संश्लेषण अध्ययन टिकाऊ ऊर्जा भंडारण अनुप्रयोगों के लिए अपशिष्ट चीनी को बदलते हैं

भविष्य के लिए एक ऊर्जा भंडारण समाधान | मार्गरेट Donelick | TEDxUIdaho (जुलाई 2019).

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बायोरेफाइनरी सुविधाएं अर्थव्यवस्था-रूपांतरित करने वाली लकड़ी चिप्स, घास के टुकड़े, और अन्य जैविक पदार्थों को ईंधन, गर्मी, बिजली और रसायनों में परिवर्तित करने के लिए महत्वपूर्ण हैं।

यूएस डिपार्टमेंट ऑफ एनर्जीज (डीओई) ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी में एक शोध दल ने अब बायोरेफाइनिंग प्रक्रियाओं में उत्पादित अपशिष्ट अपशिष्ट शर्करा से कार्यात्मक सामग्री बनाने का एक तरीका खोजा है।

हाइड्रोथर्मल कार्बोनाइजेशन का उपयोग करके, एक संश्लेषण तकनीक जो बायोमास को उच्च तापमान और दबाव की स्थिति के तहत कार्बन में परिवर्तित करती है, टीम ने अपशिष्ट चीनी को गोलाकार कार्बन सामग्री में बदल दिया। इन कार्बन क्षेत्रों का उपयोग बेहतर सुपरकेपसिटर बनाने के लिए किया जा सकता है, जो ऊर्जा भंडारण उपकरण हैं जो स्मार्टफोन, हाइब्रिड वाहन और सुरक्षा अलार्म सिस्टम सहित बिजली प्रौद्योगिकियों की सहायता करते हैं। टीम के नतीजे वैज्ञानिक रिपोर्ट्स, एक नेचर रिसर्च जर्नल में प्रकाशित होते हैं।

ओआरएनएल के मैटेरियल्स साइंस एंड टेक्नोलॉजी डिवीजन के एक वरिष्ठ शोधकर्ता अमित नास्कर ने कहा, "महत्वपूर्ण खोज यह है कि हमें पौधों और अन्य कार्बनिक पदार्थों से चीनी लेने और विभिन्न संरचनाओं के निर्माण के लिए इसका उपयोग करने का एक तरीका मिला।" "भौतिकी को जानना कि उन संरचनाओं के फार्म कैसे ऊर्जा भंडारण के घटकों को बेहतर बनाने में हमारी मदद कर सकते हैं।"

संश्लेषण प्रक्रिया को संशोधित करके, शोधकर्ताओं ने उपन्यास कार्बन क्षेत्रों की दो किस्मों का निर्माण किया। दबाव में चीनी और पानी के संयोजन के परिणामस्वरूप ठोस गोलाकार होते हैं, जबकि पानी को एक इमल्शन पदार्थ (एक तरल जो तेल और पानी को गठबंधन करने के लिए रसायनों का उपयोग करता है) के साथ बदलकर आम तौर पर खोखले क्षेत्रों का उत्पादन करता है।

पीएचडी होई चुन हो ने कहा, "बस इस तरल के लिए पानी को प्रतिस्थापित करके, हम कार्बन के आकार को नियंत्रित कर सकते हैं, जो सुपरकेसिसीटर प्रदर्शन के लिए बड़े प्रभाव डाल सकता है।" उम्मीदवार ओआरएनएल और टेनेसी विश्वविद्यालय, नॉक्सविले के संयुक्त उद्यम, इंटरडिशनलरी रिसर्च एंड ग्रेजुएट एजुकेशन के ब्रेडेसेन सेंटर में नास्कर के साथ काम करने वाले उम्मीदवार। टीम ने यह भी पाया कि संश्लेषण की अवधि में बदलाव ने गोलाकारों के आकार और आकार को सीधे प्रभावित किया।

ठोस और खोखले कार्बन संरचनाओं के बीच विसंगतियों का और पता लगाने के लिए, टीम ने ओआरएनजी में स्थित विज्ञान प्रयोक्ता सुविधा के डीओई कार्यालय ओक रिज लीडरशिप कंप्यूटिंग सुविधा (ओएलसीएफ) में क्रे एक्सके 7 टाइटन सुपरकंप्यूटर पर संश्लेषण सिमुलेशन चलाया। उन्होंने कार्बन नमूनों की क्षमताओं और संरचना को दर्शाने के लिए, नैनोफेस मैटेरियल्स साइंसेज (सीएनएमएस), एक और डीओई ऑफिस साइंस यूजर सुविधा के लिए ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (टीईएम) और छोटे-कोण एक्स-रे स्कैटरिंग (एसएएक्स) उपकरण का भी उपयोग किया। ।

सीएनएमएस और कंप्यूटर साइंस एंड इंजीनियरिंग डिवीजन के ओआरएनएल शोधकर्ता मोनोजॉय गोस्वामी ने कहा, "हम यह निर्धारित करना चाहते थे कि किस प्रकार का सतह क्षेत्र ऊर्जा भंडारण अनुप्रयोगों के लिए अच्छा है, और हमने सीखा है कि खोखले क्षेत्र अधिक उपयुक्त हैं।" "इन सिमुलेशन और संसाधनों के बिना, हम इस मौलिक समझ तक पहुंचने में सक्षम नहीं होते।"

इस डेटा के साथ टीम ने खोखले कार्बन क्षेत्रों से बने इलेक्ट्रोड के साथ एक सुपरकेसिसीटर का परीक्षण किया, जिसने 90 प्रतिशत कैपेसिटेंस बनाए रखा- 5, 000 चार्ज चक्र के बाद बिजली के चार्ज को स्टोर करने की क्षमता। हालांकि सुपरकेपसिटर बैटरी जितनी ऊर्जा स्टोर कर सकते हैं उतनी ऊर्जा स्टोर नहीं कर सकते हैं, लेकिन बैटरी पर कई फायदे हैं, जैसे तेज चार्जिंग और असाधारण रूप से लंबे जीवनकाल। कुछ प्रौद्योगिकियों में चोटी की बिजली मांगों के दौरान अतिरिक्त समर्थन प्रदान करने के लिए रोजमर्रा की ऊर्जा और सुपरकेपसिटर प्रदान करने के लिए दोनों बैटरी होती हैं।

होट ने कहा, "बैटरियां अक्सर स्मार्टफोन और अन्य इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों का समर्थन करती हैं, लेकिन कई उच्च शक्ति अनुप्रयोगों के लिए सुपरकेपसिटर उपयोगी हो सकते हैं।" "उदाहरण के लिए, यदि कोई वाहन कई यात्रियों के साथ एक खड़ी पहाड़ी चला रहा है, तो अतिरिक्त तनाव से सुपर कैपेसिटर को लात मारने का कारण बन सकता है।"

अपशिष्ट चीनी से खोखले कार्बन क्षेत्रों से सुपरकेपसिटर तक का रास्ता बायोरेफिनरीज से पहले अप्रयुक्त उपज के लिए नई क्षमता का प्रदर्शन करता है। शोधकर्ता कार्बन फाइबर के साथ पॉलिमर कंपोजिट्स को मजबूत करने जैसे अपशिष्ट चीनी से प्राप्त कार्बन सामग्रियों के लिए अन्य अनुप्रयोगों को खोजने और परीक्षण करने के लिए परियोजनाओं की योजना बना रहे हैं।

हो ने कहा, "कार्बन सुपरकेपसिटर में सुधार के अलावा कई उपयोगी उद्देश्यों को पूरा कर सकता है।" "कार्बन सामग्रियों के संरचनात्मक विकास को पूरी तरह से समझने के लिए और अधिक काम किया जाना चाहिए।"

अपशिष्ट धाराओं का उपयोग करने से वैज्ञानिकों को व्यापक पैमाने पर टिकाऊ ऊर्जा के रूपों को आगे बढ़ाने में मदद मिल सकती है। ओआरएनएल टीम के मुताबिक, बायोरिफाइनरी अक्षय ऊर्जा और रसायनों के फायदेमंद संयोजन पैदा कर सकती हैं लेकिन परंपरागत ऊर्जा स्रोतों के साथ प्रतिस्पर्धा करने के लिए अभी तक लाभदायक नहीं हैं। हालांकि, शोधकर्ताओं का अनुमान है कि अपशिष्ट से उपयोगी सामग्रियों को विकसित करने से दक्षता में सुधार और लागत कम हो सकती है, जिससे इन सुविधाओं के उत्पादन तेल और अन्य जीवाश्म ईंधन के व्यवहार्य विकल्प बन सकते हैं।

गोस्वामी ने कहा, "हमारा लक्ष्य हरित अनुप्रयोगों के लिए अपशिष्ट ऊर्जा का उपयोग करना है।" "पर्यावरण के लिए, बायोरेफाइनरी उद्योग और वाणिज्य के लिए यह अच्छा है।"

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