نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترای گروه صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی و محیط‌زیست، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران

2 دانشیار، گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی و محیط‌زیست، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات تهران، ایران.

3 استاد، گروه صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، تهران.ایران

4 عضو هیأت علمی ، گروه مهندسی صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی و محیطزیست، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم تحقیقات تهران، ایران،

چکیده

استفاده از پیش‌تیمارهای مختلف ازجمله فرآینده برشته‌سازی به‌منظور افزایش کارایی و بهینه‌سازی قابلیت مصرف بریکت‌های سوختی در سال-های اخیر توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند. از این رو در این پژوهش از پیش‌تیمار برشته‌سازی با دمای ºC 180 برای اصلاح زیست توده باگاس استفاده شد. علاوه براین از عامل اتصال دهنده لیگنین در سطوح 2، 5 و 10% استفاده شد. بریکت‌های سوختی با استفاده از دستگاه بریکت‌سازی دستی با وزن 30 گرم تهیه شدند. ویژگی‌های فیزیکی، مقاومتی و حرارتی بریکت‌های حاصل مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان دادند که پیش‌تیمار برشته‌سازی ازطریق افزایش دانسیته حجمی بریکت‌های حاصل و افزایش میزان کربن ثابت تا حدود 50% توانسته ارزش حرارتی بریکت‌ها را تا حدود 10% افزایش دهد ازطرفی هم این فرآیند منجربه کاهش مقاومت فشاری بریکت‌های حاصل شد که استفاده از لیگنین به‌عنوان عامل اتصال‌دهنده توانست میزان قابل‌توجه‌ای از این افت مقاومت را جبران کند. نتایج نشان دادند که میزان مواد فرار بریکت‌ها با پیش‌تیمار برشته‌سازی حدود 9% کاهش یافت که تأثیر قابل‌توجه‌ای بر کاهش آلایندگی این بریکت‌ها دارد. در بررسی اثر لیگنین نیز مشاهده شد که با افزایش میزان مصرف لیگنین میزان دانسیته و ارزش حرارتی نیز افزایش یافتند. به‌طورکلی نتایج این پژوهش نشان می‌دهند که استفاده از عامل اتصال‌دهنده لیگنین همراه با پیش‌تیمار برشته‌سازی می‌تواند تولید بریکت‌های سوختی با کیفیت بالا از باگاس را ممکن سازد.

