Países nórdicos como a Suécia dependem fortemente de combustíveis derivados de biomassa para abastecer suas casas e empresas. Contudo, no processo de queima de biomassa como madeira ou palha, gases são liberados que podem poluir o ar, Danificar o meio ambiente, e prejudicar a saúde pública.

Para mitigar esses efeitos negativos, Frederik Ossler, um professor associado da Lund University, Suécia, e Charles Finney, do Laboratório Nacional Oak Ridge (ORNL) do Departamento de Energia (DOE), estão estudando abordagens para a conversão de biomassa para energia mais limpa. Usando espalhamento de nêutrons em ORNL, Ossler e Finney estão investigando como as biomassas se degradam quando são expostas a temperaturas extremas. Os insights de seus experimentos também podem apontar para possíveis aplicações para os subprodutos da produção de bioenergia.

"Um objetivo de curto prazo disso é fornecer uma visão sobre a forma como as biomassas se pirolisam - isto é, como eles se degradam em ambientes térmicos - para melhorar os modelos que os pesquisadores usam para esses processos, "disse Finney, Pesquisador do Grupo de Pesquisa de Combustíveis e Motores do ORNL na Divisão de Ciência de Energia e Transporte.

Os nêutrons são adequados para esses tipos de experimentos porque são não destrutivos, pode penetrar materiais mais profundamente do que os raios-x, e são altamente sensíveis a elementos leves como o hidrogênio.

Ossler e Finney observaram amostras de biomassa de madeira, Palha, e cortiça, pois foram expostos sob vácuo a temperaturas tão altas quanto 1, 000 ° C (1, 832 ° F). Eles usaram a linha de luz CG-1D IMAGING no High Flux Isotope Reactor (HFIR) do ORNL. Ao analisar o hidrogênio e outros gases emitidos, os pesquisadores podem entender como as estruturas da biomassa mudam à medida que se degradam.

À medida que a biomassa se degrada, também libera água presa, gases, e hidrocarbonetos. Esses produtos da pirólise podem ser capturados e usados ​​para produzir biocombustíveis, que pode ser usado para transporte ou geração de energia.

"Basicamente, a ideia principal é fazer com que todos os produtos da pirólise sejam úteis, "disse Ossler.

Depois que a biomassa foi pirolisada, deixa para trás um subproduto conhecido como biochar, que se assemelha ao carvão e pode ser usado para melhorar a qualidade do solo para agricultura e jardinagem. Usando espalhamento de nêutrons, Ossler e Finney podem rastrear como a biomassa muda internamente à medida que pirolisa e se transforma em biochar.

"A ideia é que você extraia combustíveis da biomassa, e o restante do char tem alto valor como corretivo de solo. Na verdade, tem benefícios positivos para o solo por meio da retenção de nutrientes e umidade, "disse Finney.

Esta não é a primeira vez que Ossler visita ORNL para conduzir pesquisas usando nêutrons.

"Eu venho de um fundo de lasers, raios X, e síncrotrons, mas nêutrons são excepcionais, "Ossler disse." Eu diria que é uma técnica única para sondar materiais e sistemas complexos onde você basicamente não tem acesso de outras maneiras. "

Este projeto amplia as pesquisas anteriores e faz parte de um estudo plurianual em andamento, aplicando técnicas de espalhamento de nêutrons para explorar a estrutura interna da biomassa enquanto ela é aquecida. Esta pesquisa também beneficia os programas de pesquisa do DOE Bioenergy Technologies Office que abordam o complexo desafio da modelagem computacional da pirólise para uma ampla gama de biomassas.

Membros adicionais da equipe incluem Hassina Bilheux, Jean-Christophe Bilheux, Rebecca Mills, e Harley Skorpenske da Divisão de Dispersão de Nêutrons do ORNL, Jeffrey Warren da Divisão de Ciências Ambientais do ORNL, e Louis Santodonato da Advanced Research Systems, Inc. Ossler é apoiado pela Agência Sueca de Energia por meio do projeto GRECOP.