Avslöjande neutroner bombarderar atomer
Ett instrument med pulsade neutroner tränger djupt in i olika biomaterial som svarar med att sända ut typiska signaler från ingående atomer. Detta möjliggör en detaljerad och omedelbar karakterisering av hela mängden material på ett transportband.
– Nu får vi möjlighet att samtidigt karakterisera både biomassans organiska delar och de som ger upphov till aska, säger en glad Mikael Thyrel, doktor och biträdande lektor vid SLUs institution för skogens biomaterial och teknologi. Han har nyligen tilldelats nära tre miljoner kr av Kempestiftelserna för inköp av ett avancerat instrument för karakterisering on-line av biomaterial och restprodukter.
– Det är en underbar tid. Jag har just varit på synkrotronen i Berkeley, USA, där jag för första gången sett helt nya saker i vedens cellväggar, men det är för tidigt att säga något om det ... och så det här! Jag hade knappt landat när jag fick beskedet att Kempestiftelserna beviljat vår ansökan. Det känns som en jättevinst på lotteri - jag borde väl köpa en lott, säger Mikael Thyrel.
I syfte att hålla ökningen av den globala medeltemperaturen inom 2˚C, enlig den överenskommelse i Paris vilken Sverige nyligen godkänt, måste fossila energislag ersättas med hållbara alternativ. Förnybar biomassa t.ex. från skogsavfall är ett sådant men har mycket skiftade kvalitet. Detta är en betydande nackdel för förnybar biomassa från såväl skog som åker. Fukten varierar och biomassa innehåller olika mängd askbildande element, exempelvis mer aska i bark än i ren ved. Dessutom kan materialet vara förorenat med jordpartiklar.
Tillgång till ett instrument som "ser" hela denna variation i varje ögonblick när materialet passerar instrumentet kan i framtiden visa sig vara drömmen för varje processoperatör. Exempelvis skulle man kunna undvika slaggbildning i bränslepannor genom att upptäcka oönskad sammansättning av askbildande ämnen i inströmmande biobränslen och i tid sätta in olika motmedel.
Andra exempel är biomassa på väg in till ett bioraffinaderi där detaljerad förhandskunskap om materialets variation, tack vare neutroninstrumentet, kan effektivisera olika steg i processen. Det neutronbaserade instrumentet är även användbart för att i detalj kartlägga den kemiska variationen i avfall, slam och aska.
Bland annat används instrumentet redan nu i gruvnäringen för att studera mineralhalter i anrikningssand. Andra intressanta områden för banbrytande forskning, förutom processtyrning, kan vara miljöteknik, t.ex. analys av bränsleaskor för att identifiera lämpliga partier för spridning i skog; miljöövervakning, exempelvis tungmetallförekomst i avfall, samt skogs- och jordbruk, exempelvis snabba analyser av jordprover.
– Ansökan är ett samarbete i det av regeringen stöttade projektet Bio4Energy för strategisk forskning inom hela produktionskedjan från träd till färdiga produkter i form av biobränslen, bioenergi och gröna kemikalier, avslutar Mikael Thyrel.
Det är forskningsplattformarna 'Förbehandling av ved' och 'Termokemisk omvandlingsteknik' inom Bio4Energy som samverkar. Huvudsökande är Dr Mikael Thyrel och medsökande är Torbjörn Lestander, Sylvia Larsson och Shaojun Xiong samtliga docenter vid SLU i Umeå och professor Rainer Backman vid Umeå universitet.
Torbjörn Lestander
Fakta:
Den nya och mycket intressanta on-line tekniken är neutronaktivering när ett prov bestrålas med pulser av neutroner. Med neutronstrålning uppnås djup-penetrering av hela bulkvolymen, exempelvis i en ström av biomassa. Detta möjliggör en sann on-line-karakterisering av hela volymen i materialströmmen. Instrumentet innebär ett tekniksprång då det är utrustat med ett elektriskt styrt neutronrör istället för som tidigare en konstantstrålande radioaktiv källa. Detta underlättar hantering och transport av instrumentet till olika samverkande forskargrupper och företag i vårt land.
Neutronerna har ett penetreringsdjup på tiotals centimeter i provmaterialet vilket möjliggör snabb analys av stora volymer av heterogent material. Detta gör att tekniken med fördel kan placeras på ett transportband vilket ger stor potential att realisera den nödvändiga karakteriseringen som krävs för processtyrning i framtida resurseffektiv och flexibla bioraffinaderier. Instrumentet är en multielementteknik med stor bredd då praktiskt taget alla atomslag tyngre än bor (inklusive kol) kan mätas.