大量的生物质资源被浪费或未得到充分利用
北伊利诺伊大学(Northern Illinois University)的Mahdi Vaezi正在研究建造一条全球首创的生物质管道的可行性。
工程技术教授Vaezi说，该研究项目得到了美国农业部为期四年的65万美元奖励，可以为缅因州的世界上第一条生物质管道奠定基础。
简单地说，生物质是来自植物和动物的可再生有机材料。自人类诞生以来，它就被用来做饭和取暖——比如，想想烧木头的炉子或壁炉。
据美国能源情报署称，生物质在许多国家仍是一种重要的燃料，特别是在发展中国家用于烹饪和取暖。在许多发达国家，越来越多地将生物燃料用于运输和发电，以避免使用矿物燃料排放二氧化碳。
今天的生物质原料可以包括专用能源作物、农业作物残茬、林业残茬、藻类、木材加工残茬以及城市和工业垃圾中的有机成分。使用生物质能的好处包括减少对外国石油的依赖，支持农业和森林产品工业，并有可能大大减少温室气体排放。
“世界上大部分地区都依赖化石燃料，每个人都在寻找替代方案，”Vaezi说。“然而，我们有大量的生物质资源被浪费或未得到充分利用。”
近十年前，Vaezi在加拿大阿尔伯塔大学的论文中首次研究了生物质管道的可行性。对于新项目，他将有更多的资源可供支配。
美国农业部的拨款将部分用于为Still Gym的一个新的垃圾先进解决方案技术和生态系统实验室(Waste Lab)，购买大约10万美元的仪器和设备，未来几个月将在那里组装一条30英尺(9米)长的闭环原型管道。北伊利诺伊大学工程技术系、工程与工程技术学院和研究与创新合作司(RIPS)也将为实验室的发展提供支持。
RIPS还帮助Vaezi找到了该项目的行业和科学合作伙伴。该基金的合作者是芝加哥伊利诺伊大学(UIC)的Parisa Mirbod博士(Mirbod实验室)和生物质能用户和生物炼制公司Biofine Developments Northeast Inc.。Mirbod和她在UIC的团队将使用颗粒图像测速(PIV)等流动可视化技术，研究纤维生物质颗粒浆在管道和泵中流动时塞流形成和减阻效应背后的现象。
“这是一个很好的研究合作的例子，将教师专家与创新者、企业家、行业和学生联系起来，”RIPS副总裁杰拉尔德·布拉西(Gerald Blazey)说。“我们很高兴能帮助支持这项重要的研究。”
Vaezi打算聘请一名博士生、三名硕士生和几名本科生来负责实验室的组成部分，高级设计团队也将负责项目方面的工作。
Vaezi说：“除了研究应用外，该项目还在流体力学、泵和管道系统、能源管理和流量仪表等领域具有教学示范作用。”
在与缅因州建设管理学院协商后，该项目将包括一个大型长距离生物质管道的技术经济案例研究，为缅因州伊斯特波特的一个商业港口提供一条潜在的10英里(16公里)长的木片管道。木片将被制成泥浆(水的混合物)，通过管道输送到港口，再运往欧洲。
“缅因州有一个大型港口，部分用于向欧洲运送木片，但由于运输问题，他们无法将足够的材料运到港口，”Vaezi说。“一条管道可以消除每年成千上万辆木片卡车的需求。”
过去，运输生物质原料的高成本(通常是用卡车运输)一直是增加生物质能源设施规模的主要障碍。目前的研究将包括技术和经济分析，以比较生物质管道流体运输与卡车、火车和船舶运输，在短距离、中距离和长距离的优劣。
Vaezi说：“管道输送被认为是接近零排放的过程，消除了与陆路运输相关的环境和社会问题。”
Vaezi说，管道系统的另一个好处是，生物质浆液可以加热，以消灭可能受生物质运输法规约束的污染物或虫害。一旦交付，生物质可以被筛选以回收水，并转移到一个开放的空间，在那里它可以自然或机械风干，几乎没有成本。
除了木屑，NIU团队还将研究通过管道泵送木屑和麦秸水混合物的经济和机械可行性。
“生物质原料提供了能源安全，”Vaezi说。“这是唯一一种可以直接转化为生物燃料的可再生能源。”
他补充说：“我们预计这项新工作将引入管道作为一种技术上可行和经济上可行的运输方式，以大规模和长距离运输生物质原料，其成本明显低于卡车、火车和船舶等其他运输方式。这将使基于生物质的能源设施在规模和经济方面与基于化石燃料的工厂竞争。”
