Los países nórdicos como Suecia dependen en gran medida de los combustibles derivados de la biomasa para alimentar sus hogares y negocios. Sin embargo, en el proceso de quemar biomasa como madera o paja, se liberan gases que pueden contaminar el aire, dañar el entorno, y dañar la salud pública.

Para mitigar estos efectos negativos, Frederik Ossler, profesor asociado en la Universidad de Lund, Suecia, y Charles Finney del Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) del Departamento de Energía (DOE) están estudiando enfoques para la conversión de energía más limpia de la biomasa. Usando dispersión de neutrones en ORNL, Ossler y Finney están investigando cómo se degradan las biomasas al estar expuestas a temperaturas extremas. Los conocimientos de sus experimentos también podrían apuntar a posibles aplicaciones de los subproductos de la producción de bioenergía.

"Un objetivo a corto plazo de esto es proporcionar información sobre la forma en que pirolizan las biomasas, es decir, cómo se degradan en entornos térmicos, para mejorar los modelos que utilizan los investigadores para estos procesos, "dijo Finney, investigador del Grupo de Investigación de Combustibles y Motores de ORNL en la División de Ciencias de la Energía y el Transporte.

Los neutrones son adecuados para este tipo de experimentos porque no son destructivos, puede penetrar materiales más profundamente que los rayos X, y son muy sensibles a elementos ligeros como el hidrógeno.

Ossler y Finney observaron muestras de biomasa de madera, Paja, y corcho, ya que fueron expuestos al vacío a temperaturas tan altas como 1, 000 ° C (1, 832 ° F). Utilizaron la línea de luz CG-1D IMAGING en el Reactor de Isótopos de Alto Flujo (HFIR) de ORNL. Analizando los gases hidrógenos y otros gases emitidos, los investigadores pueden comprender cómo cambian las estructuras de la biomasa a medida que se degradan.

A medida que la biomasa se degrada, también libera agua atrapada, gases, e hidrocarburos. Estos productos de pirólisis se pueden capturar y utilizar para producir biocombustibles, que se puede utilizar para el transporte o la generación de energía.

"Básicamente, la idea principal es hacer que todos los productos de pirólisis sean útiles, "dijo Ossler.

Una vez pirolizada la biomasa, deja un subproducto conocido como biocarbón, que se asemeja al carbón vegetal y se puede utilizar para mejorar la calidad del suelo para la agricultura y la jardinería. Usando dispersión de neutrones, Ossler y Finney pueden rastrear cómo la biomasa cambia internamente a medida que se piroliza y se convierte en biocarbón.

"La idea es que extraigas combustibles de la biomasa, y el carbón restante tiene un alto valor como enmienda del suelo. De hecho, tiene beneficios positivos para el suelo al retener nutrientes y humedad, "dijo Finney.

Esta no es la primera vez que Ossler visita ORNL para realizar investigaciones utilizando neutrones.

"Vengo de un trasfondo de láseres, rayos X, y sincrotrones, pero los neutrones son excepcionales, ", Dijo Ossler." Yo diría que es una técnica única para sondear materiales y sistemas complejos en el interior donde básicamente no se tiene acceso de otras formas ".

Este proyecto amplía la investigación anterior y es parte de un estudio de varios años en curso que aplica técnicas de dispersión de neutrones para explorar la estructura interna de la biomasa mientras se calienta. Esta investigación también beneficia a los programas de investigación de la Oficina de Tecnologías de Bioenergía del DOE que abordan el complejo desafío del modelado informático de la pirólisis para una amplia gama de biomasas.

Los miembros adicionales del equipo incluyen Hassina Bilheux, Jean-Christophe Bilheux, Rebecca Mills, y Harley Skorpenske de la División de Dispersión de Neutrones de ORNL, Jeffrey Warren de la División de Ciencias Ambientales de ORNL, y Louis Santodonato de Advanced Research Systems, Inc. Ossler cuenta con el apoyo de la Agencia Sueca de Energía a través del proyecto GRECOP.