Le professeur de l'Université de Lund Frederik Ossler (à gauche) et le chercheur de l'ORNL Charles Finney utilisent l'instrument CG-1D de l'ORNL pour étudier les biocombustibles lors de leur pyrolyse par diffusion de neutrons. Leurs recherches pourraient conduire à une production d'énergie plus efficace à partir de la biomasse. Crédit :ORNL/Geneviève Martin
Les pays nordiques comme la Suède dépendent fortement des combustibles dérivés de la biomasse pour alimenter leurs maisons et leurs entreprises. Cependant, en train de brûler de la biomasse comme du bois ou de la paille, des gaz sont libérés qui peuvent polluer l'air, nuire à l'environnement, et nuire à la santé publique.
Pour atténuer ces effets négatifs, Frederik Ossler, professeur agrégé à l'Université de Lund, Suède, et Charles Finney du laboratoire national d'Oak Ridge (ORNL) du ministère de l'Énergie (DOE) étudient des approches pour une conversion énergétique plus propre de la biomasse. Grâce à la diffusion des neutrons à l'ORNL, Ossler et Finney étudient comment les biomasses se dégradent lorsqu'elles sont exposées à des températures extrêmes. Les enseignements de leurs expériences pourraient également indiquer des applications possibles pour les sous-produits de la production de bioénergie.
« Un objectif à court terme est de donner un aperçu de la façon dont les biomasses pyrolysent, c'est-à-dire comment ils se dégradent dans les environnements thermiques - pour améliorer les modèles que les chercheurs utilisent pour ces processus, " dit Finney, chercheur au sein du groupe de recherche sur les carburants et les moteurs de l'ORNL dans la division des sciences de l'énergie et des transports.
Les neutrons sont bien adaptés à ce type d'expériences car ils sont non destructifs, peut pénétrer les matériaux plus profondément que les rayons X, et sont très sensibles aux éléments légers tels que l'hydrogène.
Ossler et Finney ont observé des échantillons de biomasse de bois, paille, et le liège car ils ont été exposés sous vide à des températures pouvant atteindre 1, 000°C (1, 832°F). Ils ont utilisé la ligne de lumière CG-1D IMAGING au réacteur à isotope à haut flux (HFIR) de l'ORNL. En analysant les gaz hydrogénés et autres émis, les chercheurs peuvent comprendre comment les structures de la biomasse changent à mesure qu'elles se dégradent.
Au fur et à mesure que la biomasse se dégrade, il libère également de l'eau piégée, des gaz, et les hydrocarbures. Ces produits de pyrolyse peuvent être captés et utilisés pour produire des biocarburants, qui peut être utilisé pour le transport ou la production d'électricité.
"Essentiellement, l'idée principale est de rendre tous les produits de la pyrolyse utiles, " a déclaré Ossler.
Frederik Ossler de l'Université de Lund a analysé des échantillons de bois (photo), paille, et le liège pour mieux comprendre comment ces biocombustibles se dégradent lorsqu'ils sont soumis à des températures extrêmes. Crédit :ORNL/Geneviève Martin
Après pyrolyse de la biomasse, il laisse derrière lui un sous-produit connu sous le nom de biochar, qui ressemble au charbon de bois et peut être utilisé pour améliorer la qualité du sol pour l'agriculture et le jardinage. Grâce à la diffusion de neutrons, Ossler et Finney peuvent suivre l'évolution interne de la biomasse au fur et à mesure qu'elle pyrolyse et devient biochar.
"L'idée est que vous extrayiez des combustibles de la biomasse, et l'omble restant a une valeur élevée comme amendement du sol. Il a en fait des avantages positifs pour le sol en retenant les nutriments et l'humidité, " dit Finney.
Ce n'est pas la première fois qu'Ossler visite l'ORNL pour mener des recherches utilisant des neutrons.
"Je viens d'un milieu de lasers, radiographies, et synchrotrons, mais les neutrons sont exceptionnels, " a déclaré Ossler. "Je dirais que c'est une technique unique pour sonder à l'intérieur de matériaux et de systèmes complexes auxquels vous n'avez fondamentalement aucun accès par d'autres moyens."
Ce projet s'étend sur des recherches antérieures et fait partie d'une étude pluriannuelle en cours appliquant des techniques de diffusion des neutrons pour explorer la structure interne de la biomasse lorsqu'elle est chauffée. Cette recherche bénéficie également aux programmes de recherche du DOE Bioenergy Technologies Office qui abordent le défi complexe de la modélisation informatique de la pyrolyse pour un large éventail de biomasses.
Les autres membres de l'équipe comprennent Hassina Bilheux, Jean-Christophe Bilheux, Rébecca Mills, et Harley Skorpenske de la division de diffusion des neutrons de l'ORNL, Jeffrey Warren de la division des sciences de l'environnement de l'ORNL, et Louis Santodonato de Advanced Research Systems, Inc. Ossler est soutenu par l'Agence suédoise de l'énergie à travers le projet GRECOP.
