消除排放！世界上第一條生物質(zhì)運(yùn)輸管道蓄勢待發(fā)
2023-08-28
北伊利諾伊大學(xué)(Northern Illinois University)的Mahdi Vaezi正在研究建造一條全球首創(chuàng)的生物質(zhì)管道的可行性。
工程技術(shù)教授Vaezi說，該研究項(xiàng)目得到了美國農(nóng)業(yè)部為期四年的65萬美元獎(jiǎng)勵(lì)，可以為緬因州的世界上第一條生物質(zhì)管道奠定基礎(chǔ)。
簡單地說，生物質(zhì)是來自植物和動物的可再生有機(jī)材料。自人類誕生以來，它就被用來做飯和取暖——比如，想想燒木頭的爐子或壁爐。
據(jù)美國能源情報(bào)署(U.S. Energy Information Administration)稱，生物質(zhì)在許多國家仍是一種重要的燃料，特別是在發(fā)展中國家用于烹飪和取暖。在許多發(fā)達(dá)國家，越來越多地將生物燃料用于運(yùn)輸和發(fā)電，以避免使用礦物燃料排放二氧化碳。
今天的生物質(zhì)原料可以包括專用能源作物、農(nóng)業(yè)作物殘茬、林業(yè)殘茬、藻類、木材加工殘茬以及城市和工業(yè)垃圾中的有機(jī)成分。使用生物質(zhì)能的好處包括減少對外國石油的依賴，支持農(nóng)業(yè)和森林產(chǎn)品工業(yè)，并有可能大大減少溫室氣體排放。
“世界上大部分地區(qū)都依賴化石燃料，每個(gè)人都在尋找替代方案，”Vaezi說。“然而，我們有大量的生物質(zhì)資源被浪費(fèi)或未得到充分利用。”
近十年前，Vaezi在加拿大阿爾伯塔大學(xué)的論文中首次研究了生物質(zhì)管道的可行性。對于新項(xiàng)目，他將有更多的資源可供支配。
美國農(nóng)業(yè)部的撥款將部分用于為Still Gym的一個(gè)新的垃圾先進(jìn)解決方案技術(shù)和生態(tài)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室(Waste Lab)，購買大約10萬美元的儀器和設(shè)備，未來幾個(gè)月將在那里組裝一條30英尺(9米)長的閉環(huán)原型管道。北伊利諾伊大學(xué)工程技術(shù)系、工程與工程技術(shù)學(xué)院和研究與創(chuàng)新合作司(RIPS)也將為實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展提供支持。
RIPS還幫助Vaezi找到了該項(xiàng)目的行業(yè)和科學(xué)合作伙伴。該基金的合作者是芝加哥伊利諾伊大學(xué)(UIC)的Parisa Mirbod博士(Mirbod實(shí)驗(yàn)室)和生物質(zhì)能用戶和生物煉制公司Biofine Developments Northeast Inc.。Mirbod和她在UIC的團(tuán)隊(duì)將使用顆粒圖像測速(PIV)等流動可視化技術(shù)，研究纖維生物質(zhì)顆粒漿在管道和泵中流動時(shí)塞流形成和減阻效應(yīng)背后的現(xiàn)象。
“這是一個(gè)很好的研究合作的例子，將教師專家與創(chuàng)新者、企業(yè)家、行業(yè)和學(xué)生聯(lián)系起來，”RIPS副總裁杰拉爾德·布拉西(Gerald Blazey)說。“我們很高興能幫助支持這項(xiàng)重要的研究。”
Vaezi打算聘請一名博士生、三名碩士生和幾名本科生來負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)室的組成部分，高級設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)也將負(fù)責(zé)項(xiàng)目方面的工作。
Vaezi說：“除了研究應(yīng)用外，該項(xiàng)目還在流體力學(xué)、泵和管道系統(tǒng)、能源管理和流量儀表等領(lǐng)域具有教學(xué)示范作用。”
在與緬因州建設(shè)管理學(xué)院協(xié)商后，該項(xiàng)目將包括一個(gè)大型長距離生物質(zhì)管道的技術(shù)經(jīng)濟(jì)案例研究，為緬因州伊斯特波特的一個(gè)商業(yè)港口提供一條潛在的10英里(16公里)長的木片管道。木片將被制成泥漿(水的混合物)，通過管道輸送到港口，再運(yùn)往歐洲。
“緬因州有一個(gè)大型港口，部分用于向歐洲運(yùn)送木片，但由于運(yùn)輸問題，他們無法將足夠的材料運(yùn)到港口，”Vaezi說。“一條管道可以消除每年成千上萬輛木片卡車的需求。”
過去，運(yùn)輸生物質(zhì)原料的高成本(通常是用卡車運(yùn)輸)一直是增加生物質(zhì)能源設(shè)施規(guī)模的主要障礙。目前的研究將包括技術(shù)和經(jīng)濟(jì)分析，以比較生物質(zhì)管道流體運(yùn)輸與卡車、火車和船舶運(yùn)輸，在短距離、中距離和長距離的優(yōu)劣。
Vaezi說：“管道輸送被認(rèn)為是接近零排放的過程，消除了與陸路運(yùn)輸相關(guān)的環(huán)境和社會問題。”
Vaezi說，管道系統(tǒng)的另一個(gè)好處是，生物質(zhì)漿液可以加熱，以消滅可能受生物質(zhì)運(yùn)輸法規(guī)約束的污染物或蟲害。一旦交付，生物質(zhì)可以被篩選以回收水，并轉(zhuǎn)移到一個(gè)開放的空間，在那里它可以自然或機(jī)械風(fēng)干，幾乎沒有成本。
除了木屑，NIU團(tuán)隊(duì)還將研究通過管道泵送木屑和麥秸水混合物的經(jīng)濟(jì)和機(jī)械可行性。
“生物質(zhì)原料提供了能源安全，”Vaezi說。“這是唯一一種可以直接轉(zhuǎn)化為生物燃料的可再生能源。”
他補(bǔ)充說：“我們預(yù)計(jì)這項(xiàng)新工作將引入管道作為一種技術(shù)上可行和經(jīng)濟(jì)上可行的運(yùn)輸方式，以大規(guī)模和長距離運(yùn)輸生物質(zhì)原料，其成本明顯低于卡車、火車和船舶等其他運(yùn)輸方式。這將使基于生物質(zhì)的能源設(shè)施在規(guī)模和經(jīng)濟(jì)方面與基于化石燃料的工廠競爭。”
