Процесс пиролиза превращает растительные материалы в биомасло и биоуголь, по словам доцента Чжэнжун Гу из факультета сельского хозяйства и биосистемы Университета Южной Дакоты. Когда биомасло подвергается дальнейшей переработке, оно становится биотопливом.Гу превращает биоуголь, материал, похожий на уголь, в графен, который можно использовать вместо дорогого активированного угля для покрытия электродов устройств накопления энергии — суперконденсаторов.Гу объяснил, что в небольших двигателях используются пусковые и рабочие конденсаторы, но суперконденсаторы имеют более высокую скорость заряда и разряда, а также более высокую емкость хранения энергии.
В отличие от обычных батарей суперконденсаторы выдерживают низкие температуры.Для производства этих запоминающих устройств Соединенные Штаты в настоящее время импортируют большую часть своего активированного угля из Азии, включая Японию, Таиланд и Китай. «Мы можем использовать эти обильные сельскохозяйственные материалы в качестве биотоплива, чтобы уменьшить нашу зависимость от нефти и, в то же время, производить хороший активированный углерод для экспорта», — сказал Гу.
Повышение ценности продуктаГу оценил примерно 2,2 фунта графена как минимум 1000 долларов.
Фунт DDGS стоит от 7,5 до 9 центов и превращается примерно в 7 унций графена.«Это повышенная стоимость продукта», — сказал Гу. «Мы можем превратить сельскохозяйственные отходы в ценный продукт, который легко транспортировать».После того, как DDGS или кукурузная солома превращается в biochar, Гу смешивает химическое вещество, называемое катализатором, с biochar и нагревает смесь до 1292 градусов по Фаренгейту в течение одного часа, чтобы сделать пористый графен.«Это одностадийный процесс», — сказал он.
Он оценил производственные затраты, включая сырье, примерно в 1,36 доллара за фунт графена.Используя в качестве сырья большой синий стебель местной травы, Гу сказал, что «мы экономим больше на сырье».Кроме того, Гу надеется адаптировать новую технику плазменной обработки, разработанную в SDSU, которая сокращает время обработки до пяти минут и температуру до 302 градусов по Фаренгейту, чтобы преобразовать биоуголь в графен.
Он добавил, что это может привести к значительной экономии средств.Оптимизация свойств материалаХотя метод обработки Гу генерирует графен со свойствами, необходимыми для захвата и разряда электричества, он признал: «Мы не знаем, как происходит реакция».Благодаря гранту в размере 775 155 долларов США от Национального научного фонда, а также 332 210 долларов США из фондов университетов, Гу и группа исследователей SDSU, изучающих углеродные материалы и технологии биотоплива, приобрели просвечивающий электронный микроскоп, который поможет продвинуть этот и другие проекты в масштабах кампуса.
Инструмент должен прибыть этой весной.«Мы можем выяснить, как происходит процесс, и узнать, как изменить параметры, чтобы улучшить конечный продукт», — сказал Гу.
Гу объяснил, что с помощью микроскопа он и его команда могут определить внутреннюю структуру материала и то, как морфология изменяет его свойства хранения энергии, так же, как врачи используют компьютерную томографию для исследования человеческого тела. Они также могут выяснить, производит ли биоуголь из одного типа сырья графен лучше, чем из другого.
