การประเมินคุณลักษณะทางเคมีความร้อนของเชื้อเพลิงแข็งจากขุยอ้อยและเส้นใยอ้อยซึ่งผลิตโดยกระบวนการทอร์รีแฟกชัน
คำสำคัญ:
อ้อย, ขุยอ้อย, เส้นใยอ้อย, เชื้อเพลิงชีวภาพ, ทอร์รีแฟกชันบทคัดย่อ
การศึกษานี้ใช้ขุยอ้อยและเส้นใยอ้อย ซึ่งเป็นชีวมวลที่เหลือจากการแปรรูปอ้อยในอุตสาหกรรมน้ำตาล ในการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพด้วยกระบวนการทอร์รีแฟกชัน โดยให้ความร้อนในช่วงอุณหภูมิ 250 ถึง 300 องศาเซลเซียส ระยะเวลา 30 นาที ภายใต้การป้อนแก๊สไนโตรเจนอย่างต่อเนื่อง ศึกษาสมบัติเชิงเคมีของผลิตภัณฑ์ที่เป็นของแข็ง และเปรียบเทียบผลที่ได้กับข้อมูลของชีวมวลดิบ โดยวิเคราะห์ปริมาณองค์ประกอบเส้นใย (เซลลูโลส เฮมิเซลลูโลส และลิกนิน) องค์ประกอบแบบประมาณ (ความชื้น คาร์บอนคงตัว สารระเหย และเถ้า) องค์ประกอบแบบละเอียด (คาร์บอน ไฮโดรเจน ไนโตรเจน ออกซิเจน และกำมะถัน) และค่าความร้อนสูง ผลการศึกษา พบว่า อุณหภูมิทอร์รีแฟกชันมีผลต่อการสลายตัวของเฮมิเซลลูโลสในขุยอ้อยมากกว่าเส้นใยอ้อย แต่ไม่มีผลต่อการสลายตัวของลิกนินมากนัก ปริมาณเถ้าของขุยอ้อย (ร้อยละ 13.9) และเส้นใยอ้อย (ร้อยละ 1.8) มีค่าเพิ่มขึ้นเป็นร้อยละ 34.6 และ 3.2 ตามลำดับ ที่อุณหภูมิ 300 องศาเซลเซียส คาร์บอนคงตัวของขุยอ้อยและเส้นใยอ้อยมีปริมาณร้อยละ 20 และ 25.1 ตามลำดับ ซึ่งมีค่าสูงกว่าชีวมวลดิบร้อยละ 50.4-88.7 ปริมาณออกซิเจนในขุยอ้อยและเส้นใยมีค่าลดลงจากร้อยละ 55.7 เป็น 48.6 และจากร้อยละ 48.5 เป็น 41.6 ตามลำดับ ในขณะที่ปริมาณคาร์บอนมีค่าเพิ่มขึ้นจากร้อยละ 38.1 เป็น 45.8 และจากร้อยละ 44.4 เป็น 52.1 ตามลำดับ นำไปสู่การเพิ่มขึ้นของค่าความร้อนของขุยอ้อยและเส้นใยจาก 15.5 เป็น 18.1 เมกกะจูลต่อกิโลกรัม และจาก 17.6 เป็น 20.8 เมกกะจูลต่อกิโลกรัม ตามลำดับ ปริมาณกำมะถันในเส้นใยอ้อยมีค่าต่ำที่สุด บ่งชี้ได้ว่าปริมาณกำมะถันของเส้นใยอ้อยถูกกำจัดด้วยกระบวนการทอร์รีแฟกชันได้ดีกว่ากรณีของขุยอ้อย แผนภาพ Van Krevelen แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าเส้นใยอ้อยที่ผ่านกระบวนการทอร์รีแฟกชันมีแนวโน้มของสมบัติเข้าใกล้ถ่านหิน เนื่องจากการลดลงของอัตราส่วนอะตอมออกซิเจนต่อคาร์บอนและไฮโดรเจนต่อคาร์บอน
References
Alternative Energy Development Plan: AEDP2015, 2015, Department of Renewable Energy Development and Energy Efficiency [Online], Available: http://www.eppo.go.th. [17 January 2020] (In Thai)
Fast Growing Trees for Energy Production in Power, 2020, Thailand Science Research and Innovation [Online], Available: https://researchcafe.org/biomass-plant [17 January 2020]. (In Thai)
Electricity and Steam Generation of the Cane and Sugar Industry, 2018, Office of the Cane and Sugar Board [Online], Available: http://www.ocsb.go.th. [17 January 2020] (In Thai)
Power Generation (Independent Power Producer), 2020, Electricity Generating Authority of Thailand [Online], Available: https://www.egat.co.th. [17 January 2020] (In Thai)
Demirbaş, A., 2001, “Relationships between Lignin Contents and Heating Values of Biomass,” Energy Conversion and Management, 42 (2), pp. 183-188.
