بخشی از مقاله
خلاصه
زیستتوده لیگنوسلولزی فراوانترین مواد آلی بر روی زمین است که دارای پتانسیل زیادی به عنوان خوراک برای تولید سوخت، برق و گرما است. زیستتوده ترکیب شیمیایی پیچیدهای از کربن، اکسیژن، گوگرد، نیتروژن، خاکستر و مقداری کمی از عناصر دیگر شامل فلزات قلیایی و فلزات قلیایی خاکی است و اخیرا به عنوان یک منبع بسیار قوی برای جایگزینی سوخت فسیلی بهکار برده شده است. هیدروچار محصول فرایند سوزاندن زیستتوده توسط بخار آب در دما و فشار بالا است که به این فرآیند زغالیشدن هیدروترمال گفته میشود.
ساختار متنوع هیدروچار تابع شرایط مختلف فرایند زغالی شدن هیدروترمال است که نقش مهمی بر روی آروماتیک بودن، قطبی بودن، پایداری حرارتی و متخلخل بودن هیدروچار دارد. در این پروژه تولید هیدروچار در آزمایشگاه با استفاده از روش زغالیشدن هیدروترمال انجام شده و پس از جمعآوری دادههای تجربی مورد نیاز به کمک تستهای آزمایشگاهی خواص هیدروچار تولیدی مشخص میگردد. در نهایت با مقایسه بین دادههای تجربی، خواص مطلوب برای تولید هیدروچار جامد مشخص میگردد.
.1 مقدمه
توسعه شگرف علم و فنآوری در جهان امروز ظاهرا آسایش و رفاه زندگی بشر را موجب شده است. ولی این توسعهیافتگی، مایه بروز مشکلات تازهای نیز برای انسانها شده است که از آن جمله میتوان به آلودگی محیطزیست، تغییرات گسترده آب و هوایی در زمین و ... اشاره نمود. به ویژه میدانیم که نفت و مشتقات آن از سرمایههای ارزشمند ملی و حیاتی کشور میباشند که مصرف غیر بهینه از آنها گاهی زیانهای جبرانناپذیری را ایجاد میکند. ازاینرو صاحب نظران و کارشناسان به دنبال منابعی هستند که به تدریج جایگزین سوختهای فسیلی شوند.
چنانچه افزایش دمای هوا مطابق روند فعلی ادامه یابد بازگرداندن آن به وضعیت سابق تقریبا غیر ممکن خواهد بود، بهترین راه حلی که اکثر دانشمندان پیشنهاد کردهاند متوقف کردن روند رو به رشد این گازهای مضر است. متخصصان بر این باورند که با استفاده از انرژیهای پاک نظیر انرژی خورشیدی، بادی، زمینگرمایی، هیدروژن و … بهجای انرژیهای حاصل از سوختهای فسیلی، از آلودگیهای زیست محیطی و خطرات ناشی از آن جلوگیری خواهد شد.
از سوی دیگر انرژیهای فسیلی مانند نفت، گاز و زغالسنگ سرانجام روزی به پایان خواهند رسید و با پایان گرفتن آن تمدن بشری که بستگی مستقیمی به انرژی دارد دچار چالش جدید و بزرگ خواهد شد. این امر سبب شده است که کشورهای توسعهیافته صنعتی با جدیت هرچه تمامتر استفاده از سایر انرژیهای موجود در طبیعت و به خصوص انرژیهای تجدیدشونده را مورد توجه قرار دهند. استفاده از انرژی خورشید، باد و امواج، زمینگرمایی، زیستتوده و ... که به انرژیهای تجدید پذیر موسومند مستلزم مطالعات و تحقیقات فراوانی میباشند که قبل از استفاده باید انجام گیرند.
مجموعه انرژیهای تجدید پذیر روزبهروز سهم بیشتری را در سیستم تامین انرژی جهان به عهده میگیرند. زیستتوده با انعطافپذیرترین منبع غیرنفتی است که هم به طور مستقیم وهم با تبدیل به سوخت جامد، مایع و گازی مورد استفاده قرار میگیرد. زیستتوده منبع انرژی تجدید پذیر پس از زغالسنگ، نفت، گاز طبیعی، چهارمین منبع بزرگ انرژی در دنیا میباشد. قابلیتهای زیستتوده تنها در تولید حرارت نیست بلکه در تولید سوختهای موردنیاز برای حملونقل و تولید انرژی الکتریکی نیز استفاده دارد.
زیستتوده، ترکیب شیمیایی پیچیده از کربن، اکسیژن، گوگرد، نیتروژن، خاکستر و مقداری کمی از عناصر دیگر شامل فلزات قلیایی، فلزات قلیایی خاکی و فلزات سنگین. وجود فلزات قلیایی و قلیایی خاکی بر روی کاربرد زیستتوده در بخش تولید انرژی مؤثر هست. این فلزات در زیستتوده باعث تشکیل خاکستر و رسوب و خوردگی در هیدروچار تولیدی میشود.[1]کاهش خاکستر در بیوچار یا هیدروچار تولیدی آن ماده را منبع قوی برای تولید انرژِی میکند. زیستتوده بهعنوان یک منبع بسیار قوی برای جایگزین سوخت فسیلی پیداشده است. [2]
.2 بخش تجربی
1,2 تهیه هیدروچار از پوست فندق
نخست 4 گرم از زیستتوده را در مقدار مشخصی آب مقطر را در یک اتوکلاو قرار میدهیم. اتوکلاو را در کوره با دمای 260 ℃ و زمان اقامت 4 ساعت قرار میدهیم. سپس محصول جامد از طریق فیلترکردن جدا میشود و این مواد کربندار سه بار توسط آب مقطر شسته میشود و در آون به مدت 1 hr در دمای 80 ℃ خشک میشود.
.3 نتایج و بحث
1,3 تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی** هیدروچار پوست فندق
شکل 1 نمایی از ذرات پودری هیدروچار را نشان میدهد. در این آنالیز ذرات به صورت پودر هستند. زغالیشدن هیدروترمال زیستتوده به دلیل ساختار پیچیده آن یک فرایند پیچیده است. زیستتوده شامل سلولز، همی سلولز و لیگنین است. پایداری حرارتی این ترکیبات به شرح زیر است:
hemicellulose <cellulose <lignin
همیسلولز جزئی ترین بخش پایدار لیگنوسلولز است زیستتوده و اجزای هیدرولیز فورفورال مانند که مسئول تشکیل ذرات کروی در دماهای پایین هستند. از این مشاهدات نتیجه میگیریم که اولین گام در زغالیشدن هیدروترمال، تخریب همیسلولز که موجب تشکیل ذرات کروی شکل میشود. سپس سلولز و لیگنین تجزیه میشوند که ساختار آروماتیک با افزایش دما در این حین شکل میگیرد. [3]