کلیدواژه‌ها

-Afra, E., Abyaz, A. and Saraeyan, A., 2021. The production of bagasse biofuel briquettes and the evaluation of natural binders (LNFC, NFC, and lignin) effects on their technical parameters. Journal of Cleaner Production, 278, 123543.
-Akay, G. and Jordan, C.A., 2011. Gasification of fuel cane bagasse in a downdraft gasifier: influence of lignocellulosic composition and fuel particle size on syngas composition and yield. Energy & Fuels, 25(5), 2274-2283.
-Al-Widyan, M.I., Al-Jalil, H.F., Abu-Zreig, M.M. and Abu-Hamdeh, N.H., 2002. Physical durability and stability of olive cake briquettes. Canadian Biosystems Engineering44, 3-41.
-Anukam, A.I., Mamphweli, S.N., Reddy, P. and Okoh, O.O., 2016. Characterization and the effect of lignocellulosic biomass value addition on gasification efficiency. Energy exploration & exploitation34(6), 865-880.
-Anukam, A., Mamphweli, S., Reddy, P., Okoh, O. and Meyer, E., 2015. An investigation into the impact of reaction temperature on various parameters during torrefaction of sugarcane bagasse relevant to gasification. Journal of Chemistry.
-Araújo, S., Boas, M.A.V., Neiva, D.M., de Cassia Carneiro, A., Vital, B., Breguez, M. and Pereira, H., 2016. Effect of a mild torrefaction for production of eucalypt wood briquettes under different compression pressures. Biomass and Bioenergy, 90, 181-186.‏
-Arias, B., Pevida, C., Fermoso, J., Plaza, M.G., Rubiera, F., and Pis, J.J., 2008. Influence of torrefaction on the grindability and reactivity of woody biomass. Fuel Processing Technology89(2), 169-175.
-Barroso, J., Barreras, F., Amaveda, H. and Lozano, A., 2003. On the optimization of boiler efficiency using bagasse as fuel. Fuel82(12), 1451-1463.
-Basu, P., 2010. Biomass gasification and pyrolysis: practical design and theory. Academic press.
-Bergman, P.C.A., 2005. Combined torrefaction and pelletisation. The TOP process399.
-Demirbas, A., 2009. Sustainable charcoal production and charcoal briquetting. Energy Sources, Part A, 31(19), 1694-1699.
-Kaliyan, N. and Morey, R.V., 2009. Factors affecting strength and durability of densified biomass products. Biomass and bioenergy33(3), 337-359.
-Kim, H., Lu, G., Li, T. and Sadakata, M., 2002. Binding and desulfurization characteristics of pulp black liquor in biocoalbriquettes. Environmental science & technology36(7), 1607-1612.
-Kurian, J.K., Nair, G.R., Hussain, A. and Raghavan, G.V., 2013. Feedstocks, logistics and pre-treatment processes for sustainable lignocellulosic biorefineries: a comprehensive review. Renewable and Sustainable Energy Reviews25, 205-219.
-Lee, J.S., 2015. Calorific value of wood pellets (Doctoral dissertation, University of British Columbia).‏
-Lunguleasa, A., Spirchez, C. and Zeleniuc, O., 2020. Evaluation of the calorific values of wastes from some tropical wood species. Maderas. Ciencia y tecnología, 22(3), 269-280.
-Muazu, R.I. and Stegemann, J.A., 2015. Effects of operating variables on durability of fuel briquettes from rice husks and corn cobs. Fuel Processing Technology133, 137-145.
-Muazu, R.I. and Stegemann, J.A., 2017. Biosolids and microalgae as alternative binders for biomass fuel briquetting. Fuel194, 339-347.
-Olugbade, T., Ojo, O. and Mohammed, T., 2019. Influence of binders on combustion properties of biomass briquettes: a recent review. BioEnergy Research12(2), 241-259.
-Onuegbu, T.U., Ogbu, I.M. and Ejikeme, C., 2012. Comparative analyses of densities and calorific values of wood and briquettes samples prepared at moderate pressure and ambient temperature. International Journal of Plant, Animal and Environmental Sciences, 2(1), 40-45.
-Patil, R.A., 2017. Dry Sugarcane Leaves: Renewable Biomass resources for Making Briquettes. International Journal of Engineering Research and Technology, 10(1), 232- 235.
-Reis Portilho, G., Resende de Castro, V., de Cássia Oliveira Carneiro, A., Cola Zanuncio, J., José Vinha Zanuncio, A., Gabriella Surdi, P. and de Oliveira Araújo, S., 2020. Potential of Briquette Produced with Torrefied Agroforestry Biomass to Generate Energy. Forests, 11(12), 1272.‏
-Sadaka, S. and Negi, S., 2009. Improvements of biomass physical and thermochemical characteristics via torrefaction process. Environmental Progress & Sustainable Energy: An Official Publication of the American Institute of Chemical Engineers28(3), 427-434.
-Setter, C. and Oliveira, T.J.P., 2022. Evaluation of the physical-mechanical and energy properties of coffee husk briquettes with kraft lignin during slow pyrolysis. Renewable Energy, 189, 1007-1019.‏
-Sharif Ahmed, M., Mizanur Rahman, M., Islam, A., Mohammad Mashud, M., Moral, and Ali, N., 2008. Role of biomass briquetting in the renewa ble energy sector and poverty diminution for bangladesh. Proceedings of the 4th BSME-ASME International Conference on Thermal Engineering, 739- 747.
-Stefanidis, S.D., Kalogiannis, K.G., Iliopoulou, E.F., Michailof, C.M., Pilavachi, P.A. and Lappas, A.A., 2014. A study of lignocellulosic biomass pyrolysis via the pyrolysis of cellulose, hemicellulose and lignin. Journal of analytical and applied pyrolysis105, 143-150.
-Stelte, W., Sanadi, A.R., Shang, L., Holm, J.K., Ahrenfeldt, J. and Henriksen, U.B., 2012. Recent developments in biomass pelletization–A review. BioResources7(3), 4451-4490.
-Tamilvanan, A., 2013. Preparation of Biomass Briquettes using Various AgroResidues and Waste Papers. Journal of Biofuels, 4(2), 47-55.
-Teixeira, S.R., de Souza, A.E., Peña, A.F.V., de Lima, R.G. and Miguel, Á.G., 2011. Use of charcoal and partially pirolysed biomaterial in fly ash to produce briquettes: sugarcane bagasse. In Alternative Fuel. IntechOpen.
-Tumuluru, J.S., Wright, C.T., Kenny, K.L. and Hess, J.R., 2010. A review on biomass densification technologies for energy application. A technical report prepared for the U.S Department of Energy. Contract DE-AC07-05ID14517.
-Uslu, A., Faaij, A.P. and Bergman, P.C., 2008. Pre-treatment technologies, and their effect on international bioenergy supply chain logistics. Techno-economic evaluation of torrefaction, fast pyrolysis and pelletisation. Energy33(8), 1206-1223.
-Wang, J., Feng, L., Tang, X., Bentley, Y. and Höök, M., 2017. The implications of fossil fuel supply constraints on climate change projections: A supply-side analysis. Futures86, 58-72.
-Wu, S., Zhang, S., Wang, C., Mu, C. and Huang, X., 2018. High-strength charcoal briquette preparation from hydrothermal pretreated biomass wastes. Fuel Processing Technology, 171, 293-300.
-Xue, G., Kwapinska, M., Kwapinski, W., Czajka, K.M., Kennedy, J. and Leahy, J.J., 2014. Impact of torrefaction on properties of Miscanthus× giganteus relevant to gasification. Fuel121, 189-197.
-Yank, A., Ngadi, M., and Kok, R., 2016. Physical properties of rice husk and bran briquettes under low pressure densification for rural applications. Biomass and Bioenergy84, 22-30.
-Zanzi, R., Ferro, D.T., Torres, A., Soler, P.B. and Bjornbom, E., (2002, May). Biomass torrefaction. In the 6th Asia-Pacific International Symposium on Combustion and Energy Utilization, Kuala Lumpur.
-Zhao, C., Jiang, E. and Chen, A., 2017. Volatile production from pyrolysis of cellulose, hemicellulose and lignin. Journal of the Energy Institute90(6), 902-913