Des composés synthétiques de plus en plus utilisés dans les produits de tous les jours comme le shampoing et l'huile à moteur se retrouvent dans les décharges et suralimentent le biogaz produit par ces décharges, des chercheurs de l'Université du Michigan ont découvert.

Bien que ce soit un problème aujourd'hui, les chercheurs disent que cela pourrait être une opportunité d'obtenir plus d'énergie à partir des gaz d'enfouissement.

Les composés, appelés « siloxanes, " sont efficaces pour conduire la chaleur et interagir avec l'eau, et en tant que tel, leur popularité a augmenté dans une variété de produits de consommation. Cela signifie que de plus en plus de siloxanes sont dirigés vers votre décharge locale.

Le biogaz fait référence aux gaz combustibles qui sont synthétisés à partir de différentes matières premières biologiques ou organiques comme les gaz de décharge et les usines de traitement des eaux usées. Dans les années récentes, il est devenu clair que les siloxanes ont endommagé les équipements de production d'électricité alimentés par les gaz de décharge. Mais les chercheurs disent que les siloxanes pourraient en fait être exploités pour produire plus d'énergie.

L'équipe U-M a mené la première analyse chimique de la façon dont les siloxanes affectent le biogaz. Les chercheurs ont découvert que les siloxanes augmentent la réactivité du biogaz, conduisant à un allumage plus rapide dans les moteurs et à la libération de plus d'énergie. Mais ces moteurs, généralement des turbines à gaz génératrices d'électricité et des moteurs à pistons alternatifs, peuvent être endommagés par les siloxanes contenus dans le biogaz.

"Les siloxanes sont hautement inflammables, " dit Margaret Wooldridge, le professeur Arthur F. Thurnau de génie mécanique et directeur du programme Dow Sustainability Fellows à l'U-M. "Ils changent la chimie du biogaz comme un fou. C'est comme du carburant pour fusée, littéralement—fou-réactif."

Les siloxanes modifient essentiellement la « vitesse de flamme, " qui est une mesure de la vitesse à laquelle un carburant brûle et entraîne une turbine ou un piston.

Le biogaz est composé principalement de méthane. Le méthane est présent dans la nature mais il est également produit lors de la décomposition de matières organiques dans les décharges, avec l'hydrogène, monoxyde de carbone, et autres hydrocarbures. Le méthane est le principal composant du gaz naturel et du biogaz, faire à la fois des sources précieuses de combustible et d'énergie qui sont plus propres que le charbon.

Dans l'atmosphère, cependant, le méthane est particulièrement efficace pour piéger la chaleur, ajoutant à notre problème de réchauffement climatique. En particulier, le méthane est 30 fois plus efficace comme gaz à effet de serre que le CO2. Et selon l'EPA, les décharges municipales de déchets solides représentent 14 % de toutes les émissions de méthane d'origine humaine aux États-Unis chaque année, la troisième source derrière l'industrie du gaz et du pétrole et l'agriculture.

Cette propriété a stimulé les efforts pour capturer le méthane des décharges et l'utiliser comme carburant, au lieu de lui permettre de s'échapper sans contrôle.

Mesurer « l'inflammabilité »

Dans cette étude, Les chercheurs de l'UM ont testé séparément des mélanges d'hydrogène et de monoxyde de carbone contenant deux siloxanes - le triméthylsilanol (TMSO) et l'hexaméthyldisiloxane (HMDSO) - contre des mélanges d'hydrogène et de monoxyde de carbone sans siloxanes.

Spécifiquement, les chercheurs ont mesuré combien de temps il a fallu pour que chaque mélange s'enflamme. Les carburants qui ont un délai d'allumage plus court sont considérés comme plus inflammables ou réactifs, et l'hydrogène est l'un des carburants les plus réactifs que nous utilisons.

L'hydrogène et le monoxyde de carbone avec le TMSO ont produit des délais d'allumage 37 % plus rapides que le cas de référence. Et le méthane infusé de HMDSO a produit des temps de retard 50 % plus rapides.

Les résultats des recherches d'U-M sont publiés dans la dernière édition de Combustion et Flamme . Les chercheurs espèrent que leurs travaux permettront de mieux comprendre comment les siloxanes altèrent les performances du moteur lorsqu'ils sont utilisés comme carburant.

« Les traces de concentrations de siloxanes sont un problème connu dans les applications de biogaz, entraînant la formation de dépôts de silice abrasifs sur les composants du moteur, " dit Rachel Schwind, doctorant et co-auteur de l'étude. "Pour cette raison, la plupart des recherches antérieures dans ce domaine se sont concentrées sur la façon de les éliminer du gaz capturé. »

Exploiter les siloxanes, plutôt que de les supprimer

Outre le problème posé par les siloxanes, il y a aussi du potentiel. Wooldridge a déclaré que les siloxanes pourraient être essentiels pour augmenter la production d'énergie à partir du biogaz.

"Nous aimerions pouvoir les exploiter comme source d'énergie, " elle a dit.

L'analyse de la chimie de combustion est un pas dans cette direction.

« Cela annulerait potentiellement le besoin d'épuration ou d'élimination pendant le traitement du biogaz et réduirait les coûts, " a déclaré Schwind. " Si nous pouvons réduire ces coûts, il rapproche le biogaz d'un carburant véritablement neutre en carbone. Et si nous pouvons faire du gaz de décharge une option économiquement plus attrayante, Les exploitants de décharges seront plus incités à capter et à utiliser ce gaz à effet de serre nocif. »