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Sep 12, 2023

650.000 US-Dollar USDA-Zuschuss an NIU könnte zur weltweit ersten Biomasse-Pipeline führen

DeKalb, IL – Mahdi Vaezi von NIU untersucht die Machbarkeit des Baus

DeKalb, IL – Mahdi Vaezi von NIU untersucht die Machbarkeit des Baus einer innovativen, einzigartigen Biomassepipeline.

Professor für Ingenieurstechnik Mahdi Vaezi

Das Forschungsprojekt, das vom US-Landwirtschaftsministerium über einen Zeitraum von vier Jahren mit 650.000 US-Dollar an NIU gefördert wird, könnte den Grundstein für die weltweit erste Biomassepipeline im Bundesstaat Maine legen, sagt Vaezi, Professor für Ingenieurstechnologie.

Einfach ausgedrückt ist Biomasse erneuerbares organisches Material, das von Pflanzen und Tieren stammt. Seit Anbeginn der Menschheit wird es zum Kochen und Warmhalten verwendet – denken Sie zum Beispiel an einen Holzofen oder einen Kamin.

Nach Angaben der US Energy Information Administration ist Biomasse in vielen Ländern weiterhin ein wichtiger Brennstoff, insbesondere zum Kochen und Heizen in Entwicklungsländern. Der Einsatz von Biomasse-Brennstoffen für den Transport und die Stromerzeugung nimmt in vielen Industrieländern zu, um Kohlendioxidemissionen aus der Nutzung fossiler Brennstoffe zu vermeiden.

Zu den heutigen Biomasse-Rohstoffen können dedizierte Energiepflanzen, landwirtschaftliche Ernterückstände, forstwirtschaftliche Rückstände, Algen, Holzverarbeitungsrückstände und die organischen Bestandteile von Siedlungs- und Industrieabfällen gehören. Zu den Vorteilen der Nutzung von Biomasseenergie zählen die Verringerung der Abhängigkeit von ausländischem Öl, die Unterstützung der US-amerikanischen Agrar- und Forstindustrie und das Potenzial, die Treibhausgasemissionen erheblich zu reduzieren.

„Ein Großteil der Welt ist von fossilen Brennstoffen abhängig und jeder sucht nach Ersatzmöglichkeiten“, sagte Vaezi. „Dennoch verfügen wir über riesige Biomassequellen, die verschwendet oder nicht ausreichend genutzt werden.“

Vaezi untersuchte erstmals vor fast einem Jahrzehnt in seiner Dissertation an der University of Alberta in Kanada die Machbarkeit einer Biomassepipeline. Für das neue Projekt stehen ihm deutlich mehr Ressourcen zur Verfügung.

Der USDA-Zuschuss wird zum Teil für den Kauf von Instrumenten und Ausrüstung im Wert von rund 100.000 US-Dollar für ein neues Waste Advanced Solution Technologies and Ecosystems Laboratory (WASTE Lab) in Still Gym verwendet, wo in den kommenden Monaten eine 30 Fuß lange Prototyp-Pipeline mit geschlossenem Kreislauf montiert werden soll . Das Department of Engineering Technology, das College of Engineering and Engineering Technology und die Division of Research and Innovation Partnerships (RIPS) der NIU unterstützen die Laborentwicklung ebenfalls.

RIPS half Vaezi auch dabei, Industrie- und Wissenschaftspartner für das Projekt zu finden. Mitarbeiter des Zuschusses sind Dr. Parisa Mirbod (das Mirbod Lab) an der University of Illinois at Chicago (UIC) und Biofine Developments Northeast Inc., ein Biomassenutzer und eine Bioraffinerie. Mirbod und ihre Gruppe an der UIC werden die Phänomene hinter der Pfropfenströmungsbildung und dem Widerstandsreduzierungseffekt im Fluss von Aufschlämmungen aus faserigen Biomassepartikeln in Rohren und Pumpen mithilfe von Strömungsvisualisierungstechniken wie der Particle Image Velocimetry (PIV) untersuchen.

