熱解是生物質(zhì)分解的過程,可以自發(fā)進(jìn)行。具體來說,就是將生物質(zhì)加熱到一定溫度,直到該過程由于其自身的熱釋放而以自熱模式進(jìn)行。托姆斯克理工大學(xué)的科學(xué)家在“ Journal of Thermal Analysis and Calorimetry”上發(fā)表的一篇文章中報道了這項技術(shù)。這項技術(shù)的發(fā)展將使生物燃料能源的生產(chǎn)資源效率更高和可行性更高。
科學(xué)家們報告了這類生物質(zhì),如松木屑、木屑、稻草和托姆斯克州Arkadievsky和Sukhovskoe礦床的兩種泥炭的研究結(jié)果。它們是該地區(qū)最常見的生物質(zhì)類型,也是整個俄羅斯的典型生物質(zhì)。為了產(chǎn)生熱量和能量,TPU科學(xué)家將這些生物質(zhì)進(jìn)行了熱解,即在無氧環(huán)境中熱分解有機(jī)物質(zhì)的過程。
在世界范圍內(nèi),有大量的有機(jī)物質(zhì)可用作生物燃料。這種燃料比傳統(tǒng)燃料更環(huán)保。然而,文章的共同作者布塔科夫研究中心的研究員Roman Tabakaev說:“為了取代或僅僅是與化石有機(jī)原料競爭,應(yīng)該使生物質(zhì)燃料的生產(chǎn)變得更加可行。”
從生物質(zhì)產(chǎn)生熱量的方法之一是熱解處理。熱解是許多現(xiàn)代技術(shù)的基礎(chǔ)。盡管熱解已經(jīng)存在很長時間,但科學(xué)家并不同意該技術(shù)是否具有能源效率;一些人認(rèn)為這是一種無利可圖和浪費的技術(shù),因為它需要消耗能量來分解有機(jī)物質(zhì)。 TPU研究人員進(jìn)行的研究表明,熱解釋放的熱量足夠用于維持過程本身。
在自熱過程中,反應(yīng)溫度通過其自身的熱釋放來維持。實際上它降低了過程的成本,提高了處理效率。自熱狀態(tài)是熱效應(yīng)的大小超過熱成本的過程。也就是說,在生物質(zhì)分解時,應(yīng)該釋放比加熱它所需的更多的熱量。為了確定這些指標(biāo)的值 - 特定生物質(zhì)類型的熱效應(yīng)和熱成本,作者進(jìn)行了熱重分析(TGA)和差熱分析,并對實驗室生物樣品進(jìn)行了實驗處理。
“獲得的實驗和分析數(shù)據(jù)表明,在Sukhovskoy礦床的秸稈、碎屑、鋸屑和泥炭的熱解過程中,釋放的熱量超過了加熱所需的熱量。對于來自Arkadievsky礦床的泥炭,熱效應(yīng)低于加熱成本,”Roman Tabakaev說。
秸稈和木材的這種效果與熱解過程中纖維素、木質(zhì)素和半纖維素的分解過程有關(guān)。這些過程產(chǎn)生額外的熱量。在Sukhovskoy泥炭的熱解中,這種效果是由于纖維素、腐殖酸和富里酸的分解。因此,干燥秸稈樣品的接收熱量和用過的熱量之間的差異為 654.5千焦耳/千克(kJ / kg),芯片為 282.0 kJ / kg,鋸末為 303.6 kJ / kg,Sukhovskoy泥炭為 275.3千克/千克。
“在文章中,計算顯示了組織這種自熱熱解的可能性。這一數(shù)據(jù)通過近期秸稈物理實驗的結(jié)果得到證實,這表明當(dāng)秸稈的溫度達(dá)到365°C時,其繼續(xù)上升而無需額外加熱,獨立地達(dá)到430℃。目前的任務(wù)是在自熱狀態(tài)下物理地進(jìn)行熱解,同時向反應(yīng)器連續(xù)供應(yīng)原料,為此我們現(xiàn)在正在創(chuàng)建一個實驗裝置,”科學(xué)家說。