Bin-Hai, C., Bao-Cheng, H., Rui, Z., Ya-Li, C., Shun-Feng, J., Yan, L., Xue-Song, Z., Hong, J. and Han-Qing, Y., 2020, “Bio-coal: A Renewable and Massively Producible Fuel from Lignocellulosic Biomass,” Science Advances, 6, pp. 1-8.
Clementine, L.C., Thandeka, Y.M., Prashant, R., Agnieszka, B., Nirmala, D., Paul, S.F. and Jason, P.H., 2018, “Pretreatment of South African Sugarcane Bagasse using a Low-Cost Protic Ionic Liquid: A Comparison of Whole, Depithed, Fibrous and Pith Bagasse Fractions,” Biotechnol Biofuels, 11, p. 247.
Lois-Correa, J.A., 2012, “Depithers for Efficient Preparation of Sugar Cane Bagasse Fibers in Pulp and Paper Industry,” Ingeniería Investigación y Tecnología, 13, pp. 417-424.
Nhuchhen, D., Basu, P. and Acharya, B., 2014, "A Comprehensive Review on Biomass Torrefaction," International Journal of Engineering and Bioscience, pp. 1–56.
Tumuluru, J.S., Sokhansanj, S., Hess, J., Wright, C. and Boardman, R., 2011, "A Review on Biomass Torrefaction Process and Product Properties for Energy Applications," Industrial Biotechnology, 7, pp. 384–401.
Granados, D.A., Velásquez, H.I. and Chejne, F., 2014, “Energetic and Exergetic Evaluation of Residual Biomass in a Torrefaction Process,” Energy, 74, pp. 181-189.
Xiaopeng, B., Guanghui, W., Chunxiao, G., Yong, Y., Weinan, L. and Decheng, W., 2017, “Co-pelletizing Characteristics of Torrefied Wheat Straw with Peanut Shell,” Bioresource Technology, 233, pp. 373–381.
Goering, H.K. and Van Soest, P.J., 1970, Forage Fiber Analysis: Apparatus, Reagents, Pocedures and some Applications, Superintendent of Documents, U.S. Government Printing Office, Washington DC, 20 p.
Van Soest, P.J., Robertson, J.B. and Lewis, B.A., 1991, "Methods for Dietary Fiber, Neutral Detergent Fiber, and Nonstarch Polysaccharides in Relation to Animal Nutrition," Journal of Dairy Science, 74, pp. 3583-3597.
The Association of Official Analytical Chemists (AOAC), 2000, Official Methods of Analysis, 17th ed., Gaithersburg, MD.
Friedl, A., Padouvas, E., Rotter, H. and Varmuza, K., 2005, "Prediction of Heating Values of Biomass Fuel from Elemental Composition," Analytica Chimica Acta, 544, pp. 191–198.
Sanjuán, R., Anzaldo, J., Vargas, J., Turrado and Patt, R., 2001, “Morphological and Chemical Composition of Pith and Fibers from Mexican Sugarcane Bagasse,” European Journal of Wood and Wood Products, 59, pp. 447–450.
Yang, H., Yan, R., Chen, H., Lee, DH. and Zheng, C., 2007, "Characteristics of Hemicellulose, Cellulose and Lignin Pyrolysis," Fuel, 86, pp. 1781–1788.
