Хизер Уиллауэр

Хизер Уиллауэр
Уиллауэр показывает образцы синтетического топлива
Рожденный	1974 (49–50 лет)
Гражданство	Соединенные Штаты
Альма-матер	Берри Колледж Университет Алабамы
Известный	Синтетическое топливо из морской воды
Научная карьера
Поля	Аналитическая химия
Учреждения	Лаборатория военно-морских исследований США

Хизер Д. Уиллауэр (1974 г.р.) — американский химик-аналитик и изобретатель, работающая в Вашингтоне, округ Колумбия , в Военно-морской исследовательской лаборатории США (NRL). Возглавляя исследовательскую группу, Уиллауэр запатентовал метод удаления растворенного углекислого газа (CO ₂ ) из морской воды параллельно с водородом (H ₂ ), извлекаемым обычным электролизом воды . Уиллауэр также пытается улучшить катализаторы, необходимые для обеспечения непрерывного процесса Фишера-Тропша рекомбинации монооксида углерода (CO) и газообразного водорода в сложные углеводородные жидкости для синтеза реактивного топлива для самолетов ВМФ.

Особенно значимой для ВМФ является возможность поддержания операций морской авиации в отдаленных районах, не слишком полагаясь на дальнюю транспортировку реактивного топлива через океаны. Военно-морской флот также изучает возможность строительства береговых установок, способных синтезировать керосин из водорода и CO ₂ , извлекаемых из морской воды компонентов . Из-за очень высокой электрической мощности, необходимой для электролиза воды для производства значительного количества водорода, необходимы атомные электростанции или преобразование тепловой энергии океана (OTEC) для питания промышленных установок, построенных на берегу на удаленных островах недалеко от моря в стратегически важных местах. .

Образование

Уиллауэр учился в Берри-колледже в Джорджии , получив степень бакалавра химии в 1996 году. В середине 1999 года она участвовала в 11-й Международной конференции по разделению в водных двухфазных системах, проходившей в Галф-Шорс, штат Алабама . В 2002 году она получила степень доктора аналитической химии в Университете Алабамы , написав диссертацию на тему «Основы фазового поведения и разделения растворенных веществ в АБС и их применение в бумажной промышленности», «АБС» — аббревиатура от « водных двухфазных систем ». . Она начала работать в НРЛ в качестве младшего сотрудника, затем в 2004 году перешла на должность химика-исследователя.

Карьера

Уиллауэр начал исследовать двухфазные системы и фазовые переходы после окончания Берри-колледжа. В 1998 году она изучала водные двухфазные системы (АБС) на предмет возможности улавливания ценных красителей из сточных вод текстильного производства. Она исследовала ионы и катализаторы .

Уиллауэр в НРЛ

В 2000-х годах Уиллауэр начал изучать методы извлечения CO ₂ и H ₂ из морской воды с целью реакции этих молекул в углеводороды с помощью процесса Фишера-Тропша . Она также исследовала модифицированные железные (Fe) катализаторы и изучала носители катализаторов на основе цеолита (нанопористый алюмосиликат ) для рекомбинации этих молекул в реактивное топливо.

Предыдущие исследования пришли к выводу, что CO ₂ в форме бикарбонат-аниона (HCO ₃ ^– ) преобладающие (96% мольная доля ) в морской воде виды неорганического углерода не могут быть экономично удалены из морской воды. Однако путем подкисления морской воды с помощью адаптированной электролизной ячейки с катионопроницаемыми мембранами (названной трехкамерной электрохимической ячейкой подкисления), можно экономично конвертировать HCO ₃ ^– в CO ₂ при pH ниже 6 и увеличить выход экстракции. В январе 2011 года NRL установила прототип ячейки для электролиза морской воды на авиабазе ВМС Ки-Уэст во Флориде.

В 2017 году Уиллауэр и др. получили патент на устройство для извлечения CO ₂ из морской воды в виде электролитно- катионообменного модуля (E-CEM). E-CEM рассматривается как «ключевой шаг» в производстве синтетического топлива из морской воды. Другими исследователями, упомянутыми в патенте, являются Феличе ДиМашио, Деннис Р. Харди, Джеффри Болдуин, Мэтью Брэдли, Джеймс Моррис, Рамагопал Анант и Фредерик В. Уильямс.

Возможность синтеза реактивного топлива

Уиллауэр 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. Уиллауэр 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.

Уиллауэр и др. необходимо пропустить около 23 000 галлонов США (87 000 л) морской воды _{подсчитали, что для получения количества водорода и CO 2 ,} необходимого для синтеза одного галлона реактивного топлива, .

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 оборудование для обработки воздуха. Уиллауэр считал, что морская вода — «лучший вариант» источника синтетического реактивного топлива. К апрелю 2014 года команда Уиллауэра еще не произвела топливо, соответствующее стандарту качества, необходимому для военных самолетов. но в сентябре 2013 года они смогли использовать это топливо для управления радиоуправляемой моделью самолета, оснащенной обычным двухтактным двигателем внутреннего сгорания.

Поскольку этот процесс требует значительных затрат электрической энергии. (~ 250 МВт электроэнергии в основном для производства H ₂ электролизом воды, а также в меньшей степени для извлечения CO ₂ из морской воды), его невозможно осуществить на большом корабле, даже на атомном авианосце. Установки, перерабатывающие морскую воду для получения H ₂ и CO ₂ (фактически CO), двух основных ингредиентов, необходимых для процесса Фишера-Тропша , должны быть построены на берегу, недалеко от моря, на островах в стратегически удаленных местах ( например , Гавайи , Гуам , Диего-Гарсия ) и питается от ядерного реактора или за счет преобразования тепловой энергии океана (OTEC).

