Brichete de biomasă transformând deșeurile în energie
Brichete de combustibil generate de compactarea la presiune scăzută a hârtiei, a rumegușului, a deșeurilor agricole sau de curte etc. servesc în prezent ca alternativă la lemnul de foc, peletele și cărbunele din țările în curs de dezvoltare din Africa, Asia și America de Sud. Cercetările efectuate la Universitatea de Stat Boise din Idaho au explorat atât conținutul caloric, cât și forma, pentru a optimiza eficiența arderii biobrichetelor. Conținutul energetic al brichetelor a variat între 4,48 și 5,95 kilojoule pe gram (kJ/g) în funcție de compoziție, în timp ce conținutul energetic al rumegușului, cărbunelui și peletelor de lemn a variat între 7,24 și 8,25 kJ/g. Biobrichetele turnate într-o formă cilindrică cu miez gol au prezentat o producție de energie comparabilă cu cea a combustibililor tradiționali. Studiul demonstrează că materiile prime cu conținut scăzut de energie pot fi compostate, presate și arse pentru a produce o producție de căldură proporțională cu combustibili cu conținut mai mare de energie.
În 2006, S.U.A. a produs peste 227 miliarde de kilograme (kg) de deșeuri solide; aceasta echivalează cu aproximativ 2,1 kg de persoană pe zi, unde aproximativ jumătate din această cantitate se află sub formă de hârtie și gunoi horticol [1]. Conversia acestor deșeuri în brichete de biomasă combustibilă ar oferi un mijloc de a satisface nevoile individuale de energie în timp ce ar atenua utilizarea depozitului de deșeuri [2,3]. Mai mult, cheresteaua a devenit o resursă limitată în multe regiuni ale lumii și există o nevoie urgentă de combustibili durabili pentru a mări sau înlocui combustibilii tradiționali pentru lemn [4].
Energia produsă atunci când sunt arse biobrichetele turnate corespunzător este comparabilă cu combustibilii tradiționali. Aceste biobrichete pot fi arse în lemne nemodificate și sobe de pelete, șeminee, încălzitoare de terasă și grătare cu cărbune și oferă o metodă ieftină pentru conversia deșeurilor organice în energie [5]. În mod ideal, biocombustibilii pot fi fabricați din materiale regenerabile și ușor disponibile, iar producția lor ar trebui să ducă la un impact asupra mediului redus în comparație cu înlocuirea combustibililor tradiționali [6]. Cele patru tipuri de biobrichete produse și analizate în acest studiu constau din următoarele compoziții: 100% biomasă, 3: 1 biomasă pe hârtie, 1: 3 biomasă pe hârtie și 100% hârtie. Acest manuscris se concentrează pe compoziția și producția de brichete, combustie și conținutul de energie, determinate de calorimetria bombei de oxigen.
Compoziția și producția Biobriquette
Materialele pentru biobrichete, inclusiv hârtie, frunze, ace de pin, rumeguș și deșeuri de la magazin au fost măcinate în particule cu diametrul de 6 până la 8 milimetri (mm) pentru a crește suprafața pentru înmuiere și pentru a spori eficiența ambalării [7]. Brichetele realizate în întregime din hârtie mărunțită au fost preparate prin adăugarea a suficientă apă pentru a acoperi materialul și înmuiate timp de aproximativ o săptămână. Pe măsură ce raportul dintre biomasă și hârtie mărunțită a crescut, a crescut și timpul necesar pentru înmuierea materialului pentru turnarea cu succes. De exemplu, biobrichetele realizate în întregime din frunze mărunțite au necesitat aproximativ cinci săptămâni timp de înmuiat înainte de presare. Materialul îmbibat a fost testat pentru pregătire prin apăsarea manuală a unei linguri de piure. Mash-ul care își ținea forma în palma mâinii era considerat gata să fie presat în brichete.
Compactarea a avut loc la presiuni moderate până la joase (aproximativ 30-50 megapascal (MPa)) utilizând adaptări ale presei originale cu pârghie acționată manual realizată de Ben Bryant de la Colegiul Resurselor Forestiere din Seattle, Washington. [8-10]. Matrița pentru această presă constă dintr-o țeavă de clorură de polivinil (PVC) cu diametrul de 100 mm, cu găuri preforate, care a fost acoperită în partea inferioară cu o bucată groasă de plastic găurită pentru a accepta un diblu cu diametrul de 38 mm folosit pentru a crea canalul central de aer în brichetă. Materialul pre-învelit a fost încărcat în matrița din jurul diblului și matrița a fost acoperită cu un dop de plastic pentru a crea canelurile de aer de la baza brichetelor. Conceptul de caneluri de aer pentru a crește suprafața și a facilita fluxul de aer în baza brichetelor a fost introdus de Kobus Venter de la Vuthisa Technologies, un producător de sobe de brichete din Africa de Sud. Odată încărcată în presă, biomasa a fost compactată; bricheta a fost împinsă manual din matrița din PVC și plasată pe un suport de uscare. După uscare, dimensiunile brichetei erau de 97 mm diametru exterior și aproximativ 70 mm înălțime, cu un miez gol de 38 mm diametru interior. Figura 1 prezintă biobrichete compuse din hârtie 100% cu procent crescând de biomasă până la 100% biomasă.
Un arzător Bunsen a fost folosit pentru aprinderea simultană a centrului gol, a fundului și a laturilor brichetei. La aprindere, flăcările au format o coloană de convecție în centrul brichetelor facilitată de canelurile de aer din fundul fiecărei brichete. Șanțurile de aer păreau să îmbunătățească arderea, ceea ce duce la creșterea temperaturilor de ardere, a ratei de ardere, a arderii mai complete și a arderilor mai curate, dovadă fiind o emisie mai mică de fum în comparație cu lemnul, peletele de lemn și cărbunele [11].