Πολλά από τα απόβλητά µας είναι πολύτιµα για να αποτεφρωθούν. Εάν ανακυκλωθούν µε προσεκτικά ελεγχόµενο τρόπο, όχι µόνο µπορεί να παραχθεί θερµική ενέργεια, αλλά το αέριο που προκύπτει µπορεί επίσης να χρησιµοποιηθεί για την παραγωγή πολύτιµων χηµικών ουσιών - από υδρογόνο έως µεθάνιο ή µεθανόλη. Ωστόσο, η διαδικασία παραγωγής αερίου πρέπει να παρακολουθείται στενά και να ρυθµίζεται. Μέχρι τώρα, ένα πολύ κοινό υποπροϊόν της αεριοποίησης -οι υδρατµοί- ήταν ένας ιδιαίτερος πονοκέφαλος. Για να ελέγχετε αποτελεσµατικά την αεριοποίηση, είναι σηµαντικό να γνωρίζετε την περιεκτικότητα σε νερό του αέριου προϊόντος όσο το δυνατόν ακριβέστερα.


Κβαντική πηγή φωτός υποστηρίζει πλέον τη φιλική προς το περιβάλλον ανακύκλωση βιοµάζας

Ωστόσο, οι συµβατικές µέθοδοι καθιστούν δύσκολη τη µέτρηση της περιεκτικότητας σε νερό. Σε µια συνεργασία µεταξύ της µηχανικής διεργασιών και της φωτονικής στο TU Wien (Βιέννη), αυτό το πρόβληµα έχει πλέον λυθεί χρησιµοποιώντας έναν πολύ ειδικό τύπο πηγής φωτός: την ακτινοβολία terahertz από ένα κβαντικό λέιζερ καταρράκτη. Η κβαντική τεχνολογία αιχµής υποστηρίζει πλέον τη φιλική προς το περιβάλλον ανακύκλωση βιοµάζας.

«Πολλά χηµικά συστατικά του αερίου προϊόντος µπορούν να ανιχνευθούν χρησιµοποιώντας υπέρυθρο φως», εξηγεί ο Florian Müller, ο οποίος ερευνά συστήµατα ανανεώσιµων πηγών άνθρακα ως µέρος του διδακτορικού προγράµµατος CO2Refinery στο Institute of Chemical, Environmental and Biological Engineering στο TU Wien.
«∆ιαφορετικά µόρια απορροφούν διαφορετικά µήκη κύµατος υπέρυθρου φωτός. Μετρώντας ποιο µέρος του µήκους κύµατος απορροφάται από ένα δείγµα, είναι δυνατό να προσδιοριστεί εάν το δείγµα περιέχει µια συγκεκριµένη ουσία ή όχι». Ωστόσο, αυτό είναι δύσκολο να γίνει µε τους υδρατµούς, ένα υποπροϊόν που είναι ιδιαίτερα σηµαντικό για τη διαδικασία παραγωγής αερίου. «Όταν µετατρέπετε τη βιοµάζα σε αέρια, καταλήγετε σε ένα περίπλοκο µείγµα αερίων που περιέχει όχι µόνο υδρατµούς, αλλά και πολλούς διαφορετικούς υδρογονάνθρακες», λέει ο Florian Müller. Και µερικά από αυτά απορροφούν την υπέρυθρη ακτινοβολία στις ίδιες ακριβώς συχνότητες µε το νερό. Αυτό σηµαίνει ότι δεν είναι δυνατό να ειπωθεί ακριβώς ποια ουσία είναι υπεύθυνη για την απορρόφηση και εποµένως η περιεκτικότητα σε νερό στο αέριο του προϊόντος δεν µπορεί να προσδιοριστεί µε ακρίβεια. Μπορείτε να ψύξετε ένα δείγµα αερίου και στη συνέχεια να µετρήσετε την ποσότητα του συµπυκνωµένου νε ρού - αλλά αυτό απαιτεί χρόνο. ∆εν είναι δυνατό να αντιδράσουµε γρήγορα σε αυτό δυσχεραίνει την αποτελεσµατική λειτουργία.