Legemza, J., Fröhlichová, M. and Findorák, R., 2019, Biomass and Carbon Fuels in Metallurgy, CRC Press, Boca Raton.
Anukam, A., Mamphweli, S., Okoh, O. and Reddy, P., 2017, "Influence of Torrefaction on the Conversion Efficiency of the Gasification Process of Sugarcane Bagasse," Bioengineering, 4, p. 22.
Wu, K.T., Tsai, C.J., Chen, C.S. and Chen, HW., 2012, "The Characteristics of Torrefied Microalgae," Applied Energy, 100, pp. 52–57.
Granados, D.A., 2017, Study of the Torrefaction of Sugarcane Bagasse and Poplar Wood, Doctoral of Engineering Thesis, National University of Colombia, Colombia.
Garba, M.U., Gambo, S.U., Musa, U., Tauheed, K., Alhassan, M. and Adeniyi, O.D., 2012, "Impact of Torrefaction on Fuel Property of Tropical Biomass Feedstocks," Biofuels, pp. 1-9.
Muhammad, S., Anam, A., Naveed, R., Umair, A. and Mustapha, M.B., 2020, "Impacts of Non-Oxidative Torrefaction Conditions on the Fuel Properties of Indigenous Biomass (Bagasse)," Waste Management and Research, 38, pp. 1284-1294.
Rokni, E., Ren, X., Panahi, A. and Levendis, Y.A., 2017, "Emissions of SO2, NOx, CO2, and HCl from Co-firing of Coals with Raw and Torrefied Biomass Fuels," Fuel, 211, pp. 363–374.
Cai, W., Fivga, A., Kaario, O., Liu, R., 2017, " Effects of Torrefaction on the Physicochemical Characteristics of Sawdust and Rice Husk and Their Pyrolysis Behavior by Thermogravimetric Analysis and Pyrolysis–Gas Chromatography/Mass Spectrometry," Energy Fuels, 31, pp. 1544–1554.
Basu, P., 2018, Biomass Characteristics. Biomass Gasification, Pyrolysis and Torrefaction, Academic press, United Kingdom, p. 66.
Kamonwat, N., Jiaranai, P., Wasawat, K., Pongtanawat, K. and Bunyarit, P., 2019, “Torrefaction of Agricultural Wastes: Influence of Lignocellulosic Types and Treatment Temperature on Fuel Properties of Biochar,” International Energy Journal,19, pp. 253-266.
Prachwittawin, L., Krongkaew, L. and Somrat, K., 2017, “In-depth Study of Fuel Properties of Corn Residue (Cob, Stems/Leaves, and Husks) through the Torrefaction Process,” Energy Procedia,138, pp. 662-667.
Chambon, C.L., Mkhize, T.Y., Reddy, P., Talbot, A.B., Deenadayalu, N., Fennell, P.S. and Hallett, J.P., 2018, “Pretreatment of South African Sugarcane Bagasse using a Low-cost Protic Ionic Liquid: A Comparison of Whole, Depithed, Fibrous and Pith Bagasse Fractions,” Biotechnology for Biofuels,11 (247), pp. 1-16.
Prachi, S., Sayali, T., Priyanka, S. and Siddhi, S., 2018, “Design and Analysis of a Centrifugal Separator for the Separation of Pith from Bagasse,” International Journal of Research and Scientific Innovation, 5 (3), pp. 165-170.
Downloads
เผยแพร่แล้ว
How to Cite
ฉบับ
บท
License
Copyright (c) 2022 มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
เนื้อหาของบทความที่ตีพิมพ์ในวารสาร Science and Engineering Connect ในทุกรูปแบบ รวมถึงข้อความ สมการ สูตร ตาราง ภาพ ตลอดจนภาพประกอบในรูปแบบอื่นใด เป็นลิขสิทธิ์ของมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี การนำเนื้อหา ไม่ว่าจะในรูปแบบใด ของบทความไปใช้ประโยชน์ในเชิงพาณิชย์ ต้องได้รับอนุญาตจากบรรณาธิการวารสารอย่างเป็นลายลักษณ์อักษรก่อนเท่านั้น