„Dies ist ein großartiges Beispiel für eine Forschungszusammenarbeit, die einen Fakultätsexperten mit Innovatoren, Unternehmern, der Industrie und Studenten verbindet“, sagte Gerald Blazey, Vizepräsident von RIPS. „Wir helfen gerne dabei, diese wichtige Forschung zu unterstützen.“

Vaezi beabsichtigt, einen Doktoranden einzustellen. Ein Student, drei Masterstudenten und mehrere Studenten werden an Laborkomponenten arbeiten, und Senior-Design-Teams werden sich auch mit Projektaspekten befassen.

„Neben Forschungsanwendungen bietet dieses Projekt auch Lehranwendungen in Bereichen wie Strömungsmechanik, Pumpen- und Rohrleitungssystemen, Energiemanagement und Durchflussinstrumentierung“, sagte Vaezi.

In Absprache mit dem Construction Management Institute of Maine wird das Projekt eine Fallstudie zur Technoökonomie von großen und weitreichenden Biomassepipelines für eine potenzielle 10 Meilen lange Hackschnitzelpipeline zur Versorgung eines Handelshafens in Eastport umfassen. Maine. Die Hackschnitzel würden in einer Aufschlämmung (einer Mischung mit Wasser) zum Hafen transportiert und nach Europa verschifft.

„Maine verfügt über einen riesigen Hafen, der teilweise für den Versand von Hackschnitzeln nach Europa genutzt wird, aber aufgrund von Transportproblemen können sie nicht genug Material zum Hafen bringen“, sagte Vaezi. „Eine Pipeline könnte den Bedarf an Tausenden Hackschnitzel-Lkw-Ladungen pro Jahr überflüssig machen.“

In der Vergangenheit waren die hohen Kosten für den Transport von Biomasse-Rohstoffen, meist per LKW, ein großes Hindernis für die Ausweitung biomassebasierter Energieanlagen. Die aktuelle Studie wird technologische und wirtschaftliche Analysen umfassen, um den Pipeline-Wassertransport von Biomasse mit dem LKW-, Bahn- und Schiffstransport über kurze, mittlere und lange Distanzen zu vergleichen.

„Pipelining gilt als nahezu emissionsfreier Prozess, der die mit dem Landtransport verbundenen Umwelt- und Sozialprobleme beseitigt“, sagte Vaezi.

Ein zusätzlicher Vorteil eines Pipelinesystems besteht darin, dass die Biomasseaufschlämmung erhitzt werden kann, um Verunreinigungen oder Befall zu zerstören, die möglicherweise den Vorschriften für den Biomassetransport unterliegen, sagte Vaezi. Nach der Anlieferung könnte die Biomasse gesiebt werden, um Wasser zu recyceln, und in einen offenen Raum verbracht werden, wo sie zu geringen oder gar keinen Kosten auf natürliche oder mechanische Weise an der Luft getrocknet werden könnte.

Zusätzlich zu Holzspänen wird das NIU-Team die wirtschaftliche und mechanische Machbarkeit des Pumpens von Sägemehl- und Weizenstroh-Wassermischungen über Pipelines untersuchen.

„Biomasse-Rohstoffe sorgen für Energiesicherheit“, sagte Vaezi. „Es ist die einzige Art erneuerbarer Energie, die direkt in Biokraftstoff umgewandelt werden kann.

„Wir gehen davon aus, dass diese neuartige Arbeit die Pipeline als technisch machbare und wirtschaftlich sinnvolle Transportart einführen wird, um Biomasse-Rohstoffe in großem Maßstab und über große Entfernungen zu deutlich niedrigeren Kosten als andere Transportarten wie LKW, Bahn und Schiff zu transportieren“, sagte er hinzugefügt. „Dadurch werden Energieanlagen auf Biomassebasis in Bezug auf Größe und Wirtschaftlichkeit mit Anlagen auf der Basis fossiler Brennstoffe konkurrenzfähig.“

Medienkontakt: Tom Parisi

Über NIU

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