Την ίδια στιγµή, ωστόσο, ο Michael Jaidl διεξήγαγε έρευνα στο Ινστιτούτο Φωτονικής στο TU Wien για ακτίνες λέιζερ στην περιοχή terahertz, δηλαδή ακτινοβολία µε µήκος κύµατος ελαφρώς µεγαλύτερο από την υπέρυθρη ακτινοβολία που χρησιµοποιείται συνήθως σήµερα για φασµατοσκοπικές µετρήσεις. Ο Michael Jaidl και ο Florian Müller είναι παλιοί φίλοι που γνωρίζονται από τα σχολικά χρόνια - και έτσι σκέφτηκαν να συνδυάσουν τους ερευνητικούς τους τοµείς.

Ο Michael Jaidl µπόρεσε να δείξει ότι µπορούν να βρεθούν συχνότητες στην περιοχή terahertz που απορροφώνται ειδικά µόνο από µόρια νερού και όχι από πολλές άλλες ουσίες που υπάρχουν σε σηµαντικές συγκεντρώσεις στο αέριο προϊόντος µιας µονάδας αεριοποίησης βιοµάζας. Το πρόβληµα της ανίχνευσης υδρατµών µπορεί εποµένως να λυθεί χρησιµοποιώντας ακτινοβολία terahertz αντί της συνηθισµένης υπέρυθρης ακτινοβολίας.

Στο TU Wien, τεχνάσµατα από την κβαντική τεχνολογία χρησιµοποιούνται για την παραγωγή κβαντικών λέιζερ καταρράκτη - µικροσκοπικοί ηµιαγωγοί µε προσαρµοσµένη γεωµετρική δοµή σε κλίµακα νανοµέτρων που διασφαλίζει ότι µόνο ακτινοβολία ενός πολύσυγκεκριµένου µήκους κύµατος εκπέµπεται όταν εφαρµόζεται ηλεκτρική τάση. Αυτό το κβαντικό λέιζερ καταρράκτη απαιτεί τη δική του ψύξη, αλλά οι δύο ερευνητές κατάφεραν να αναπτύξουν µια συµπαγή, φορητή συσκευή που µπορεί να µετρήσει αξιόπιστα την περιεκτικότητα σε νερό σε θερµά αέρια προϊόντος χρησιµοποιώντας µια δέσµη terahertz.


Το πλεονέκτημα της μεθόδου

«Ένα βασικό πλεονέκτηµα της µεθόδου µας είναι ότι παρέχει αξιόπιστα αποτελέσµατα σε ένα ευρύ φάσµα συγκεντρώσε ων υδρατµών και θερµοκρασιών», λέει ο Michael Jaidl. «Αυτό συµβαίνει επειδή η ακτινοβολία terahertz που χρησιµοποιούµε απορροφάται ιδιαίτερα από τους υδρατµούς - αυτό µας επιτρέπει να χρησιµοποιούµε µια πιο συµπαγή διάταξη. Ένα άλλο σηµαντικό πλεονέκτηµα του συµπα γούς σχεδιασµού είναι ότι η θερµοκρασία στο κελί µέτρησης δεν κυµαίνεται τόσο πολύ, γεγονός που µειώνει τον κίνδυνο σφαλµάτων».

Το γεγονός ότι η νέα µέθοδος λειτουργεί τέλεια αποδείχθηκε σε πειράµατα παραγωγής αερίου µε χρήση απορριµµάτων ξύλου στην πανεπιστηµιούπολη Getreidemarkt στο TU WIen. Τώρα οι δύο ερευνητές και οι οµάδες τους θέλουν να βελτιώσουν ακόµη περισσότερο την τε χνολογία τους: πρώτον, να την κάνουν ακόµα πιο εύχρηστη και φιλική προς τον χρήστη, και δεύτερον, να διερευνήσουν εάν άλλα συστατικά των αερίων του προϊ όντος µπορούν να ανιχνευθούν αξιόπιστα χρησιµοποιώντας τεχνολογία terahertz.

Πηγή: ScienceDaily, 18 Μαρτίου 2025 | Έρευνα: Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο της Βιέννης