Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

Minska Willow Wood bränsle emission av låg temperatur mikrovågsugn Assisted hydrotermisk karbonisering

Published: May 19, 2019 doi: 10.3791/58970
Automatic Translation
*1, *1, 2, 2, 1
1Department of Forest Utilization & Biomass Fuels and Combustion, University of Applied Science Rottenburg, 2Chemical Engineering Department, Faculty of Engineering, Universidad de Santiago de Chile
* These authors contributed equally

Summary

Ett protokoll för utsläpp prekursorer utarmning från låg kvalitet bio massa av låg temperatur mikrovågsugn assisterad hydrotermisk karbonisering behandling presenteras. Detta protokoll innehåller mikrovågsparametrarna och analysen av bio kol produkten och process vattnet.

Abstract

Bio massa är ett hållbart bränsle, eftersom dess CO2 -utsläpp återintegreras i bio massa tillväxt. Men de oorganiska prekursorer i bio massan orsakar en negativ miljö påverkan och slagg bildning. Den utvalda skott skogen med kort rotation (SRC) har hög askhalt (Equation 1 = 1,96%) och därmed ett högt innehåll av utsläpp och slagg prekursorer. Därför unders öks minskningen av mineraler från SRC Willow Wood genom låg temperatur mikrovågsassisterad hydrotermisk karbonisering (MAHC) vid 150 ° c, 170 ° c och 185 ° c. En fördel med mahc över konventionella reaktorer är en jämn temperatur värmeledningsförmåga i reaktions mediet, som mikrovågor penetrera hela reaktorn volymen. Detta ger en bättre temperatur kontroll och en snabbare cooldown. Därför kan en följd av depolymerisation, omvandling och repolymerisation reaktioner analyseras effektivt. I denna studie visade analysen av Mass förlust, askhalt och sammansättning, värmeringvärden och molar O/C-och H/C-förhållanden hos den behandlade och obehandlade SCR-Willow-skogen att mineralet i MAHC-kol minskades och värmevärdet ökade. Process vattnet visade ett minskande pH och innehöll Furfural och 5-metylfurfural. En process temperatur på 170 ° c visade den bästa kombinationen av energi inmatning och aska komponent reduktion. Den MAHC tillåter en bättre förståelse av hydrotermisk karbonisering processen, medan en storskalig industriell tillämpning är osannolikt på grund av de höga investerings kostnaderna.

Introduction

Tillämpningen av mikrovågor för hydrotermisk karbonisering (mahc) användes för den termokemiska omvandlingen av bio massa modell föreningar som fruktos, glukos1,2 eller cellulosa3, och för organiska substrat, helst avfalls material4,5,6,7,8,9,10. Utnyttjandet av mikrovågsugnar är fördelaktigt eftersom det gör en jämn uppvärmning av den behandlade bio massan2,10 främst genom termiska förluster av en dielektrisk lösnings medel11,12, även om mikrovågor gör inte överföra tillräckligt med energi för att direkt bryta kemiska bindningar och inducera reaktioner13. Mikrovågorna tränger in i hela reaktions volymen av HTC: s reaktor kärl och överför energin direkt till materialet, vilket inte är möjligt med en konventionell reaktor som visar en långsammare uppvärmnings hastighet på grund av stål manteln och den höga värme kapaciteten provet sig själv14. Den jämna magnetiseringen av provets vatten molekyler genom mikrovågor möjliggör en förbättrad processtyrning, eftersom temperaturen i mikrovågs reaktorn är jämnt fördelad11,14,15 och cooldown efter reaktionen är mycket snabbare. Dessutom, konventionella reaktorer värma upp mycket långsammare och de kemiska reaktioner som inträffar under uppvärmningen kan bias de resultat som vanligt vis tilldelas den slutliga temperaturen. Den förbättrade processtyrningen i en MAHC-reaktor möjliggör en noggrann utveckling av temperatur beroendet hos utvalda HTC-reaktioner (t. ex. uttorkning eller dekarboxylering). En annan fördel med den jämna temperatur fördelningen i HTC-reaktorns volym är den lägre adhesionen av immobiliserade och helt karboniserade partiklar på den inre reaktor väggen2. Emellertid, vatten är bara en genomsnittlig mikrovågsabsorberande lösnings medel som även visar minskande mikrovågor absorbans vid högre temperaturer, som begränsar den uppnåeliga maximala temperaturen. Denna negativa effekt kompenseras när syror produceras under HTC-processen eller katalysatorer (Joniska eller polära arter) tillsätts före behandlingen. Mikrovågsinducerade reaktioner visar högre produkt avkastning i allmänhet11,15 och specifikt av 5-hydroximetylfurfural (5-HMF) från fruktos i jämförelse med sand-Bed katalyserade reaktioner12. De har också en mycket bättre energi balans sedan konventionella uppvärmnings metoder15,16.

