Брикети з біомаси, що перетворюють відходи в енергію
Паливні брикети, що утворюються внаслідок ущільнення паперу, тирси, сільськогосподарських або дворових відходів тощо, в даний час служать альтернативою дровам, деревним гранулам та деревному вугіллю в країнах, що розвиваються в Африці, Азії та Південній Америці. Дослідження в Університеті штату Бойсе в штаті Айдахо досліджували як калорійність, так і форму, щоб оптимізувати ефективність опіків біобрикетів. Енергетичний вміст брикетів коливався від 4,48 до 5,95 кілоджоуля на грам (кДж/г) залежно від складу, тоді як енергетичний вміст тирси, деревного вугілля та деревних гранул коливався від 7,24 до 8,25 кДж/г. Біобрикети, сформовані у порожнисту циліндричну форму, демонстрували енергію, порівнянну з традиційними видами палива. Дослідження демонструє, що сировину з низьким вмістом енергії можна компостувати, пресувати та спалювати, щоб отримати тепловіддачу, сумісну з паливом з більшим вмістом енергії.
У 2006 році США виробили понад 227 мільярдів кілограмів (кг) твердих відходів; це дорівнює приблизно 2,1 кг на людину на день, де приблизно половина цієї кількості є у вигляді паперу та садівничого сміття [1]. Перетворення цих відходів у горючі брикети з біомаси забезпечить засіб для задоволення індивідуальних потреб у енергії, одночасно полегшуючи використання звалищ [2,3]. Крім того, пиломатеріали стали дефіцитним ресурсом у багатьох регіонах світу, і існує нагальна потреба у стійких видах палива для збільшення або заміни традиційних деревних видів палива [4].
Енергія, що виробляється при спалюванні правильно відформованих біобрикетів, порівнянна з традиційними видами палива. Ці біобрикети можна спалювати в немодифікованих пічах на дровах та деревних гранулах, камінах, патіо-обігрівачах та грилях на деревному вугіллі та забезпечують недорогий спосіб перетворення органічних відходів у енергію [5]. В ідеалі, біопаливо може бути виготовлене з відновлюваних та легкодоступних матеріалів, і їх виробництво має призвести до зменшення впливу на навколишнє середовище порівняно із традиційними видами палива, що замінюються [6]. Чотири типи біобрикетів, вироблених та проаналізованих у цьому дослідженні, складаються з таких складів: 100 відсотків біомаси, 3: 1 біомаси на папері, 1: 3 біомаси на папері та 100 відсотків паперу. Цей рукопис зосереджений на складі та виробництві брикетів, згорянні та вмісті енергії, визначених калориметрією кисневих бомб.
Склад і виробництво біобрикету
Матеріали для біобрикетів, включаючи папір, листя, хвою, тирсу та відходи цеху, подрібнювали до часток діаметром від 6 до 8 міліметрів (мм), щоб збільшити площу поверхні для замочування та підвищити ефективність упаковки [7]. Брикети, повністю виготовлені з подрібненого паперу, готувались додаванням води, достатньої для покриття матеріалу, і замочувались приблизно протягом одного тижня. Зі збільшенням співвідношення біомаси до подрібненого паперу збільшилась і кількість часу, необхідного для замочування матеріалу для успішного формування. Наприклад, біобрикети, виготовлені повністю із подрібненого листя, потребували приблизно п’яти тижнів часу замочування перед пресуванням. Розмочений матеріал перевіряли на готовність, натискаючи рукою на совок затирання. Маш, який тримав свою форму на долоні, вважався готовим до пресування у брикети.
Ущільнення відбувалося при помірному та низькому тиску (приблизно від 30 до 50 мегапаскалів (МПа)) з використанням пристосувань оригінального важеля ручного управління, розробленого Беном Брайантом з Коледжу лісових ресурсів у Сіетлі, штат Вашингтон [8-10]. Форма для цього преса складається з труби з полівінілхлориду (ПВХ) діаметром 100 мм із попередньо просвердленими отворами, яка була закрита знизу товстим шматком пластмаси, просвердленим для прийняття дюбеля діаметром 38 мм, що використовується для створення центрального повітряного каналу в брикет. Намочений матеріал завантажували у форму навколо дюбеля, а форму закривали пластиковою пробкою, щоб створити канавки для повітря біля основи брикету. Концепція повітряних канавок для збільшення площі поверхні та полегшення повітряного потоку в основі брикету була представлена Kobus Venter з Vuthisa Technologies, виробника брикетних печей у Південній Африці. Після завантаження в прес біомаса була ущільнена; брикет вручну виштовхували з форми ПВХ і клали на сушильну стійку. Після висихання розміри брикету становили 97 мм зовнішнього діаметра та приблизно 70 мм у висоту з порожнистим сердечником внутрішнього діаметру 38 мм. На малюнку 1 показані біобрикети, що складаються з 100-відсоткового паперу із збільшенням відсотка біомаси до 100 відсотків біомаси.
Пальник Бунзена використовувався для одночасного розпалювання порожнистого центру серцевини, дна та боків брикету. При займанні полум'я утворювало конвекційну колону в центрі брикетів, полегшених повітряними канавками внизу кожного брикету. Повітряні канавки, як видається, посилюють горіння, що призводить до підвищення температури горіння, швидкості горіння, більш повного згоряння та чистіших опіків, про що свідчить менший викид диму в порівнянні з деревиною, деревними гранулами та деревним вугіллям [11].