Хизер Виллауэр
Американский химик-аналитик и патентообладатель.
Хизер Виллауэр
Виллауэр показывает образцы синтетического топлива
Рожденный1974 (50–51 год)
ГражданствоСоединенные Штаты
Альма-матерКолледж Берри,
Университет Алабамы
ИзвестныйСинтетическое топливо из морской воды
Научная карьера
ПоляАналитическая химия
УчрежденияЛаборатория военно-морских исследований США

Хизер Д. Виллауэр (родилась в 1974 году) — американский химик-аналитик и изобретатель, работающая в Вашингтоне, округ Колумбия , в Военно-морской исследовательской лаборатории США (NRL). Возглавляя исследовательскую группу, Виллауэр запатентовала метод удаления растворенного диоксида углерода (CO2 ) из ​​морской воды , параллельно с водородом (H2 ), полученным обычным электролизом воды . Виллауэр также ищет способы улучшения катализаторов, необходимых для обеспечения непрерывного процесса Фишера-Тропша для рекомбинации оксида углерода (CO) и водородных газов в сложные углеводородные жидкости для синтеза реактивного топлива для самолетов ВМС.

Особенно важной для ВМС является возможность поддержания военно-воздушных операций в отдаленных районах без особой зависимости от дальних перевозок реактивного топлива через океаны. ВМС также изучают возможность строительства наземных объектов, способных синтезировать керосин из водорода и CO 2 , оба извлекаемых из компонентов морской воды . Из-за очень высокой электрической мощности, необходимой для электролиза воды для производства значительных объемов водорода, необходимы атомные электростанции или преобразование тепловой энергии океана (OTEC) для питания промышленных установок, построенных на суше на отдаленных островах вблизи моря в стратегических местах.

Образование

Уиллауэр училась в колледже Берри в Джорджии , получив степень бакалавра по химии в 1996 году. [1] В середине 1999 года она приняла участие в 11-й Международной конференции по разделению в водных двухфазных системах, проходившей в Галф-Шорс, штат Алабама . [2] В 2002 году она получила докторскую степень по аналитической химии в Университете Алабамы , написав диссертацию на тему «Основы фазового поведения и разделения растворенных веществ в АБС и применение в бумажной промышленности», «АБС» — это аббревиатура для « водных двухфазных систем ». [3] Она начала работать в NRL в качестве ассоциированного сотрудника, затем в 2004 году она перешла на должность химика-исследователя. [1]

Карьера

Виллауэр начала исследовать двухфазные системы и фазовые переходы после окончания колледжа Берри. В 1998 году она изучала водные двухфазные системы (ABS) на предмет возможности повторного извлечения ценных красителей из сточных вод текстильного производства. Она исследовала ионы и катализаторы . [4]

Виллауэр в NRL

В 2000-х годах Виллауэр начала изучать методы извлечения CO 2 и H 2 из морской воды с целью превращения этих молекул в углеводороды с использованием процесса Фишера-Тропша . [5] Она также исследовала модифицированные железные (Fe) катализаторы и изучала цеолитные (нанопористые алюмосиликатные ) носители катализаторов для рекомбинации этих молекул в реактивное топливо.

Предыдущие исследования пришли к выводу, что CO 2 в форме аниона бикарбоната (HCO 3 – ), доминирующего (96% молярной доли ) в морской воде, неорганические виды углерода не могут быть экономично удалены из морской воды. [6] Однако, подкисляя морскую воду с помощью адаптированной электролизной ячейки с катионопроницаемыми мембранами (названной трехкамерной электрохимической подкисляющей ячейкой), [7] можно экономично преобразовать HCO 3 – в CO 2 при pH ниже 6 и увеличить выход экстракции. В январе 2011 года NRL установила прототип электролизной ячейки морской воды на военно-морской авиабазе Ки-Уэст во Флориде. [8]

В 2017 году Виллауер и др. получили патент на устройство для извлечения CO2 из морской воды в форме электролитического катионообменного модуля (E-CEM). E-CEM рассматривается как «ключевой шаг» в производстве синтетического топлива из морской воды. Другие исследователи, названные в патенте, — Феличе ДиМаскио, Деннис Р. Харди, Джеффри Болдуин, Мэтью Брэдли, Джеймс Моррис, Рамагопал Анант и Фредерик В. Уильямс. [9]

Возможность синтеза реактивного топлива

Виллауэр и др. (2012) подсчитали, что реактивное топливо можно синтезировать из морской воды в количествах до 100 000 галлонов США (380 000 л) в день по цене от трех до шести долларов США за галлон. [10] [11] [7] Виллауэр и др. (2014) показали, что катализатор Фишера-Тропша можно модифицировать для синтеза различных видов топлива, таких как метанол и природный газ , а также олефинов , которые можно использовать в качестве строительных блоков для реактивного топлива.

