تولید بریکت‌های سوختی باگاس تقویت‌شده به‌وسیلۀ اتصال‌دهنده‌های نانوسلولز و نانولیگنوسلولز

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری صنایع خمیر و کاغذ، دانشکدۀ مهندسی چوب و کاغذ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

2 دانشیار گروه علوم و مهندسی کاغذ، دانشکدۀ مهندسی چوب و کاغذ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

چکیده

تبدیل پسماندهای زیست‌توده مانند باگاس به‌عنوان منابع لیگنوسلولزی فراوان و در دسترس به سوخت‌های جامد زیستی می‌تواند جایگزین مناسب منابع سوخت‌های فسیلی و آلایندۀ محیط زیست باشد. هدف تحقیق حاضر، تولید بریکت‌های سوختی از دو طبقۀ ابعادی خرده‌باگاس و باگاس آسیاب‌شده است. از اتصال‌دهنده‌های لیگنوسلولزی نانومتری شامل نانولیگنوسلولز (LCNF) و نانوسلولز (CNF) در سه سطح 3، 6 و 9 درصد به‌منظور تقویت و بهبود پارامترهای فنی و حرارتی استفاده شد. بریکت‌ها به روش متراکم‌سازی با سیلندر و پیستون در فشار MPa 150 و دمای 100 درجۀ سلسیوس تولید شدند. نتایج اثر مثبت اتصال‌دهنده‌های لیگنوسلولزی نانومتری بر ویژگی‌های مقاومتی و حرارتی را نشان دادند. بدین ترتیب نانولیگنوسلولز بر خواص فیزیکی و مکانیکی تأثیر بیشتری نسبت به اتصال‌دهندۀ نانوسلولز در هر دو طبقۀ ابعادی داشتند. همچنین در خصوص ویژگی‌های حرارتی اتصال‌دهندۀ نانولیگنوسلولز نتایج بهتری را در بریکت‌های سوختی نشان داد. در مجموع، نانولیگنوسلولز را می‌توان اتصال‌دهندۀ مناسب‌تری معرفی کرد؛ چراکه هزینه‌های تولید آن در مقایسه با نانوسلولز کمتر و ارزش حرارتی بریکت حاصل به‌دلیل وجود لیگنین در ترکیب آن بیشتر است. به‌طوری که در سطح استفادۀ 9 درصد مقاومت فشاری و ارزش حرارتی آن برای خرده‌باگاس و باگاس آسیاب‌شده به‌ترتیب N.mm 37/34،MJ/Kg  85/19 وN.mm  45/29،MJ/Kg  85/19 به‌دست آمد. 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Production of bagasse biofuel briquettes reinforced by nanocellulose and nanolignocellulose binders

نویسندگان [English]

  • Ali Abyaz 1
  • Elyas Afra 2
  • Ahmadreza Saraeyan 2
1 Ph. D. Student, Pulp and Paper Technology, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, I.R. Iran
2 Assoc. Prof., Pulp and Paper Technology, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, I.R. Iran
چکیده [English]

Converting biomass waste such as bagasse as an abundant lignocellulosic resource available for producing biofuels can be a viable alternative to fossil fuel and environmental pollutants. The purpose of the present study was to produce biofuel briquettes from two dimensional classes of shredded bagasse and grinded bagasse. Nanometer lignocellulose binders including nanolignocellulose (LCNF) and nanocellulose (CNF) at three levels of 3, 6 and 9% were used to enhance and improve the thermal and technical parameters. The briquettes were produced by cylinder and piston press at 150 MPa and 100 °C. The results showed a positive effect of nanometer lignocellulosic binders on the thermal and strength properties. Thus, nano-lignocellulose was more effective on the physical and mechanical properties of nanocellulose binder in both dimensional classes. Also, in terms of thermal properties of nano-lignocellulose binder, better results were obtained in biofuel briquettes. Consequently, nanolignocellulose may be a more suitable binder, since its production costs are lower than nanocellulose and the calorific value of briquette is higher due to the low lignin content in the compound. As a result, at 9% level of usage, calorific value and compressive strength of shredded and grinded bagasse were 34.37 N.mm, 19.85 MJ/Kg and 19.85 Nmm 29.45 MJ/Kg, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bagasse
  • biofuel briquette
  • nanometer lignocellulosic binders
[1]. Lela, B., Barišić, M., and Nižetić, S. (2016). Cardboard/sawdust briquettes as biomass fuel: Physical–mechanical and thermal characteristics. Waste Management, 47(2): 245-236.

[2]. Saxena, R.C., Adhikari, D.K., and Goyal, H.B. (2009). Biomass-based energy fuel through biochemical routes: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 13(1):167-178.

[3]. Tumuluru, J. S., Wright, C. T., Hess, J. R., and Kenney, K. L. (2011). A review of biomass densification systems to develop uniform feedstock commodities for bioenergy application. Biofuels, Bioproducts and Biorefining, 5(6): 683-707.

[4]. Kaliyan, N., and Morey, R. (2010). Natural binders and solid bridge type binding mechanisms in briquettes and pellets made from corn stover and switchgrass. Bioresource Technology, 101: 1082-1090. 

[5]. Soleimani, M., Tabil, X., Grewal, R., and Tabil, L. (2017). Carbohydrates as binders in biomass densification for biochemical and thermochemical processes. Fuel, 193: 134-141.

[6]. Rezvani, Z., Chegini, G. R., Arabhosseini, A., and Kianmehr, M. H. (2014). Natural energy of briquette, definitions, benefits and technologies. Journal of Automotive and Applied Mechanics, 2: 1-12.

[7]. Wu, Sh., Zhang, Sh., Wang, G., Mu, C., and Huang, X. (2018). High-strength charcoal briquette preparation from hydrothermal pretreated biomass wastes. Fuel Processing Technology, 171: 293-300.

[8]. Mitchual, S.J., Frimpong-Mensah, K., and Darkwa, N.A. (2014). Evaluation of fuel properties of six tropical hardwood timber species for briquettes. Journal of Sustainable Bioenergy Systems, 4: 1-9.

[9]. Carvalho, W., Canilha, L., Castro, P. F., and Barbosa, L. D. F. O. (2009). Chemical composition of the sugarcane bagasse. In 31st Symposium on Biofuels and Materials, May 3-6, San Francisco, USA.

[10]. Rocha, G.J.M. Martín, C., Silva, V., Gomez, E., and Gonçalves, A., (2012). Mass balance of pilot-scale pretreatment of sugarcane bagasse by steam explosion followed by alkaline delignification. Bioresource Technology, 111: 447-452.

[11]. Yadav, S., Gupta, G., and Bhatnagar, R. (2015). A review on composition and properties of bagasse fibers. International Journal of Scientific & Engineering Research, 6 (5): 143-147.

[12]. Vishtal, A., and Kraslawski, A. (2011). Challenges in industrial applications of technical lignins. BioResources, 6(3): 3547-3568.

[13]. Standard Method for the Determination of the Content of Volatile Matter, CEN/TS 15148. 2009.

[14]. Roy, P., Dutta, A., and Gallant, J. (2018). Hydrothermal carbonization of peat moss and herbaceous biomass (Miscanthus): A potential route for bioenergy. Energies, 11(10): 2794.

[15]. Subramanian, P. M. (2000). Plastics recycling and waste management in the US. Resources, Conservation and Recycling, 28(3-4): 253-263.

[16]. Milici, R. C., Flores, R. M., and Stricker, G. D. (2013). Coal resources, reserves and peak coal production in the United States. International Journal of Coal Geology, 113: 109-115.