Daha Temiz Biyoyakıtlar İçin Yeni Bir Teknik Geliştirildi
Biyoyakıtların (bitkilerden, alglerden veya hayvan atıklarından elde edilen yakıtlar) yanma dinamiklerini anlamak, temiz, verimli biyoyakıtla çalışan motorlar yapmak için çok önemlidir. Bu dinamiklerin önemli bir sürücüsü sıcaklıktır.
ABD’den bilim insanları Enerji Bakanlığı’nın (DOE) Argonne Ulusal Laboratuvarı, Yale Üniversitesi ve Penn Eyalet Üniversitesi; yanma ile üretilen aşırı sıcak, kurum yüklü alevdeki sıcaklıkları ölçmek için bir X-ışını tekniği geliştirdi ve kullandı. Bu tür ölçümler tarihsel olarak zorlayıcı olmuştur. Yeni teknik, potansiyel olarak biyoyakıtla çalışan motorlardan kaynaklanan emisyonların azaltılmasına yardımcı olabilir. Çalışma Science Advances’te yayınlandı.
Biyoyakıtları Optimize Etme İhtiyacı
Fosil yakıtların yanması nedeniyle sera gazlarının ve diğer kirleticilerin emisyonlarının azaltılması, enerji sistemlerinde büyük değişiklikler gerektirecektir. Birleşik Devletler Enerji Bilgi İdaresi, dünya çapında bir milyardan fazla fosil yakıtlı araç olduğunu bildirerek, geleneksel araç filosunun 2038’de zirveye ulaşacağını tahmin ediyor.
Gelişmiş, daha temiz yanan biyoyakıtlar, kirleticilerin azaltılmasına potansiyel olarak yardımcı olabilir. Bu, özellikle mevcut teknolojilerle elektriklendirilmesi zor olan uçaklar, gemiler ve diğer ağır hizmet araçları için geçerlidir. Ancak gelişmiş biyoyakıtlar için yeni yakma sistemleri geliştirmek kolay bir iş değil. Önemli bir bölge, biyoyakıt yanması tarafından üretilen alevlerdeki sıcaklıkları doğru bir şekilde ölçmektir. Sıcaklıklar, araştırmacıların yanma alevlerini ve emisyonlarını simüle etmek için kullandıkları modellerde kritik girdilerdir.
Çalışmanın yazarlarından biri olan Argonne fizikçisi Alan Kastengren, “Sıcaklığın, alevlerdeki kimyasal reaksiyon oranları üzerinde büyük bir etkisi var.” dedi. “Modeller doğru sıcaklıklara sahip değilse muhtemelen kimyayı doğru tahmin etmiyorlardır. Daha iyi yanma modelleri, araştırmacıların içten yanmalı motorlar veya elektrik üretim sistemleri olsun, daha iyi yanma sistemleri tasarlamasına olanak tanır.”
X-ışınları ve Kripton Atomları İle Sıcaklık Ölçümü
Alev sıcaklıklarını ölçmek şaşırtıcı derecede zordur. Araştırmacılar daha önce alevleri değerlendirmek için lazerleri ve diğer cihazları kullandılar. Bununla birlikte alevlerde bulunan kurum parçacıkları, sıcaklığı ölçme yeteneklerine müdahale edebilir.
X-ışınları kurum parçacıklarından büyük ölçüde etkilenmez, bu nedenle alev analizi için X-ışını ışınlarının kullanılması başka bir olasılıktır. Argonne, Yale ve Penn State araştırmacıları, X-ışını flüoresansı olarak bilinen bir tekniği kullandılar ve geliştirdiler. Teknik birkaç adım içeriyordu. İlk olarak, az miktarda kripton gazını hava ve metan (doğal gazın birincil bileşeni) içeren bir aleve soktular. Bu, dünya çapındaki laboratuvarlar tarafından yanma araştırmalarında kullanılan standart bir alevdir. Kripton, son derece düşük reaktiviteye sahip bir elementtir, bu nedenle alevin kimyasını değiştirmez.