Виллауэр и др. подсчитали, что для получения количества водорода и CO2, необходимого для синтеза одного галлона реактивного топлива, через этот процесс необходимо пропустить около 23 000 галлонов США (87 000 л) морской воды .

Морская вода была выбрана, потому что она содержит в 140 раз больше CO 2 по объему, чем атмосфера, а обычный электролиз воды также дает H 2 . Оборудование для обработки морской воды намного меньше, чем для обработки воздуха. Виллауэр посчитал, что морская вода является «лучшим вариантом» для источника синтетического реактивного топлива. [12] [13] К апрелю 2014 года команда Виллауэра еще не произвела топливо по стандарту качества, требуемому для военных самолетов, [14] [15] но в сентябре 2013 года они смогли использовать топливо для запуска радиоуправляемой модели самолета, работающей на обычном двухтактном двигателе внутреннего сгорания. [8]

Поскольку процесс требует значительного ввода электроэнергии [11] (~ 250 МВт электроэнергии в основном для производства H 2 электролизом воды, а также в меньшей степени для восстановления CO 2 из морской воды), [11] он не может быть реализован на большом судне, даже на ядерном авианосце. Установки, обрабатывающие морскую воду для получения H 2 и CO 2 (фактически CO), двух основных ингредиентов, необходимых для процесса Фишера-Тропша , должны быть построены на берегу, близко к морю, на островах в стратегически удаленных местах ( например , Гавайи , Гуам , Диего-Гарсия ) и питаться от ядерного реактора или от преобразования тепловой энергии океана (OTEC).

