Ученые впервые в мире раскрыли пористость биоуглей

Новаторская работа прокладывает путь для экологических приложений и доступа к результатам из огромных объемов данных.

В ходе прорыва, который может иметь большое значение для экологических приложений, исследователи визуализировали пористость биоуглей с помощью «беспрецедентного» операндо эксперименты с использованием оборудования национального синхротрона Великобритании Diamond Light Source.

Работа, выполненная доктором Роберто Вольпе и его командой из Лондонского университета королевы Марии и Университетского колледжа Лондона в сотрудничестве с Даймонд, позволяет преодолеть существующие пробелы в знаниях о термохимическом разложении биомассы и может позволить производить индивидуальные биохимические продукты. символы для высокоприоритетных экологических приложений. Среди других областей биоуголь может сыграть важную роль в операциях по очистке мест, где опасные химические вещества были разлиты в почву и воду.

При поддержке гранта European Horizon 2020 под названием ExPaNDs-European Open Science Cloud (EOSC) Photon and Neutron Data Service — Даймонд работал с доктором Вольпе над новым методом обработки больших объемов данных, используемым на синхротроне для ускорения доступа к результатам.

Текущее исследование доктора Вольпе включает в себя изучение и идентификацию полукокса, созданного из сырой биомассы скорлупы миндаля и грецкого ореха, поскольку их пористость является ключом к экологическим применениям. Возможность настраивать морфологию этих углей может стать прорывом в решении глобальных проблем путем создания недорогих и возобновляемых решений для хранения энергии, катализа, восстановления воды и почвы. Отслеживание морфологии биомассы во время производства биоугля является первым шагом к достижению этой цели.

Наблюдение за вековым процессом
«То, что мы делаем, очень просто: мы берем скорлупу миндаля и грецкого ореха и подвергаем ее пиролизу для создания биомассы полукокса — исследование карбонизации биомассы, по сути, отражает методы, восходящие к зарождению человечества, путем превращения древесины в древесный уголь. Однако в нашем исследовании процесс контролируется на каждом этапе, и нас интересует создаваемая пористость. Тщательно нагревая, мы можем сформировать до тысячи квадратных метров доступной площади поверхности в сложной сети пор внутри одного грамма сформировавшихся биоуглей».

Он добавляет: «Применений для этой работы много, поскольку загрязняющие вещества (бактерии, металлы, загрязняющие молекулы) или ионы (в случае накопления энергии) могут переноситься водой (или электролитом) во внутреннюю пористую сеть частиц, и они могут застрять там. Отслеживание эволюции этой сети пор по мере того, как мы нагреваем частицы биомассы, является ключевым моментом и настоящей новизной этой работы».

В дополнение к традиционному лучевому времени в Diamond д-р Вольпе работал в сотрудничестве с данными в рамках гранта ExPaNDs, чтобы разработать новые процессы для ускорения доступа к данным.

Доктор Вольпе говорит, что помощь, которую он получил при анализе своих данных от команды ExPaNDs и Diamond, ускорила его исследования. Комментируя, он сказал, что интеллектуальный анализ этих огромных наборов данных является новой дисциплиной и требует обширного сотрудничества.

«Обмен такими большими и сложными наборами информации является сложной задачей, и грант ExPaNDS помог найти более эффективные способы управления данными, которые действительно полезны для ускорения результатов и прозрачности».

Объясняет доктор Пол Куинн, руководитель научной группы Diamond; «Методы визуализации в Diamond позволяют команде визуализировать структуру твердой частицы с достаточной детализацией, чтобы исследовать небольшие зазоры или поры и отслеживать любые изменения с течением времени и при колебаниях температуры. Это означает, что мы можем извлечь много подробностей об эволюции этих пор и их сложной геометрии. Этот результат проливает свет на фундаментальное поведение термически обработанной биомассы и в то же время позволяет доктору Вольпе и его команде однозначно соотносить геометрию частиц и пор с температурой».

Он добавляет: «Это большое достижение стало возможным благодаря самоотверженности ученых моей команды. Доктор Кристоф Рау и многие другие, которые внесли свой вклад и поддержали сложные измерения, от советов по выполнимости эксперимента до экспериментальной настройки печи для создания правильной среды и оптимальных условий рентгеновского изображения, до обработки множества полученных данных. ”

Обеспечение ЧЕСТНОГО доступа к большим наборам данных
Поскольку каждый год на синхротронах производятся петабайты данных, потребность в сотрудничестве и скоординированном подходе к этим огромным наборам данных является проблемой, стоящей перед большинством ученых и исследователей, особенно тех, кто работает на крупных объектах в Великобритании и Европе. Чтобы повысить ценность этих данных, они должны следовать ключевым принципам, чтобы в конечном итоге быть доступными для поиска, доступными, интероперабельными и пригодными для повторного использования (FAIR). Эти принципы помогут сделать данные в конечном итоге открытыми для всех. Основная цель ExPaNDS — упростить поиск и обмен исследовательскими данными, что поможет предотвратить повторение экспериментов, подстегнет научный прогресс и сделает синхротронные данные ДОСТУПНЫМИ. Вторая цель ExPaNDS — предоставить рекомендации по управлению данными для поддержки совместного использования и повторного использования.

Проект ExPaNDS представляет собой сотрудничество между 10 национальными инфраструктурами фотонных и нейтронных исследований (PaN RI). Это сообщество охватывает практически все области исследований с огромным разнообразием подходов к управлению данными. Это затрудняет гармонизацию.

Профессор д-р Гельмут Дош, председатель совета директоров DESY, которая является ведущим партнером в гранте ExPaNDS, сказал: «Сегодня мы можем создавать решения, а в будущем даже больше — атом за атомом, вы знаете материалы, которые могут использоваться для борьбы с изменением климата и болезнями. Но эти данные, эта информация приходит к нам огромной лавиной данных, и нам нужны концепции, как превратить эти данные в полезную информацию и знания. Ему нужны правильные люди; ему нужна правильная инфраструктура, и ему нужны финансовые ресурсы. Но я могу сказать только сейчас, что знание дорого, а невежество мы не можем себе позволить».

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Источник: https://envirotecmagazine.com/2023/02/20/scientists-unravel-the-porosity-of-biochars-in-a-world-first/