Det grundläggande kemiska begreppet Hydro termisk karbonisering är nedbrytning och successiva polymerisation av bio massan. Under dessa komplexa samverkande reaktioner vävnaden är utarmat av syre, vilket ökar värme värde. Till en början hydrolyseras polymererna hemicellulosa och cellulosa till socker monomerer17, även om låga temperaturer främst påverkar hemicellulosa18,19,20,21. I detta tidiga skede av HTC reaktioner bildas organiska syror från omvandlingen av socker aldehyder och deacetylering av hemicellulosa. Dessa syror kan vara ättiksyra, Lactic, levulinic, akryl eller myrsyra20,21,22 och de minskar pH-värdet i reaktions vattnet i reaktorn. På grund av dissociation bildar de fria negativa joner som ökar Jon produkten i process vattnet. Den ökande Jon produkten gör det möjligt att lösa katjoner, som är de viktigaste bestånds delarna i askan i bio massan. Genom denna mekanism är vävnaden uttömd från utsläppsprekursorer och slagg bildare (t. ex. kalium, natrium, kalcium, klor och tung metaller)23,24.

De bildade organiska syror kan stödja uttorkning av socker monomerer till furaner. En vanlig socker dehydratiseringprodukt är Furfural och 5-hydroximetylfurfural, som är genomförbara produkter för den kemiska industrin, eftersom de fungerar som plattforms produkter (t. ex. för syntesen av biopolymerer). 5-metylfurfural kan bildas genom katalyserade reaktioner från cellulosa25,26 eller 5-hydroximetylfurfural27. Även om Biopolymer syntesen är en konstgjord repolymerisation under kontrollerade betingelser, kan furanerna också kondensera, polymerisera och bilda hög molekyl ära aromatiska strukturer i den komplexa kemiska miljön i MAHC-reaktorn. Interaktionen mellan de solubiliserade organiska och oorganiska föreningarna med den modifierade träcellsmatrisen lägger till komplexiteten i reaktions systemet20. Den furan polymerisation reaktions vägarna använder aldol kondensation eller Intermolekylär uttorkning18,20 och ger hydrochar partiklar med ett hydrofoba skal och en mer hydrofila kärna28. Det är ännu inte avslöjat om bio massa partiklar är helt sönderdelas och sedan repolymeriseras eller om bio massan partiklarna fungera som en mall för karbonisering. Men nedbrytningen och repolymerisation reaktionerna omfattar Dehydrering och dekarboxylering reaktioner, samt29,30, som inducerar minskningen i van krevelen diagrammet mot O/c och H/c förhållanden av svart kol.

Medan andra studier visat den mineralreducerande effekten av konventionell reaktorbaserad Hydro termisk behandling31, av en vatten tvätt med kombinerad mekanisk urlakning32 eller vatten/ammoniumacetat/saltsyra tvätt33, vår studier undersöker mineral urlakning vid låg temperatur karbonisering med mikrovågor för första gången. Eftersom denna studie fokuserar på utsläpp föregångare urlakning för bränsle uppgradering, undersöker det ödet för kalium, natrium, magnesium, kalcium, klor, svavel, kväve och tung metaller. Fina stoftprekursorer bildar flyktiga salter (t. ex. KCl eller K2så4) vid förhöjda temperaturer i den gasformiga fasen. När dessa salter ackumuleras i rökgasen, tung metaller som zink kan rensa dem som kärn bildning partiklar, vilket leder till en partikel tillväxt kedje reaktion. Vid lägre rökgaser temperaturer, salt kondensation ytterligare utlöser partikel tillväxt och resulterar i cancerogenous fina stoft utsläpp från skorstenen. Dessa utsläpp är för närvarande den viktigaste faktorn som äventyrar hållbarheten hos Bio massa bränslen. En hållbar energi försörjning är beroende av att de reduceras med dyra filter eller att de minskar bränslena (t. ex. av MAHC). Eftersom denna studie följer ett praktiskt tillvägagångs sätt, valdes skott virke med kort omlopps tider (SRC) som en potentiell bio energi råvara med hög tillväxt takt. Det kan odlas av jordbrukarna på sina områden för en självförsörjande kraft försörjning genom förgasning, men också för värme produktion genom direkt förbränning. En nackdel med Willow SRC är dess höga bark innehåll på grund av en låg stam: bark förhållande på mogna scenen. Barken innehåller en hel del mineraler i jämförelse med trä34,35,36,37 och ger högre mängder gas-eller partikel utsläpp38. Låg temperatur HTC kan förbättra förbrännings egenskaperna hos SRC Willow Wood och därmed bidra till en hållbar värme och strömförsörjning. En annan viktig parameter för HTC: s biokol som undersökts i denna studie är dess energi täthet, dess högre initial förbrännings temperatur och dess högre förbrännings temperatur39.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. beredning av prov material

