הופכים את הדלק האורגני למקור אנרגיה מתחדש ומשתלם כלכלית בעזרת ®COMSOL Multiphysics

אנליזה נומרית
לקבלת פרטים נוספים ללא התחייבות:

לקבלת פרטים נוספים אודות המוצרים והשירותים שחברת נומריקל מספקת, נא השאירו פרטים.

קראו סיפורי משתמשים נוספים:
חוקרים במעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת (NREL - National Renewable Energy Laboratory) משתמשים בסימולציה מולטיפיזיקלית כדי להבין טוב יותר ולבצע אופטימיזציה לתהליך ההמרה של דלקים אורגניים המופקים מצמחים.
דלקים אורגניים יכולים פוטנציאלית להחליף דלקי מאובנים ביישומים רבים, ולהציע מקור אנרגיה חלופי לחימום בתים, יצירת חשמל, והנעת תעשיית התחבורה. ישנם יתרונות רבים ביצירת דלק אורגני מחומרים המבוססים צמחים, מה שמכונה בד"כ ביומסה. דלקים אלה ניתנים להתחדשות, בעלי בעירה נקייה, ומנוטרלי-פחמן, מייצרים לא יותר דו תחמוצת הפחמן ממה שמופרד ע"י מקור הצמח המקורי שלהם. ובכל זאת, הזמינות של דלק אורגני היא עדיין די מוגבלת בשימוש הנפוץ יותר שלה - בכלי רכב. נכון לשנת 2014, מנהל המידע של מחלקת האנרגיה של ארצות הברית מדווח כי רק 2% מתחנות הדלק הקמעונאיות מציעות את הדלק המבוסס אתנול E85.
תהליך הייצור עצמו מציב מחסום כלכלי חשוב לשימוש הנרחב בדלקים אורגניים. מחקר ב- NREL, הנתמך ע"י קונסורטיום הפירוליזה החישובית (Computational Pyrolysis Consortium), מוכוון להשגת הבנה טובה יותר של התהליכים הפיזיקליים שמאחורי ההמרה לדלק אורגני ע"י פיתוח מודלים חישוביים המכילים את הייצוג המדויק ביותר עד עתה של גיאומטריית חלקיקי ביומסה. מודל כזה יכול לשמש אח"כ לטובת שיפור פיתוח ואופרציה של ראקטור כפי שנדרש בייצור ההמוני של דלק אורגני. מחקר זה עשוי להפוך את השימוש בדלק אורגני למשתלם כלכלית ולתחרותי כנגד הדלקים הלא מתחדשים המסורתיים, חלקם יעלמו מן העולם בעשורים הקרובים.
biomedical
numerical analysis
איור 1
ייצור דלק מצמחים
תהליכים תרמו-מכאניים כגון פירוליזה, אשר מוצגת באיור 1, משתמשת בחשיפה לטמפ' גבוהות בכדי לפרק ולהמיר חלקיקי ביומסה לדלקים אורגניים נוזליים שתומכים בפעילויות יומיומיות רבות. שיפור של פירוליזה מהירה, דרך ההמרה התרמו-מכאנית הטרום מסחרית המשמשת לרוב בביומסה עצית, היא אחת ממטרות המחקר ב- NREL.
פיטר סיאסיילסקי, מדען מחקר ב- NREL, והקולגות שלו משתמשים בסימולציה מולטיפיזיקלית כדי לקבל תובנות על התהליכים היסודיים שמאחורי המרת ביומסה דרך פירוליזה, בתור התחלה ע"י חקירת מעבר חום ומסה. מעבר יעיל של חום ומסה דרך חלקיקי ביומסה ממזער היווצרות של פחם ומאיץ תגובות עדיפות ע"י הקלת החדירה של זרזי המרה והבריחה של מוצרים רצויים. המחקר של סיאסיילסקי לוקח בחשבון את ההשפעה של גודל, צורה ומיקרו-מבנה פנימי של חלקיקי ביומסה, אשר נקבעים ע"י זני העץ וע"י תהליך הטחינה שקודם לפירוליזה.
מודל מדויק של ביומסה
