent celosvětové spotřeby energie. Ying (Ian) Chen a jeho kolegové šli úplně jinou cestou a použili mechanochemii, která zahrnuje chemické reakce spouštěné působením mechanických sil.

Mechanickochemické zpracování plynů. Kredit: Deakin University.
Mechanickochemické zpracování plynů. Kredit: Deakin University.

 

V tomto případě zajišťuje mechanické působení kulový mlýn. Jde o zařízení, v němž se otáčí válec s ocelovými kuličkami. Badatelé do kulového mlýnu umístili prášek z nitridu bóru, tvořený nanoplátky, a vpustili směs plynů. Při rychlejší a rychlejším otáčení mlýnu se kuličky srážejí s práškem a se stěnami válce. To spustí mechanochemickou reakci, která vede k absorpci plynů do prášku z nitridu bóru. Různé plyny se absorbují různou rychlostí a kvůli tomu dojde k jejich oddělení.

 

Logo. Kredit: Deakin University.
Logo. Kredit: Deakin University.

Podle všeho jde o zásadní průlom, který by mohl změnit technologie zpracování plynů. Je to tak významná záležitost, že badatelé raději vše asi tak třicetkrát zopakovali, než s tím šli ven. Pokaždé to dopadlo stejně a pro tým Deakin University to bylo jako Archimédova „heuréka!“. Klíčové je, že nový proces spotřebuje mnohem méně energie než původní postupy. Je tedy šetrnější vůči prostředí a hlavně levnější.

 

Zpracování 1000 litrů plynů tímto způsobem vyžaduje 76.8 KJ/s. To představuje minimálně o 90 procent méně energie, než kolik spolykají současné postupy zpracování plynů v ropném průmyslu. Plyn absorbovaný do zmíněného prášku je možné velmi bezpečně skladovat i transportovat. Pokud je nutné plyn používat, stačí zahřát prášek s plynem ve vakuu, což vede k uvolnění absorbovaného plynu v původní podobě.

 

Mechanochemická technologie je vyvrcholením 30 let výzkumu materiálů. Badatele teď čeká spolupráce s odborníky z průmyslu, doladění technologie pro průmyslové provozy a vývoj praktických aplikací. Především bude nutné ověřit, zda výhody mechanochemického postupu, které byly ověřeny v laboratoři, trvají i při zpracování plynů ve velkém měřítku.

 

Video: The Institute for Frontier Materials (IFM) - Deakin University

 

Literatura

Deakin University 14. 7. 2022.

Materials Today online 9. 7. 2022.

Datum: 20.07.2022
Tisk článku

Související články:

Průlomová technologie těží vodík z ropných polí a ropných písků     Autor: Stanislav Mihulka (24.08.2019)
Věčný zdroj čistého vodíku: odpadní voda s exkrementy     Autor: Stanislav Mihulka (16.09.2020)
Pozoruhodné nanobonbony by mohly uskladňovat vodík     Autor: Stanislav Mihulka (29.12.2021)



Diskuze:

A ja som si vždy

Vladimír Bzdušek,2022-07-24 12:17:35

pod pojmom mechanochémia predstavoval, ako vezmem kus polyetylénu, a keď véééľmi jemne strúham za prítomnosti vodíka, vznikne zmes uhľovodíkov, prípadne až metán. Či?

Odpovědět

Nic nového

Jaroslav Rosypal,2022-07-21 10:45:05

Už asi před čtyřiceti lety jsem v novinách četl článek o sovětských vědcích (dlouho jsem si ho schovával), kteří zjistili, že metalická houba může absorbovat vodíku tolik, že 1 kubický decimetr houby dokáže pohltit tolik vodíku, že to vystačí na 400 km pohonu auta. Akorát se jim ještě nepodařilo najít ten kov, který to dokáže. Hned pod tím byl další článek, kde sovětští vědci vyšlechtili řasu, která produkuje vodík. Závěr byl, že stačí do skleníku s řasami pověsit ony metalické kostky a ty budou vyprodukovaný vodík pohlcovat. Od té doby si tu blbost pamatuju.
Takže i nyní se přichází se stále absurdnějšími metodami, které nemají nejmenší naději na praktické využití.

