Исследователи из Университета Западной Вирджинии (WVU) получили $3 млн от Министерства энергетики США на разработку новой химической реакторной системы, которая может изменить промышленные производственные процессы.
Возглавляемая профессором Джоном Ху команда WVU намерена изучить способы значительного снижения энергопотребления и выбросов парниковых газов в промышленных процессах за счет использования микроволн для одновременного производства этилена и аммиака. Традиционные методы производства этилена и аммиака выделяют большое количество парниковых газов на начало 2024 года, что является насущной экологической проблемой, учитывая острую необходимость борьбы с изменением климата.
Новая реакторная система команды предлагает более устойчивую и эффективную альтернативу с использованием микроволнового электромагнитного излучения. Такой подход может позволить отказаться от традиционных методов, которые часто опираются на ископаемое топливо и могут быть энергоемкими и вредными для окружающей среды. Микроволновая технология же позволяет точно контролировать условия реакции, что ведет к повышению выхода продукции, снижению энергопотребления и, что немаловажно, уменьшению выбросов парниковых газов.
Ключевым аспектом исследования WVU является углеродно-отрицательный процесс в реакторе, который позволяет снизить потребление энергии до 85%. Это может принести значительную пользу целому ряду крупных энергоемких отраслей промышленности и может быть адаптировано для более простых операций, таких как разделение воздуха.
«Использование микроволн позволяет нам очень точно контролировать подачу тепла, так что мы можем быстро переключаться между нагреванием реактора для получения метана и его охлаждением для синтеза аммиака. Используя водород, получаемый при соединении метана, мы устраняем необходимость в стадии производства водорода при синтезе аммиака и делаем процесс гораздо более дружественным к окружающей среде! Поскольку на долю промышленного тепла приходится около 9% выбросов в США, внедрение этой технологии может оказать значительное влияние на усилия по сокращению выбросов», - пояснил профессор WVU Джоном Ху.
Доценты WVU Юксин Ванг и Юхэ Тянь, а также профессор и заведующий кафедрой биомедицинской инженерии колледжа Статлер Шринивас Паланки, внесли свой вклад в этот проект, опираясь на существующие патенты WVU и исследования, которые демонстрируют работу микроволновых реакторов при более низких температурах. Такой подход позволяет получить меньше нежелательных побочных продуктов и повысить выход продукции, работая в «неравновесном режиме». Кроме того, исследовательская группа использует машинное обучение для оптимизации операций путем обработки данных в реальном времени, измеряемых инструментами внутри реактора.
По мере приближения проекта к коммерческой жизнеспособности он сулит экологические и экономические выгоды, особенно для богатых ресурсами штатов, таких как Западная Вирджиния. Ожидается, что эта технология будет стимулировать местную экономику и создавать новые рабочие места, особенно в регионах, пострадавших от упадка традиционных отраслей промышленности, таких как добыча угля.
По словам ученых, данное исследование являются частью более масштабной промышленной трансформации. К 2025 году в США будет 3,5 млн рабочих мест в области науки, технологий, инженерии и математики.
Инженеры WVU добились значительных успехов в области устойчивого промышленного производства, разработав технологию микроволновых реакторов. Снижая энергопотребление и выбросы парниковых газов, используя возобновляемые источники энергии и повышая эффективность за счет технологических достижений, этот проект соответствует глобальным инициативам по борьбе с изменением климата. По мере приближения к коммерческой реальности, акцент на экологических, экономических и социальных преимуществах подчеркивает приверженность вовлечению сообщества и образованию, способствуя устойчивому будущему.