  1. Harvest fem år gammal pil, klon typ "tordes" ([Salix schwerinii x s. viminalis] x s. vim.), med en höjd av 12 − 14 m och en bröst diameter på cirka 15 cm.
  2. Chip träet och torka spånorna i en tork för 24 h vid 105 ° c.
  3. Skär flis med en skärande kvarn och slipa med en centrifugalkvarn till en partikel storlek på 0,12 mm.

2. mikrovågsassisterad hydrotermisk karbonisering

  1. Använd en mikrougn med 850 W och en magnet Ron frekvens på 2 455 MHz.
  2. Placera 500 mg råvara från steg 1,3 i en 50 mL polytetrafluoretylen (PTFE) reaktions kärl med en spatel. Tillsätt 10 mL demineraliserat vatten. Skruva ner reaktions kärlets lock så att tryck ventilen i locket är på samma nivå som locket brädden.
  3. För varje behandlings temperatur, sätta tolv reaktions kärl med råvaror i mikrovågsugnen och stänga ugnen.
  4. Ställ in tre temperatur program, med mikrovågsugnen för de tre temperaturerna: 150 ° c (ramp + 12,5 ° c min-1, håll 60 min, topp effekt 50%), 170 ° c (ramp + 9,6 ° c min-1, håll 60 min, topp effekt 80%) och 185 ° c (ramp + 5,3 ° c min-1 , håll 30 min, ramp-1,1 ° c min-1 till 150 ° c, topp effekt 100%). Starta mikrovågsugnen, för varje enskilt program.
  5. Efter att programmet är avslutat, ta bort reaktions kärlen, låt dem svalna och återaktivera. Sedan öppna dem under ett dragskåp efter att släppa trycket inuti.
  6. Tillsätt 35 mL dubbelt destillerat vatten till varje reaktions kärl. Häll lösningen i varje kärl på en centrifug cylinder och centrifugera vid 1 714 x g i 10 min.
  7. Process vattnet dräneras i ett annat rör och lagras fryst vid-5 ° c för pH och gaskromatografi-masspektrometri (GC-MS) analys.
  8. Frys centrifugercylindern med den kvarvarande bio kol pelleten vid-5 ° c. Ta sedan ut bio kol pelleten och torka den vid 105 ° c i 24 timmar. väg bio kol pelleten och beräkna viktminskningen induceras av MAHC behandling.
  9. Upprepa steg 2.2 − 2.8 fyra gånger per temperatur (48 reaktions kärl per temperatur) för att producera tillräckligt med bio kol (ca 22 g) för den efterföljande analysen.

3. bestämning av Ask halt

  1. Väg 20 tomma keramiska rätter individuellt. Tillsätt i varje 1 g prov (5 x 1 g råvara och 5 x 1 g bio kol från varje temperatur behandling).
    Obs: eftersom rätterna inte kan märkas, måste en plan dras för arrangemanget av kärlen i ugnen.
  2. Placera de öppna keramiska rätter i en MUF fel ugn och stänga ugnen.
  3. Program mera ett temperatur program för muffeln ugnen (+ 6 ° c min-1 från 25 ° c till 250 ° c, håll 60 min, + 10 ° c min-1 till 550 ° c, håll 120 min) och starta programmet.
  4. Efter att programmet är avslutat, låt muffeln ugnen svalna till 105 ° c. Öppna sedan ugnen och ta ut keramik rätterna.
  5. Placera keramiska rätter i en extraktionsapparat (tabell över material) fylld med ett tork medel bestående av kiselgel. