В настоящее время газификация биомассы рассматривается в качестве возможной технологии для преобразования по крайней мере 10 миллионов акров техасских растений в биотопливо. Это стало известно из слов доктора Джима Энсли, эколога «Texas AgriLife Research», сообщает «PC-News.info».
Исследования используют адиабатическую газификацию, чтобы преобразовать мескитовое дерево, женьшень и можжевельник, которые растут на южных Великих равнинах в пригодные для использования газы (биоэнергетика). Исследования проводили Энсли, доктор Калян Аннамалай и Пауль Пеппер, профессор в «Mechanical Engineering and Coal and Biomass Energy Laboratory», «Texas Engineering Experiment Station» и «Texas A&M University in College Statio».
Команда также в себя включала аспирантов Вэй Чень, Дастина Езелтин и Шиву Занапала из «College Station», и доктора Мустафа Мирика из научной ассоциации «AgriLife Research» в Верноне.
«Ведущим автором первого опубликованного документа, касающегося этого исследования, был Чэнь. В документе говориться о теплоте горения мескитового дерева и можжевельника, а также о том, как размер частиц щепы и влага влияют на газовый состав и урожайность», — сказал Энсли.
Исследователи открыли основные тепловые свойства этих видов твёрдого топлива, в том числе по химическому составу и тепловому значению, а также различных отопительных факторов затрагивающих синтетический газ. Синтетический газ, смесь угарного газа, этана и водорода, могут использоваться в качестве заменителя природного газа. Твёрдый побочный продукт конверсионного процесса и смолы, также может быть использован для производства топлива или других химических продуктов.
Из-за ограничений по выращиванию биоэнергетических культур (зерновые), впоследствии используемых для производства пищевых продуктов, Энсли обратил внимание на подавляющее число нежелательных древесных растений в качестве возможного источника энергии. Обратной сторона медали — это увеличение транспортных расходов, из-за более низкой плотности биомассы деревьев. Одним из вариантов может быть развитие малых, локализованных объектов газификации для преобразования древесины в биоэнергию.
«Сейчас они воспринимаются, как ядовитые растения, которые наносят ущерб пастбищным экосистемам», — добавил он. «Их удаление и использование в качестве сырья для биоэнергетики позволит улучшить качество экосистемы, а также услуг из этих стран».
При отсутствии данных относительно газификации мескитового дерева и можжевельника, цель команды Энсли состоит в том, чтобы определить теплоту горения двух растений и получить характеристики газификации.
«С одного акра, на котором растут мескитовое дерево и можжевельник мы можем постоянно получать биомассу, равную 20-ти тоннам», — сказал он. Содержание влаги в этих видах значительно ниже, чем в другом древесном сырье, поэтому мескитовое дерево и можжевельник имеют повышенную теплоту горения и снижают затраты на сушку сырья.
Мескитовое дерево и можжевельник были собраны из родной области пастбищ вблизи Вернон. Высота деревьев достигала 10–12 футов, а диаметр ствола составлял от 2-х до 8-ми дюймов. Количество годичных колец показало, что возраст этих деревьев находился в диапазоне от 15-ти до 35-ти лет.
«Базальные стебли и ветви пропускались через дробилку», — сказал он. Затем материал пропустили через моторизованную систему (решето), которая разделила ранее полученный материал на схожие по размерам частицы. Затем, древесная щепа хранилась в мешках целлюлозы и передалась в «College Station» для дальнейших испытаний, касающихся газификации.
«Статья команды является первой, в которой говориться о содержании тепла и газов, полученных из этих растений, а также о некотором потенциале урожайности и состава из газификации», — сказал Энсли.
«Теплота горения древесины можжевельника и женьшеня была немного выше, чем мескитового дерева — 8849 БТЕ за фунт по сравнению с 8653 БТЕ», — поделился Энсли. Оба значения эквивалентны каменному углю.
Далее Энсли сказал, что мескитовое дерево и можжевельник являются лучшими для производства качественного топлива, чем биомасса навоза крупного рогатого скота, которая имеет меньшую теплоту горения — 5520 БТЕ за фунт, и оставляет повышенное содержание золы — 14–45% по сравнению с 1–2% у дерева.
Электростанции обычно предпочитают топливо с низким содержанием азота, так что загрязняющие оксиды азота могут быть сведены к минимуму. В отличие от угля, мескитовое дерево и можжевельник содержат очень небольшое количество азота, около одной трети. «Содержание азота в мескитовом дереве было несколько выше, чем в можжевельнике, потому что мескитовое дерево является бобовым», — сказал Энсли.
Древесная щепа разных размеров сжигалась в стальной колонне, которая зафиксировала диапазон температур от 400–2000 градусов. Эта температура была замечена на различных стадиях разложения древесины и принесла различный урожай синтетического газа», — добавил он.
Урожай синтетического газа состоит из азота, оксида углерода, диоксида углерода, водорода, кислорода, метана и этана. Процентный состав газа зависит от породы дерева. Можжевельник имеет более высокий процент оксида углерода и метана, а мескитовое дерево имеет более высокий процент азота, двуокиси углерода и этана.
«Теплота горения синтетических газов полученных из этих растений была несколько выше у можжевельника, чем у мескитового дерева, 1482 БТЕ за фунт по сравнению с 1275 БТЕ», — добавил Энсли. После удаления азота из газогенератора, теплота горения синтетических газов обеих пород дерева поднялась более, чем в два раза до 3575 БТЕ на фунт и 3261 британских тепловых единиц на фунт.
По сравнению с чистым метаном, который служил в качестве заменителя природного газа, синтетические газы из этих пород дерева достигли почти 100–150 БТЕ в стандартных кубических футах, что составляет около 10–15 процентов теплоты горения метана. После удаления азота, тепловое горение синтетического газа увеличилось до 27 процентов и 25,8 процентов теплоты горения метана для можжевельника и мескитового дерева соответственно.
«Обе породы дерева порождают высококачественный газ, но качество газа, полученного из можжевельника было немного лучше, чем из мескитового дерева, в первую очередь за счёт снижения содержания азота и повышения теплоты горения», — закончил Энсли.
Источник: pc-news.info