מחקרים חישוביים שעוצבו להבין ולטייב את תהליך ההמרה לדלק אורגני תמיד השתמשו בגיאומטריית חלקיקי ביומסה פשוטה שהתעלמה מהמבנה המיקרו הפנימי. המחקר של סיאסיילסקי מכוון להשגת תובנות במעבר החום והמסה בביומסה ע"י פיתוח מודל בתוכנת COMSOL Multiphysics® שלוקח בחשבון את המבנה המיקרו הפנימי. "כיוון שב- COMSOL® כבר מוטמעים כלי הגיאומטריה, הפיזיקה, הרישות והפותרן, באפשרותנו להשקיע זמן רב יותר בהפיכת גיאומטריית מודל הביומסה לממש מדויקת" מסביר סיאסיילסקי. במטרה ליצור מודלים תלת מימדיים של ביומסה לשימוש בסימולציות COMSOL®, נעשה שימוש במיזוג של שיטות הדמיה כדי לאפיין את המורפולוגיה החיצונית והתפלגות הגודל וכן את מבנה המיקרו הפנימי של כל סוג של ביומסה. דוגמאות להדמיות שהושגו עבור המחקר מוצגות באיור 2.
נוצרה גיאומטריה מוצקה ע"י שימוש במימדים הפנימיים והחיצוניים של חלקיקי הביומסה, שנקבעו מהתמונות, כתשומה לסדרה של אופרציות גיאומטריות בוליאניות ב- COMSOL®. הגיאומטריה השלמה מכילה שני אזורים, כפי שנראה באיור 3.
מעבר חום
heat transfer
איור 2
סימלוץ פירוליזה: מעבר חום ומסה
פירוק ביומסה דרך פירוליזה מהירה מתחיל ביישום של טמפרטורות גבוהות (כ- 500 מעלות צלסיוס) לכלי ריאקציה נטול חמצן למשך מספר שניות. ביישום התנאים הללו, ממשק מעבר החום המאוחד ב- COMSOL שימש לסימלוץ מעבר החום בין אזור הנוזל החיצוני שנראה באיור 3a, המכיל גז חנקן, ובין חלקיקי הביומסה. מעבר חום באזור הנוזלי בולט בשל תהליך הסעת חום, בעוד שבממשק ומבעד לחלקיק הביומסה, מעבר חום הוא ע"י הולכה בלבד.
הסימולציות בוצעו באשכולות מחשבים עם ביצועי-על ע"י שימוש באחד או שני צמתי חישוב שכל אחד מכיל 24 מעבדי Intel® Xeon® Ivy Bridge עם זיכרון RAM של 64 GB. התוצאות באיור 3b מראות את התפלגות הטמפ' בחלקיק ביומסה של חומר גלם העשוי עץ חצי שניה בתוך סימולציה ארעית של מעבר חום מאוחד. עבור גודל, צורה ומיקרו-מבנה נתונים של חלקיק, אפשרי לקבוע את כמות הזמן הנדרשת לכל החלקיק, בייחוד המרכז, כדי להשיג את הטמפרטורות האופטימליות לפירוק.
אנליזה נומרית
הנדסה ביו-רפואית
biomedical
בסימולציה אחרת, נחקרה הדיפוזיה של חומצה גופריתית, כימיקל המשמש לטיפול מוקדם של ביומסה לפני ההמרה שלו לדלק אורגני. ממשק Transport of Diluted Species שימש לסימולציות ארעיות של מעבר מסה בגיאומטריות החלקיק המוצקות והמיקרו-מבנה, כאשר הנוזל הסביבתי במקרה הזה היה מים. תוצאות מחקרי מעבר החום והמסה, קובעות כי מודל מוצק, בייחוד כדורי, עשוי שלא לספק דיוק מספק כדי להעריך ולטייב תהליכי המרת דלק אורגני ושהשימוש במודל מיקרו-מבנה הוא מוצדק.  
איור 3a
איור 3b
רוצים ללמוד עוד על יכולותיה המולטיפיזיקליות הגבוהות של ®COMSOL?

זה פשוט וקל להכיר אונליין את הממשק האינטואיטיבי של התוכנה!

צפו בהדרכות מקוונות מפורטות אודות האפשרויות הרבות ב- ®COMSOL Multiphysics

כנסו לדף ייעודי המתעדכן מדי שבוע וכולל סרטוני הדרכה מלאים עם כתוביות בעברית

 
 
 כתובת: פארק המדע, פנחס ספיר 8, נס ציונה I אימייל: info@numerical.co.il  |  טל: 03-9629621

Numerical© 2017 כל הזכויות שמורות