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Des chercheurs de l'Université Lehigh collaborent à des recherches financées par le DOE sur une technique combinant l'apprentissage automatique et la spectroscopie avancée pour caractériser les matières premières résiduelles pour l'hydrogène produit par gazéification.

Université Lehigh

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Carlos Romero (à droite), professeur à l'Université de Lehigh, directeur du Centre de recherche énergétique de Lehigh, et Zheng Yao (à gauche), chercheur principal à l'ERC, collaborent sur un projet de recherche intitulé « Machine Learning Enhanced LIBS to Measure and Process Biofuels and Waste Coal for Gasifier Improvement Operation », qui a récemment reçu un financement de phase II du ministère de l'Énergie. L'équipe de proposition comprend Energy Research Co. (ERCo) à Plainfield, New Jersey (responsable des petites entreprises), GTI Energy et SpG Consultants.

Crédit : Avec l’aimable autorisation de l’Institute for Cyber ​​Physical Infrastructure and Energy (I-CPIE)/Lehigh University

Carlos Romero, chercheurs de l'Université de Lehigh, directeur du Centre de recherche sur l'énergie (ERC), co-directeur associé de l'Institut pour les infrastructures cyber-physiques et l'énergie (I-CPIE) et membre du corps professoral du Département de génie mécanique et de mécanique, et Zheng Yao, chercheur scientifique principal à l'ERC, a reçu un prix DOE STTR (Department of Energy Small Business Technology Transfer) pour la phase II de sa proposition, « Machine Learning Enhanced LIBS to Measure and Process Biofuels and Waste Coal for Gasifier Improvement Operation ». » L'équipe de proposition comprend Energy Research Co. (ERCo) à Plainfield, New Jersey (responsable des petites entreprises), GTI Energy et SpG Consultants. À compter d’août 2023, le budget biennal du prix s’élève à 1 650 000 $. Cette recherche constitue la phase II du projet global, le projet initial de phase I se déroulant de 2022 à 2023. L'administration Biden s'est fixé un objectif de zéro émission nette de gaz à effet de serre (GES) d'ici 2050, et le DOE soutient des projets qui aident le Les États-Unis atteignent cet objectif.

Le charbon est utilisé comme source d’énergie depuis les années 1880, et l’un des sous-produits de son utilisation sont les déchets de charbon, qui peuvent contenir de l’arsenic, du chrome, du mercure et d’autres substances nocives. En 2019, l’utilisation du charbon a produit 2 907 millions de tonnes de déchets de charbon, qui peuvent être stockés pendant des années. Dans l'attente d'une élimination appropriée, les déchets de charbon présentent plusieurs dangers pour les communautés et les travailleurs voisins. Ces dangers pourraient inclure des incendies spontanés, qui peuvent libérer des toxines et des gaz à effet de serre (méthane et CO2), ainsi que des métaux toxiques, qui peuvent s'infiltrer dans les eaux souterraines et s'écouler dans les cours d'eau. Ce charbon stocké est également une ressource gaspillée, avec environ 60 % des déchets contenant encore une valeur calorifique viable.

Pour éliminer ces dangers pour la vie humaine et naturelle, et pour récupérer et utiliser les déchets, les chercheurs étudient les moyens d'utiliser les déchets de charbon et d'autres matériaux de biomasse à base de carbone (tels que les déchets de bois et les résidus agricoles) et les déchets plastiques, en particulier comme hydrogène. Ce processus est connu sous le nom de gazéification, qui consiste essentiellement à introduire un matériau à base de carbone dans de l'oxygène et à une température élevée (au-dessus de 700 degrés Fahrenheit) dans une cuve de réacteur appelée gazéifieur. La gazéification peut utiliser ces déchets pour créer du gaz de synthèse, une substance qui peut être transformée en hydrogène. Le procédé émet moins de polluants que la combustion du charbon. L’hydrogène produit par gazéification peut également aider les États-Unis à accroître leur utilisation d’hydrogène, un carburant qui émet moins de GES, conformément aux objectifs de l’administration Biden.

ERCo et l'ERC travaillent depuis plus d'une décennie sur des projets communs que Romero qualifie de « technologies transversales, améliorées par l'intelligence artificielle, y compris des logiciels intelligents pour des applications dans les secteurs de l'énergie et de la production d'électricité ». Cette recherche convient au partenariat et, dans la phase I, Lehigh et ERCo se sont concentrés sur le développement des composants de base d'un système capable, sur site et en temps réel, de caractériser la composition des mélanges de matières premières avant qu'ils n'entrent dans le gazogène (voir la figure). .