En ny, energibesparande teknik producerar kisel föreningar från osannolikt material: ris skrov, frostskyddsvätska och sprit.
Utfälld kiseldioxid och andra kisel föreningar är väsentliga för många produkter som vi använder varje dag, och inte bara i de små paketen märkt "ÄT INTE." De används för att absorbera fukt som kan skada nya produkter, och de flesta av oss tror inte mycket om dem.
Hundratusentals ton utfälld kiseldioxid och andra kisel föreningar produceras varje år. De används för att polera de kiselskivor som går in i elektronik, att stärka däck, för att göra färger och papper vit, som slipmedel i tandkräm, och Ja, i otaliga små paket av kiselgel pärlor.
Att producera hög renhet kisel föreningar är idag en dyr och koldioxidintensiva process som kräver värme bryts kisel metall och antracit kol till 3 500 grader Celsius (6,332 grader Fahrenheit) i en ljusbågsugn.
Richard Laine, professor i materialvetenskap och teknik vid University of Michigan som utvecklat den nya processen, säger det kan spara cirka sex ton koldioxidutsläpp per ton av kiseldioxid föreningar produceras. Han uppskattar kostnaden för tekniken till 90 procent mindre än den nuvarande processen, med nästan inga koldioxidutsläpp.
Den nya tekniken tros vara den första enkla och billiga kemiska metoden för att producera hög renhet kisel föreningar från jordbruksavfall.
Ris skrov
Mycket av världens jordbruksavfall innehåller kisel, och sökandet efter ett praktiskt sätt att extrahera den sträcker sig 80 år tillbaka. Den nya processen kan användas för att producera kisel och kisel innehållande kemikalier från många typer av jordbruksavfall, fokuserade Laine på använder skroven kvar från bearbetning av ris.
Skrovet är det yttersta lagret av riskorn. Det tas bort när ris bearbetas. Hundratals miljoner ton skroven produceras runt om i världen varje år. Många är brännas för att producera el, och askan som blir kvar innehåller höga halter av kiseldioxid. En del av denna aska används i konstruktion eller som isolering, men mycket av det dumpas i deponier.
Men medan världen är fylld i silica-rika ris skrovet aska, att få det kiseldioxid ut har visat sig vara en stor utmaning. Svårigheten härstammar mestadels från otroligt stark kemisk bindning mellan kisel och syre, en av de starkaste som finns i naturen.
Whyantifreeze och etanol?
Laine hittade två enkla och billiga sätt att bryta det obligation: etylenglykol, eller kylarvätska, och etanol eller sprit. Frostskyddsvätska kombinerat med en liten mängd natriumhydroxid försvagar de kemiska bindningarna mellan kiseldioxid och ris skrovet askan i början av processen, upplösning kiseldioxid i en flytande lösning.
Lösningen värms sedan till 390 grader Celsius (734 grader Fahrenheit), bildar en polymer av kiseldioxid och frostskyddsvätska. Medan detta skede kräver energi, det är mer än kompenseras av energin som produceras när ris skroven bränns i början av processen. Och eftersom den koldioxid som frigörs när skroven bränns var tidigare absorberas av ris växten, processen betraktas som koldioxidneutralt. Uppvärmning producerar en kvarts-frostskyddsvätska polymer som filtreras sedan för att ta bort askan.
Sprit läggs sedan i slutet av processen. Det är kemiskt liknar kylarvätska, så det enkelt swappar i att ersätta frostskyddsvätska, som sedan återvinns. Flytande kiseldioxid kan sedan destilleras ur detta andra lösning och används för att göra en hög renhet utfälld kiseldioxid produkt för industriellt bruk.
Laine har bildat ett företag, Mayasil, för att kommersialisera den tekniken, som håller på att bygga en "pre" pilotanläggning som kommer att användas för att utveckla en förminskad upp tillverkningsprocessen. Om den skala upp lyckas förutspår Laine att det kommer att förändra hur kiseldioxid produkter är tillverkade och används.
– Jag tror så småningom, vi kommer att producera hög renhet kiseldioxid och andra kisel föreningar intill risfälten, säger Laine. "Det kommer att vara möjligt att behandla ris och producera högvärdigt kisel på en enda plats med liten eller ingen klimatpåverkan. "Det är verkligen mycket spännande."