Wetenschappers ontrafelen de porositeit van biochars in een wereldprimeur

Baanbrekend werk effent de weg voor milieutoepassingen en toegang tot resultaten uit enorme hoeveelheden gegevens

In een doorbraak die belangrijk kan zijn voor milieutoepassingen, hebben onderzoekers de porositeit van biochars in beeld gebracht via "ongekend" werkend experimenten, gebruikmakend van faciliteiten die beschikbaar zijn bij de Britse nationale synchrotron, Diamond Light Source.

Het werk – uitgevoerd door dr. Roberto Volpe en zijn team aan de Queen Mary University of London en University College London, in samenwerking met Diamond – overbrugt bestaande kennislacunes in de thermochemische afbraak van biomassa en zou de productie van op maat gemaakte bio- tekens voor milieutoepassingen met hoge prioriteit. Biochars kunnen onder andere een belangrijke rol spelen bij schoonmaakoperaties op locaties waar gevaarlijke chemicaliën in bodem en water zijn gemorst.

Met steun van een Europese Horizon 2020-subsidie ​​genaamd ExPaNDs - European Open Science Cloud (EOSC) Photon and Neutron Data Service - heeft Diamond samen met Dr. Volpe gewerkt aan een nieuwe, data-intensieve techniek die wordt gebruikt bij de synchrotron om de toegang tot resultaten te versnellen.

Dr. Volpe's huidige onderzoek omvat het onderzoeken en identificeren van de houtskool die is gemaakt van ruwe biomassa van amandel- en walnootschillen, aangezien hun porositeit de sleutel is tot milieutoepassingen. De mogelijkheid om de morfologie van deze verkoolde koolstof aan te passen, zou een grote doorbraak kunnen inluiden om wereldwijde uitdagingen het hoofd te bieden door goedkope en hernieuwbare oplossingen te creëren voor energieopslag, katalyse, water- en bodemsanering. Het volgen van de morfologie van biomassa tijdens de productie van biochar is de eerste stap om dit te bereiken.

Observeren van een eeuwenoud proces
“Wat we doen is eenvoudig: we nemen amandel- en walnootdoppen en laten ze pyrolyseren om een ​​houtskoolbiomassa te creëren. In onze studie wordt het proces echter bij elke stap gevolgd en waar we in geïnteresseerd zijn, is de porositeit die wordt gecreëerd. Door nauwkeurig te verwarmen, kunnen we tot meer dan duizend vierkante meter toegankelijk oppervlak vormen in het ingewikkelde netwerk van poriën binnen een enkele gram gevormde biochars.”

Hij voegt eraan toe: "Toepassingen voor dit werk zijn talrijk, aangezien verontreinigingen (bacteriën, metalen, vervuilende moleculen) of ionen (in het geval van energieopslag) door water (of door een elektrolyt) in het porienetwerk binnen de deeltjes kunnen worden vervoerd, en ze kunnen daar vast komen te zitten. Het volgen van de evolutie van dit poriënnetwerk terwijl we de biomassadeeltjes verwarmen, is de sleutel en de echte nieuwigheid van dit werk.

Naast de traditionele beamtime bij Diamond, heeft dr. Volpe samengewerkt aan de datakant van de ExPaNDs-subsidie ​​om nieuwe processen te ontwikkelen om de toegang tot data te versnellen.

Dr. Volpe zegt dat de helpende hand die hij kreeg bij het analyseren van zijn gegevens van het ExPaNDs- en Diamond-team zijn onderzoek versnelde. Als commentaar zei hij dat datamining van deze enorme datasets een nieuwe discipline is en uitgebreide samenwerking vereist.

"Het delen van zulke grote en complexe informatiesets is een uitdaging en de ExPaNDS-subsidie ​​hielp bij het identificeren van betere manieren om gegevensbeheer te leveren, wat erg nuttig is om resultaten en transparantie te versnellen."

Dr. Paul Quinn, Science Group Leader voor Diamond legt uit; “Beeldvormingstechnieken bij Diamond stellen het team in staat om de structuur van het vaste deeltje met voldoende detail te visualiseren om kleine openingen of poriën te onderzoeken en eventuele veranderingen in de loop van de tijd en met variaties in temperatuur te volgen. Dit betekent dat we veel details kunnen extraheren over de evolutie van deze poriën en hun ingewikkelde geometrie. Dit resultaat werpt licht op het fundamentele gedrag van thermisch behandelde biomassa en stelt dr. Volpe en zijn team tegelijkertijd in staat om de deeltjes- en poriëngeometrie op unieke wijze te correleren met de temperatuur.”

Hij voegt eraan toe: “Dit is een geweldige prestatie, mogelijk gemaakt door de toewijding van de wetenschappers in mijn team. Dr. Christoph Rau en de vele anderen die hebben bijgedragen aan en de complexe metingen hebben ondersteund, van advies over de haalbaarheid van experimenten, tot experimentele opstelling van de oven om de juiste omgeving en optimale röntgenbeeldvormingsomstandigheden te creëren, tot het ontginnen van de schat aan gegenereerde gegevens. ”

Zorgen voor EERLIJKE toegang tot grote datasets
Aangezien elk jaar petabytes aan gegevens worden geproduceerd in synchrotrons, is de behoefte aan samenwerking en een gecoördineerde aanpak met deze enorme datasets een probleem waar de meeste wetenschappers en onderzoekers mee te maken hebben, vooral degenen die in grootschalige faciliteiten in het VK en Europa werken. Om de waarde van deze gegevens te vergroten, moeten ze de belangrijkste principes volgen om uiteindelijk vindbaar, toegankelijk, interoperabel en herbruikbaar (FAIR) te zijn. Deze principes zullen helpen om gegevens uiteindelijk voor iedereen toegankelijk te maken. Een belangrijk doel van ExPaNDS is om het gemakkelijker te maken om onderzoeksgegevens te vinden en te delen, wat herhaling van experimenten helpt voorkomen, wetenschappelijke vooruitgang stimuleert en synchrotrongegevens FAIR maakt. Een tweede doel van ExPaNDS is om richtlijnen te geven voor het beheer van gegevens om delen en hergebruik te ondersteunen.

Het ExPaNDS-project is een samenwerking tussen 10 nationale Photon and Neutron Research Infrastructures (PaN RI's). Deze community omvat vrijwel alle onderzoeksgebieden met een enorme diversiteit aan datamanagementbenaderingen. Dat maakt harmonisatie een uitdaging.

Professor Dr. Helmut Dosch, voorzitter van de raad van bestuur van DESY, de leidende partner in de ExPaNDS-subsidie, zei: “We kunnen nu oplossingen creëren, en in de toekomst nog meer – atoom voor atoom, je kent materialen die kunnen worden gebruikt voor de bestrijding van klimaatverandering en ziekten. Maar deze gegevens, deze informatie komt met een enorme lawine aan gegevens naar ons toe, en we hebben concepten nodig hoe we deze gegevens kunnen omzetten in bruikbare informatie en kennis. ​Het heeft de juiste mensen nodig; het heeft de juiste infrastructuur nodig, en het heeft financiële middelen nodig. Maar ik kan nu pas zeggen dat kennis duur is, maar onwetendheid kunnen we ons niet veroorloven.”

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• Bron: https://envirotecmagazine.com/2023/02/20/scientists-unravel-the-porosity-of-biochars-in-a-world-first/