Odpovědět

destilace plynů

Florian Stanislav,2022-07-21 00:24:50

Článek:
"Tradiční metody rafinace ropy jsou založené na procesu kryogenní destilace."
Komentář:
Slovo kryogenní . Význam: mrazový, vzniklý působením mrazu.
Kryogenní destilace se užívá u vzduchu.
Ropa se destiluje kontinuálně ( = rektifikace). Je destilace atmosférická (do 360 °C - plyny, benzín, petrolej, plynový olej= zhruba nafta..)..a vakuová ( hlavně vznikají oleje a zbyde asfalt.)
Zdroj :https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1369702122001614
píše něco zcela jiného, nejde o destilaci ropy, ale dělení plynů, které z ropy pocházejí.
"Lehké uhlovodíkové směsi olefinů a parafinových plynů vznikají při zpracování zemního plynu nebo při petrochemickém zpracování. Petrochemický průmysl odděluje směsi uhlovodíkových plynů pomocí energeticky náročného kryogenního destilačního procesu, který představuje 15 % celosvětové spotřeby energie [1]"
Tomu nerozumím, 15% světové spotřeby na kryogenní destilaci plynů pocházejících z ropy? Světová energetika využívá uhlí, ropu, zemní plyn, jádro, solární, větrnou , vodní..energii.
Snad 15% spotřeby energie na zpracování ropy.
Článek píše :
"Zpracování 1000 litrů plynů tímto způsobem vyžaduje 76.8 KJ/s"
Zřejmě jde o 76,8 kJ/s tedy kilojoule/s ( s malým k jako kilo), tedy 76,8 kW výkonu je třeba ke kontinuální produkci 1000 litrů plynů za sekundu.

Odpovědět

Jednotky

Honza Šimek,2022-07-20 20:25:23

"Zpracování 1000 litrů plynů tímto způsobem vyžaduje 76.8 KJ/s."
Tím je myšlen potřebný příkon při zpracování v měřítku 1000 litrů plynu za sekundu? Jinak mi nedochází, proč by měla být energetická náročnost na zpracování určitého množství uváděna v jednotkách příkonu, nikoli energie.

Odpovědět


Re: Jednotky

Josef Hrncirik,2022-07-23 21:54:57

The ball-milling gas absorption process consumes 76.8 KJ/s to store and separate 1000L of gases. This at least 90 per cent less than the energy used in the petroleum industry’s current separation process.
For BN milled in C2H4, the TGA curve showed a gradual weight loss up to 400 °C (2.5 wt.%) due to the release of physically adsorbed gas and then a sharp curve change indicating large and quick weight loss from 400 to 550 °C (14.5 wt.%) (Fig. 3b).
This high desorption temperature and narrow temperature range indicate that C2H4 was chemically adsorbed on the BN nanosheets. The desorption temperature range observed was larger than the desorption temperature of C2H4 on zeolite (350–380 °C) [32] and defect-laden BN (287 °C) [19]. A desorption energy of 88.7 J/g was determined by in-situ differential scanning calorimetry (DSC). nikde není graf či výpočet.
Vsadil bych Formosu proti Novému Zélandu, že to je na gram BN a navíc chybně. 89 J/g čistého etylenu by jej ohřálo jen o 60°C a k desorpci to zahřívali podle fig.3 na 400-500°C, nepočítaje vůbec desorpční teplo, které by nutně muselo být větší než výparné při n.b.v. kde je cca 470 J/g.
Once absorbed into this material, the gas can be transported safely and easily. Then, when the gas is needed, the powder can be simply heated in a vacuum to release the gas unchanged.
Akorát, že žíhání zdržuje, žere energii a je nebezpečné. S acetylenem to žíhali od 300 do 800°C, asi nic nevyždímali a přišli o BN. S acetylenem 400 kPa jde o život. Sorbovali jim to experti na bezpečné plničce lahví. Sebevražedně to desorbovali sami, protože to zpolymerovalo.

The breakthrough is the culmination of three decades of work led by Professor Chen and his team and could help create solid state storage technologies for a range of gases, including hydrogen.
Vychytralý Chan o H2 jen mluví, pochopitelně ví, že se sorbovat nebude vůbec. Ví na co gojim SPOLEHLIVĚ zaberou na dalších 6 pětiletek..

"The current way of storing hydrogen is in a high-pressure tank, or by cooling the gas down to a liquid form. Both require large amounts of energy, as well as dangerous processes and chemicals," he said.
Když 4 g BN mleli 20 h, tak prý propálili elektřinu za 0,3 dolaru a nasorbovali jen max. 3 l plynu. S trochou smůly je to na 1000 l plynu i 300 kWh, nikoliv 80 kJ ? z DCS.E to ani nezačali desorbovat.
Příkon kulového mlýnu je tajný. Byly použito 4; 5 až 8 koulí 1´´

Odpovědět


Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce







Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace