En ny, energibesparende teknologi producerer silica forbindelser fra usandsynligt materialer: ris skrog, antifreeze, og korn alkohol.
Udfældet silica og andre silicium forbindelser er afgørende for mange produkter, vi bruger hver dag, og ikke kun i de små pakker markeret "SPISER IKKE." De er vant til at absorbere fugt, der kan skade nye produkter, og de fleste af os tror ikke meget om dem.
Hundreder af tusinder af tons af udfældet silica og andre silica forbindelser produceres hvert år. De er vant til at polere de silicium wafers, der går ind i elektronik, at styrke dæk, for at gøre maling og papir hvidt, som et slibemiddel i tandpasta, og ja, utallige små pakker af silica gel perler.
Producerer høj renhed silicium forbindelser er i dag et dyrt og kulstof-intensive proces, der kræver varme udvindes silicium metal og antracit kul til 3.500 grader Celsius (6,332 grader Fahrenheit) i en elektrisk bue ovn.
Richard Laine, en professor i materialevidenskab og -teknik på University of Michigan, der har udviklet den nye proces, siger det kunne spare cirka seks tonsvis af CO2-emissionerne pr. ton af silica forbindelser produceret. Han anslår udgifterne til teknik til at være 90 procent mindre end den nuværende proces med stort set ingen carbon footprint.
Den nye teknik menes at være den første nemme, prisbillige kemiske metode til at producere høj renhed silica forbindelser fra landbrugsaffald.
Ris skrog
Meget af verdens landbrugsaffald indeholder silica, og Søg efter en praktisk måde til at udtrække det strækker sig tilbage 80 år. Mens den nye proces kunne bruges til at producere silica og silicium, der indeholder kemikalier fra mange typer af landbrugsaffald, fokuserer Laine på at bruge Skrogene tilovers fra forarbejdning ris.
Skroget er det yderste lag af ris-korn. Det er fjernet, når ris er behandlet. Hundredvis af millioner af tons skrog produceres rundt om i verden hvert år. Mange er brændt til at producere elektricitet, og den aske, der er tilovers indeholder høje niveauer af silica. Nogle af denne aske er anvendt i byggeriet eller som isolering, men meget af det er dumpet i deponeringsanlæg.
Men mens verden er overskyllet i silica-rige ris skrog aske, fik at silica ud har vist sig for at være en stor udfordring. Vanskelighederne skyldes hovedsagelig den utrolig stærk kemisk binding mellem silicium og ilt, en af de stærkeste, der findes i naturen.
Whyantifreeze og ethanol?
Laine fundet to nemme og billige måder at bryde at bond: ethylenglycol, eller frostvæske, og ethanol eller korn alkohol. Frostvæske kombineret med en lille mængde af natriumhydroxid svækker de kemiske bindinger mellem silica og ris skrog aske i begyndelsen af processen, opløse silica i en flydende løsning.
Løsningen er derefter opvarmes til 390 grader Celsius (734 grader Fahrenheit), danner en polymer af silica og frostvæske. Mens denne fase kræver energi, det er mere end opvejes af energien produceres når ris skrog er brændt i begyndelsen af processen. Og fordi CO2 frigives, når Skrogene er brændt var tidligere absorberes af ris plante, processen anses for CO2-neutral. Varmen producerer en silica-frostvæske polymer, der er derefter filtreret for at fjerne asken.
Kornalkohol indsættes derefter i slutningen af processen. Det er kemisk ligner frostvæske, så det let swaps i at erstatte frostvæske, som er derefter genanvendes. Den flydende silica kan derefter destilleret ud af denne anden løsning og bruges til at lave en høj renhed udfældet silica produkt til industriel brug.
Laine har dannet et selskab, Mayasil, at kommercialisere den teknologi, som er ved at opbygge en "pre" pilotanlæg, der bruges til at udvikle en skaleret op fremstillingsproces. Hvis skala-up er vellykket, forudsiger Laine, at det grundlæggende vil ændre den måde silica produkter er lavet og brugt.
"Jeg tror i sidste ende, vi vil producerer høj renhed silica og andre silicium forbindelser lige ved siden af ris områder," siger Laine. "Det vil være muligt at behandle ris og producere høj kvalitet silica i et enkelt sted med ringe eller ingen CO2-fodaftryk. Det er virkelig meget spændende."