Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Chiến lược thiết kế quy trình biến chất thải thành năng lượng dựa trên đặc trưng lý-hóa
Tóm tắt
Việc thu hồi năng lượng từ chất thải là cần thiết để quản lý hiệu quả về chi phí và bền vững. Đối với một loại chất thải nhất định, việc xác định các quy trình chuyển đổi nhiệt hóa phù hợp phụ thuộc vào việc lập một chiến lược dựa trên nhiều biến số, trong đó việc đặc trưng nguyên liệu là rất quan trọng. Tùy thuộc vào tính chất của nhiên liệu, nguồn chất thải sẵn có có thể không thích hợp cho một ứng dụng cụ thể, vì lý do kỹ thuật và đôi khi vì lý do môi trường (Virmond et al. trong Braz J Chem Eng 30:197–230, 2013). Trong khung cảnh này, các loại chất thải agro-industial (thân nho, bã bia và bã nước cam) đã được đặc trưng và kết quả được sử dụng để thiết kế một chiến lược nhằm tích hợp hiệu quả chúng vào các quy trình thu hồi năng lượng từ chất thải. Nội dung năng lượng, phân tích gần đúng và cuối cùng, thành phần, tính tan chảy của tro và hành vi nhiệt đã được xác định. Đối với việc phân tích lý-hóa, các phương pháp tiêu chuẩn UNE đã được sử dụng. Kết quả đặc trưng cho thấy rằng ba loại chất thải này có chất lượng tốt cho chuyển đổi nhiệt hóa với nội dung năng lượng nằm trong khoảng từ 19 MJ/kg (bã bia) đến 16 MJ/kg (bã nước cam) và hàm lượng tro dưới 10% trong tất cả các trường hợp. Tuy nhiên, một số nhược điểm đã được phát hiện: hàm lượng độ ẩm cao (76%), nitơ (3.5%) và lưu huỳnh (0.2%) cho bã bia; hàm lượng nitơ (1.1%) và lưu huỳnh (0.15%) cao cho thân nho và hàm lượng nitơ (1%) cho bã nước cam. Tất cả thông tin này đã được sử dụng để thiết kế một chiến lược thông minh nhằm chọn lựa các quy trình thu hồi năng lượng từ chất thải bền vững và thân thiện với môi trường như một phần của cách tiếp cận kinh tế tuần hoàn.
Từ khóa
#thu hồi năng lượng #chất thải #chuyển đổi nhiệt hóa #đặc trưng lý-hóa #bền vững #kinh tế tuần hoànTài liệu tham khảo
Gumisiriza, R., Hawumba, J.F., Okure, M., Hensel, O.: Biomass waste-to-energy valorisation technologies: a review case for banana processing in Uganda. Biotechnol. Biofuels (2017). https://doi.org/10.1186/s13068-016-0689-5
García, R., Pizarro, C., Lavín, A.G., Bueno, J.L.: Characterization of Spanish biomass wastes for energy use. Bioresour. Technol. 103(1), 249–258 (2012). https://doi.org/10.1016/j.biortech.2011.10.004
RETOPROSOST Project (P0213/MAE-2907). In: Regional Government of Madrid, (2013)
Stehlík, P.: Contribution to advances in waste-to-energy technologies. J. Clean. Prod. 17(10), 919–931 (2009). https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2009.02.011
Perrot, J.-F., Subiantoro, A.: Municipal waste management strategy review and waste-to-energy potentials in New Zealand. Sustainability. 10(9), 3114 (2018). https://doi.org/10.3390/su10093114
Pan, S.-Y., Du, M.A., Huang, I.T., Liu, I.H., Chang, E.E., Chiang, P.-C.: Strategies on implementation of waste-to-energy (WTE) supply chain for circular economy system: a review. J. Clean. Prod. 108, 409–421 (2015)
Virmond, E., Rocha, J.D., Moreira, R.F.P.M., José, H.J.: Valorization of agroindustrial solid residues and residues from biofuel production chains by thermochemical conversion: a review, citing Brazil as a case study. Braz. J. Chem. Eng. 30, 197–230 (2013)
García, R., Pizarro, C., Lavín, A.G., Bueno, J.L.: Biomass proximate analysis using thermogravimetry. Bioresour. Technol. 139, 1–4 (2013). https://doi.org/10.1016/j.biortech.2013.03.197
Permchart, W., Kouprianov, V.I.: Emission performance and combustion efficiency of a conical fluidized-bed combustor firing various biomass fuels. Bioresour. Technol. 92(1), 83–91 (2004). https://doi.org/10.1016/j.biortech.2003.07.005
López, I.S., Izquierdo, A.G., Alcón, N.E.: Análisis comparativo de las tecnologías de valorización de residuos basadas en la gasificación. In: Paper presented at the Conama: Congreso Nacional del Medio Ambiente
Nhuchhen, D.R.: Prediction of carbon, hydrogen, and oxygen compositions of raw and torrefied biomass using proximate analysis. Fuel. 180, 348–356 (2016). https://doi.org/10.1016/j.fuel.2016.04.058
Shen, J., Zhu, S., Liu, X., Zhang, H., Tan, J.: The prediction of elemental composition of biomass based on proximate analysis. Energy Convers. Manag. 51(5), 983–987 (2010). https://doi.org/10.1016/j.enconman.2009.11.039
Erol, M., Haykiri-Acma, H., Küçükbayrak, S.: Calorific value estimation of biomass from their proximate analyses data. Renew. Energy. 35(1), 170–173 (2010). https://doi.org/10.1016/j.renene.2009.05.008
García, R., Pizarro, C., Lavín, A.G., Bueno, J.L.: Spanish biofuels heating value estimation. Part II: proximate analysis data. Fuel. 117, 1139–1147 (2014). https://doi.org/10.1016/j.fuel.2013.08.049
Özyuğuran, A., Yaman, S.: Prediction of calorific value of biomass from proximate analysis. Energy Procedia. 107, 130–136 (2017). https://doi.org/10.1016/j.egypro.2016.12.149
Abdul Wahid, F.R.A., Saleh, S., Abdul Samad, N.A.F.: Estimation of higher heating value of torrefied palm oil wastes from proximate analysis. Energy Procedia. 138, 307–312 (2017). https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.10.102
Telmo, C., Lousada, J., Moreira, N.: Proximate analysis, backwards stepwise regression between gross calorific value, ultimate and chemical analysis of wood. Bioresour. Technol. 101(11), 3808–3815 (2010). https://doi.org/10.1016/j.biortech.2010.01.021
Villanueva, M.J.D.: La calidad en el sector de los biocombustibles sólidos. Parámetros y normas de certificación. (2014)
Bryers, R.W.: Fireside slagging, fouling, and high-temperature corrosion of heat-transfer surface due to impurities in steam-raising fuels. Prog. Energy Combust. Sci. 22(1), 29–120 (1996). https://doi.org/10.1016/0360-1285(95)00012-7
Niu, Y., Tan, H., Hui, S.: Ash-related issues during biomass combustion: alkali-induced slagging, silicate melt-induced slagging (ash fusion), agglomeration, corrosion, ash utilization, and related countermeasures. Prog. Energy Combust. Sci. 52, 1–61 (2016). https://doi.org/10.1016/j.pecs.2015.09.003
Bioenarea: The Bioenergy System Planners Handbook.-BYSPLAN. Bioenarea. http://bisyplan.bioenarea.eu/ash_appendix.html (2015)
Fernández Llorente, M.J., Carrasco García, J.E.: Comparing methods for predicting the sintering of biomass ash in combustion. Fuel. 84(14), 1893–1900 (2005). https://doi.org/10.1016/j.fuel.2005.04.010