Публикации

Статьи

• 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 Б. 711 (1–2): 237–244. дои : 10.1016/S0378-4347(97)00662-2 . ПМИД   9699992 .
• Робин Д. Роджерс; Хизер Д. Уиллауэр; Скотт Т. Гриффин; Джонатан Г. Хаддлстон (26 июня 1998 г.). «Распределение малых органических молекул в водных двухфазных системах». Журнал хроматографии Б. 711 (1–2): 255–263. дои : 10.1016/S0378-4347(97)00661-0 . ПМИД   9699994 .
• Хизер Д. Уиллауэр; Джонатан Г. Хаддлстон; Скотт Т. Гриффин; Робин Д. Роджерс (1999). «Распределение ароматических молекул в водных двухфазных растворах». Разделение науки и техники . 34 (6–7): 1069–1090. дои : 10.1080/01496399908951081 .
• Джонатан Г. Хаддлстон; Хизер Д. Уиллауэр; Робин Д. Роджерс (23 июня 2000 г.). «Сольватохромные исследования в водных двухфазных системах полиэтиленгликоль – соль». Журнал хроматографии Б. 743 (1–2): 137–149. дои : 10.1016/S0378-4347(00)00230-9 . ПМИД   10942281 .
• Миан Ли; Хизер Д. Уиллауэр; Джонатан Г. Хаддлстон; Робин Д. Роджерс (2001). «Влияние температуры на технологию водной двухфазной экстракции на основе полимеров в процессе производства бумажной массы». Разделение науки и техники . 36 (5–6): 835–847. дои : 10.1081/SS-100103623 . S2CID   96760221 .
• Хизер Д. Уиллауэр; Джонатан Г. Хаддлстон; Робин Д. Роджерс (май 2002 г.). «Свойства растворителя водных двухфазных систем, состоящих из полиэтиленгликоля и соли, характеризующиеся свободной энергией переноса метиленовой группы между фазами и линейной зависимостью энергии сольватации». Исследования в области промышленной и инженерной химии . 41 (11): 2591–2601. дои : 10.1021/ie0107800 .
• Энн Э. Виссер; В. Мэтью Райхерт; 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». У Робина Д. Роджерса; Кеннет Р. Седдон (ред.). Ионные жидкости . Серия симпозиумов ACS. Том. 818. стр. 289–303. дои : 10.1021/bk-2002-0818.ch023 . ISBN  978-0-8412-3789-6 .
• Хизер Д. Уиллауэр; Джон Гувер; Фредерик В. Уильямс; Джордж Мушраш (январь 2004 г.). «Создание усовершенствованного автоматического распылителя для оценки воспламеняемости реактивного топлива». Нефтяная наука и технологии .
• Джордж Мушраш; Джеймс Х. Винн; Хизер Д. Уиллауэр; Кристофер Т. Ллойд; Джанет М. Хьюз; Эрна Дж. Бил (2004). «Вторичное соевое растительное масло в качестве смеси для дизельного топлива». Исследования в области промышленной и инженерной химии . 43 (16).
• Хизер Д. Уиллауэр; Рамагопал Анант; Джон Б. Гувер; Джордж Мушраш; Фредерик В. Уильямс (ноябрь 2004 г.). «Критическая оценка автоматического ротационного распылителя». Нефтяная наука и технологии .
• Джордж Мушраш; Хизер Д. Уиллауэр; Джон Гувер; Джин Бэйли; Фредерик В. Уильямс (январь 2005 г.). «Горючесть и гидравлические жидкости на нефтяной основе». Нефтяная наука и технологии .
• «Реакции нестабильности и переработанные биодизельные топливные жидкости, полученные из соевых бобов. Джордж В. Мушраш, Джеймс Х. Винн, Кристофер Т. Ллойд, Хизер Уиллауэр, Джанет М. Хьюз». Источники энергии . Январь 2005 года.
• Хизер Д. Уиллауэр; Джон Б. Гувер; Джордж Мушраш; Фредерик В. Уильямс (21 марта 2005 г.). «Оценка аэрозолей реактивного топлива с использованием роторного распылителя» . 4-е совместное заседание американских секций Института горения. Архивировано из оригинала 4 марта 2016 года . Проверено 17 июня 2014 г.
• Х.Д. Уиллауэр; Д.Р. Харди; Ф. ДиМашио; Р.В. Дорнер; Ф. В. Уильямс (2010). «Синтопливо из морской воды» (PDF) . Обзор НРЛ . Лаборатория военно-морских исследований США: 153–154. Архивировано из оригинала (PDF) 6 марта 2013 г. Проверено 17 июня 2014 г.
• Рамагопал Анант; Хизер Д. Уиллауэр; Джон П. Фарли; Фредерик В. Уильямс (2012). «Влияние мелкодисперсного водяного тумана на ограниченный взрыв». Огненная техника . 48 (3): 641–675. дои : 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 на море с использованием углекислого газа и водорода». Журнал возобновляемой и устойчивой энергетики . 4 (3): 033111. дои : 10.1063/1.4719723 . S2CID   109523882 .

Патенты

• Извлечение углекислого газа и водорода из морской воды и добыча из нее углеводородов Подана : 2 декабря 2010 г. Выдано: 17 ноября 2011 г.
• Извлечение CO из систем морская вода/водный бикарбонат с использованием многослойной газопроницаемой мембраны. Подача заявки: 25 июня 2009 г. Выдана: 20 ноября 2012 г.
• Каталитическая поддержка для использования в реакциях гидрирования диоксида углерода. Подана: 28 октября 2010 г. Разрешена: 25 февраля 2014 г.
• Способ непрерывного извлечения углекислого газа из подкисленной морской воды. Подана 10 августа 2012 г. Выдана 4 марта 2014 г.