Daha sonra, bir DOE (Department Of Energy: Enerji Bölümü) Bilim Ofisi kullanıcı tesisi olan Argonne Ulusal Laboratuvarı’ndaki Gelişmiş Foton Kaynağında araştırmacılar, alevi yüksek enerjili X-ışını ışınlarıyla bombaladılar. Buna karşılık kripton atomları, flüoresan adı verilen bir süreçte benzersiz miktarda enerji ile X-ışınları yaydı. Ekip daha sonra yayılan X-ışını flüoresansının enerjisini tespit
etmek için bir X-ışını spektrometresi kullandı. Bu, araştırmacıların kripton atomlarının varlığını haritalandırmasını ve alev boyunca yoğunluklarını ölçmesini sağladı. Ardından ekip, sıcaklık ve yoğunluğu ilişkilendiren ideal gaz yasası olarak bilinen bir denklemi kullanarak alevin farklı bölümlerindeki sıcaklıkları hesapladı.
Deneyin başarısının anahtarı, APS’de (Advanced Photon Source: Gelişmiş Foton Kaynağı) ultra parlak X-ışınlarını kullanmaktı. APS gibi tesisler tarafından üretilen X-ışınları, laboratuvarlarda oluşturulanlardan çok daha fazla yoğunluğa ve çok daha odaklanmış ışınlara sahiptir.
Kastengren, “Laboratuvar ölçeğinde bir X-ışını kaynağı, bir tür ampul gibidir. X-ışınları her yöne gider.” dedi. “Senkrotronlarla, X-ışınlarının hepsi aynı yöne gidiyor. Bu, alevle etkileşimleri ölçmek için ışını etkili bir şekilde kullanmamızı çok daha kolay hale getiriyor.”
Tekniği Uygulamanın Birçok Yolu
Araştırmacılar bir metan alevi kullanarak X-ışını tekniğini geliştirirken, yöntemler biyoyakıt yanması ile üretilenler de dahil olmak üzere diğer alevlerdeki sıcaklıkları ölçmek için uygulanabilir. Bu, biyoyakıt yakma sistemlerinde alevleri simüle etmek için kullanılan modellerin doğruluğunu artırmaya yardımcı olabilir. Daha sağlam modeller, potansiyel olarak uçak motorlarını, gaz türbinlerini ve diğer enerji üreten sistemleri çalıştırmanın yeni yollarının keşfedilmesini sağlayabilir, böylece daha verimli ve daha düşük emisyonlara sahip olurlar.
Argonne kıdemli kimyacısı ve çalışmanın yazarı Robert Tranter, “Uçakları standart yakıttan sürdürülebilir havacılık yakıtına çevirdiğinizi hayal edin.” dedi. “Düzgün çalışmasını sağlamak için bu anahtarın motordaki yanma özellikleri üzerindeki etkisini anlamanız gerekir. Gerçek dünyadaki bir motorda yeni yakıtların fiziksel testi çok pahalıdır. Doğru modeller, bu testlerin ne zaman yapılacağını belirlemeye yardımcı olmak için yakıtları görüntüleyebilir.”
Daha geniş anlamda, X-ışını yöntemleri, çok çeşitli araştırma alanlarını destekleyerek, yanmanın temel yönlerinin anlaşılmasını ilerletebilir. Tıpta, pillerde ve diğer alanlarda potansiyel uygulamaları olan silikon nanoparçacıklar oluşturmak için alevlerin kullanımına ilişkin araştırmalara yardımcı olabilirler.
Tranter, “Araştırmacıların doğru sıcaklık ölçümlerine ihtiyaç duyduğu farklı sistemlerle her zaman karşılaşıyoruz.” dedi. Onlarla işbirliğine açığız.” dedi.
Kastengren ve Tranter’e ek olarak, yazarlar Matthew J. Montgomery, Yale; Hyunguk Kwon, Penn Eyaleti; Lisa D. Pfefferle, Yale; Travis Sikes, Argonne; Yuan Xuan, Penn State ve Charles S. McEnally, Yale.
Derleyen: Simge KARA
Kaynak: Daha Temiz Biyoyakıtlar İçin Yeni Bir Teknik Geliştirildi
Nanoselüloz Kağıtlar Sayesinde Elektronikler Ağaçta Yetişecek
Nanoselüloz Kağıtlar Sayesinde Elektronikler Ağaçta Yetişecek