Публикации

Статьи

  • Jonathan G. Huddleston; Heather D. Willauer; Kathy R. Boaz; Robin D. Rogers (26 июня 1998 г.). «Разделение и восстановление пищевых красителей с использованием водных двухфазных экстракционных хроматографических смол». Journal of Chromatography B. 711 ( 1– 2 ): 237– 244. doi :10.1016/S0378-4347(97)00662-2. PMID  9699992.
  • Робин Д. Роджерс; Хизер Д. Уиллауэр; Скотт Т. Гриффин; Джонатан Г. Хаддлстон (26 июня 1998 г.). «Разделение малых органических молекул в водных двухфазных системах». Журнал хроматографии B. 711 ( 1– 2 ): 255– 263. doi :10.1016/S0378-4347(97)00661-0. PMID  9699994.
  • Хизер Д. Уиллауэр; Джонатан Г. Хаддлстон; Скотт Т. Гриффин; Робин Д. Роджерс (1999). «Разделение ароматических молекул в водных двухфазных растворах». Separation Science and Technology . 34 ( 6– 7): 1069– 1090. doi :10.1080/01496399908951081.
  • Jonathan G. Huddleston; Heather D. Willauer; Robin D. Rogers (23 июня 2000 г.). «Сольватохромные исследования в двухфазных водных системах полиэтиленгликоль–соль». Journal of Chromatography B . 743 ( 1– 2): 137– 149. doi :10.1016/S0378-4347(00)00230-9. PMID  10942281.
  • Mian Li; Heather D. Willauer; Jonathan G. Huddleston; Robin D. Rogers (2001). «Влияние температуры на технологию двухфазной водной экстракции на основе полимеров в процессе варки бумажной массы». Separation Science and Technology . 36 ( 5– 6): 835– 847. doi :10.1081/SS-100103623. S2CID  96760221.
  • Хизер Д. Уиллауэр; Джонатан Г. Хаддлстон; Робин Д. Роджерс (май 2002 г.). «Свойства растворителей в водных двухфазных системах, состоящих из полиэтиленгликоля и соли, характеризующиеся свободной энергией переноса метиленовой группы между фазами и линейным соотношением энергии сольватации». Industrial & Engineering Chemistry Research . 41 (11): 2591– 2601. doi :10.1021/ie0107800.
  • Энн Э. Виссер; В. Мэтью Рейхерт; Ричард П. Сватлоски; Хизер Д. Уиллауэр; Джонатан Г. Хаддлстон; Робин Д. Роджерс (июль 2002 г.). "23: Характеристика гидрофильных и гидрофобных ионных жидкостей: альтернативы летучим органическим соединениям для разделения жидкость–жидкость". В Робин Д. Роджерс; Кеннет Р. Седдон (ред.). Ионные жидкости . Серия симпозиумов ACS. Том 818. стр.  289– 303. doi :10.1021/bk-2002-0818.ch023. ISBN 978-0-8412-3789-6.
  • Хизер Д. Уиллауэр; Джон Гувер; Фредерик В. Уильямс; Джордж В. Машраш (январь 2004 г.). «Конструкция усовершенствованного автоматизированного распылителя для оценки воспламеняемости реактивного топлива». Petroleum Science & Technology .
  • Джордж В. Машраш; Джеймс Х. Уайнн; Хизер Д. Уиллауэр; Кристофер Т. Ллойд; Джанет М. Хьюз; Эрна Дж. Бил (2004). «Переработанные соевые кулинарные масла в качестве смесей для дизельного топлива». Исследования промышленной и инженерной химии . 43 (16).
  • Хизер Д. Уиллауэр; Рамагопал Анант; Джон Б. Гувер; Джордж В. Машраш; Фредерик В. Уильямс (ноябрь 2004 г.). «Критическая оценка автоматизированного роторного распылителя». Petroleum Science & Technology .
  • Джордж В. Машраш; Хизер Д. Уиллауэр; Джон Гувер; Джин Бейли; Фредерик В. Уильямс (январь 2005 г.). «Воспламеняемость и гидравлические жидкости на основе нефти». Petroleum Science & Technology .
  • «Реакции нестабильности и переработанные биодизельные топливные жидкости из сои. Джордж В. Машраш, Джеймс Х. Уайнн, Кристофер Т. Ллойд, Хизер Уиллауэр, Джанет М. Хьюз». Источники энергии . Январь 2005 г.
  • Heather D. Willauer; John B. Hoover; George W. Mushrush; Frederick W. Williams (21 марта 2005 г.). «Оценка аэрозолей реактивного топлива с использованием роторного распылителя». 4-е совместное заседание секций Института горения США. Архивировано из оригинала 4 марта 2016 г. . Получено 17 июня 2014 г. .
  • HD Willauer; DR Hardy; F. DiMascio; RW Dorner; FW Williams (2010). "Synfuel from Seawater" (PDF) . Обзор NRL . Исследовательская лаборатория ВМС США: 153– 154. Архивировано из оригинала (PDF) 2013-03-06 . Получено 2014-06-17 .
  • Рамагопал Анант; Хизер Д. Уиллауэр; Джон П. Фарли; Фредерик В. Уильямс (2012). «Влияние мелкодисперсного водяного тумана на ограниченный взрыв». Fire Technology . 48 (3): 641– 675. doi :10.1007/s10694-010-0156-y. S2CID  109720753.
  • Хизер Д. Уиллауэр; Деннис Р. Харди; Кеннет Р. Шульц; Фредерик В. Уильямс (2012). «Осуществимость и текущие предполагаемые капитальные затраты на производство реактивного топлива в море с использованием углекислого газа и водорода». Журнал возобновляемой и устойчивой энергетики . 4 (3): 033111. doi :10.1063/1.4719723. S2CID  109523882.

Патенты

  • Извлечение углекислого газа и водорода из морской воды и производство из нее углеводородов Подано: 2 декабря 2010 г. Выдано: 17 ноября 2011 г.
  • Восстановление CO из систем морской воды/водного бикарбоната с использованием многослойной газопроницаемой мембраны. Подано: 25 июня 2009 г. Выдано: 20 ноября 2012 г.
  • Каталитический носитель для использования в реакциях гидрирования диоксида углерода. Подано: 28 октября 2010 г. Выдано: 25 февраля 2014 г.
  • Метод непрерывного извлечения углекислого газа из подкисленной морской воды. Подан 10 августа 2012 г. Выдан 4 марта 2014 г.