Wall, T.F., Gupta, S.K., Gupta, R.P., Sanders, R.H., Creelman, R.A., Bryant, G.W.: False deformation temperatures for ash fusibility associated with the conditions for ash preparation. Fuel. 78(9), 1057–1063 (1999). https://doi.org/10.1016/S0016-2361(99)00017-4
Dunnu, G., Maier, J., Scheffknecht, G.: Ash fusibility and compositional data of solid recovered fuels. Fuel. 89(7), 1534–1540 (2010). https://doi.org/10.1016/j.fuel.2009.09.008
Llorente, M.J.F., Laplaza, J.M.M., Cuadrado, R.E., García, J.E.C.: Ash behaviour of lignocellulosic biomass in bubbling fluidised bed combustion. Fuel. 85(9), 1157–1165 (2006). https://doi.org/10.1016/j.fuel.2005.11.019
Ramos Casado, R., Arenales Rivera, J., Borjabad García, E., Escalada Cuadrado, R., Fernández Llorente, M., Bados Sevillano, R., Pascual Delgado, A.: Classification and characterisation of SRF produced from different flows of processed MSW in the Navarra region and its co-combustion performance with olive tree pruning residues. Waste Manag. 47, 206–216 (2016). https://doi.org/10.1016/j.wasman.2015.05.018
Jenkins, B.M., Baxter, L.L., Miles, T.R., Miles, T.R.: Combustion properties of biomass. Fuel Process. Technol. 54(1), 17–46 (1998). https://doi.org/10.1016/S0378-3820(97)00059-3
García, R., Pizarro, C., Lavín, A.G., Bueno, J.L.: Biomass sources for thermal conversion. Techno-economical overview. Fuel. 195, 182–189 (2017). https://doi.org/10.1016/j.fuel.2017.01.063
FAO: 7. The Research Progress of Biomass Pyrolysis Processes. FAO, Italy (1994)
Bridgwater, T.: Challenges and opportunities in fast pyrolysis of biomass: part I. Johnson Matthey Technol. Rev. 62(1), 118–130 (2018)
Vos, J.: Biomass Energy for Heating and Hot Water Supply in Belarus. Best Practice Guidelines. Part A: Biomass Combustion. In: vol. BYE/03/G31, pp. 1–125. BTG Biomass Technology Group BV, The Netherlands (2005)
Biedermann, F., Obernberger, I.: Ash-related problems during biomass combustion and possibilities for a sustainable ash utilisation
Mussatto, S.I.: Brewer’s spent grain: a valuable feedstock for industrial applications. J. Sci. Food Agric. 94(7), 1264–1275 (2014). https://doi.org/10.1002/jsfa.6486
Wilson, L., Yang, W., Blasiak, W., John, G.R., Mhilu, C.F.: Thermal characterization of tropical biomass feedstocks. Energy Convers. Manag. 52(1), 191–198 (2011). https://doi.org/10.1016/j.enconman.2010.06.058
Rubio, E., Carmona, Y., Igartuburu, J.M., Barroso, C.G., Macías, F.A., García-Moreno, M.V.: Estudio de la composición de los residuos de vinificación con fines aimenticios. In: Encuadernaciones, M., Cádiz, U.D. (eds.) Actualizaciones en Investigaciones Vitivinícola, pp. 609–612. XI Congreso Nacional de Investigación Enológica, Jerez de la Frontera, (2011)
Ortiz, I., Torreiro, Y., Molina, G., Maroño, M., Sánchez, J.M.: A feasible application of circular economy: spent grain energy recovery in the beer industry. In: Paper presented at the 6th international conference on sustainable solid waste management (Naxos2018), Naxos, Greece, 13–16 June 2018
Morrow, C.W.: Econoic Viability of Brewery Spent Grain as Biofuel. In: SANDIA REPORT. vol. SAND2016-0424R, pp. 1–45. Albuquerque, Sandia National Laboratories (2016)