Ссылки

  1. ^ ab Larson, Don (16 июня 2013 г.). «Возможности в ядерной энергетике – Второй ежегодный форум по ядерной энергетике Университета штата Огайо, 19 сентября 2013 г.». Energy from Thorium Foundation . Получено 18 июня 2014 г.
  2. ^ "Список участников" (PDF) . Gulf Shores, Alabama: 11th International Conference on Partitioning in Aqueous Two-Phase Systems. 27 июня – 2 июля 1999 г. . Получено 17 июня 2014 г. .
  3. ^ Уиллауэр, Хизер Д. (2002). Основы фазового поведения и распределения растворенных веществ в АБС и применение в бумажной промышленности (диссертация). Таскалуса, Алабама: Университет Алабамы, химический факультет.
  4. ^ Джонатан Г. Хаддлстон; Хизер Д. Уиллауэр; Кэти Р. Боаз; Робин Д. Роджерс (26 июня 1998 г.). «Разделение и восстановление пищевых красителей с использованием водных двухфазных экстракционных хроматографических смол». Журнал хроматографии B. 711 ( 1– 2 ): 237– 244. doi :10.1016/S0378-4347(97)00662-2. PMID  9699992.
  5. ↑ Parry, Daniel (24 сентября 2012 г.). «Fueling the Fleet, Navy Looks to the Seas». Новости Военно-морской исследовательской лаборатории . Архивировано из оригинала 3 февраля 2018 г. Получено 18 июня 2014 г.
  6. ^ HD Willauer; DR Hardy; F. DiMascio; RW Dorner; FW Williams (2010). «Synfuel from Seawater» (PDF) . Обзор NRL . Исследовательская лаборатория ВМС США: 153–154 . Архивировано из оригинала (PDF) 6 марта 2013 г. . Получено 15 июля 2021 г. .
  7. ^ ab Szondy, David (26 сентября 2012 г.). «ВМС США рассматривают возможность получения топлива из морской воды». GizMag .
  8. ^ ab Parry, Daniel (7 апреля 2014 г.). "Масштабная модель судна времен Второй мировой войны отправляется в полет с концепцией топлива из моря". Новости военно-морской исследовательской лаборатории . Архивировано из оригинала 22 августа 2017 г. Получено 18 июня 2014 г.
  9. ^ Парри, Дэниел (3 октября 2017 г.). «NRL получает патент США на устройство улавливания углерода: ключевой шаг в производстве синтетического топлива из морской воды». Военно-морская исследовательская лаборатория . Получено 22 июля 2020 г.
  10. ^ Уиллауэр, Хизер; Морс, Джеймс; Болдуин, Джеффри. «6.1 Новый старт: преобразование отходов CO2 в энергетические молекулы (FY15-FY19)» (PDF) . NRL . Военно-морская исследовательская лаборатория. Архивировано (PDF) из оригинала 6 октября 2021 г. . Получено 25 января 2022 г. .
  11. ^ abc Хизер Д. Уиллауэр; Деннис Р. Харди; Кеннет Р. Шульц; Фредерик В. Уильямс (2012). «Осуществимость и текущие предполагаемые капитальные затраты на производство реактивного топлива в море с использованием углекислого газа и водорода». Журнал возобновляемой и устойчивой энергетики . 4 (33111): 033111. doi :10.1063/1.4719723. S2CID  109523882.
  12. ^ Тозер, Джессика Л. (11 апреля 2014 г.). «Энергетическая независимость: создание топлива из морской воды». Вооружены наукой . Министерство обороны США. Архивировано из оригинала 12 апреля 2014 г. Получено 10 июля 2021 г.
  13. ^ Корен, Марина (13 декабря 2013 г.). «Угадайте, что может стать топливом для линкоров будущего?». National Journal .Значок закрытого доступа(защищено паролем)
  14. ^ Такер, Патрик (10 апреля 2014 г.). «ВМС только что превратили морскую воду в авиатопливо». Defense One .
  15. ↑ Эрнст, Дуглас (10 апреля 2014 г.). «ВМС США превратят морскую воду в реактивное топливо». The Washington Times .
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Heather_Willauer&oldid=1236006424"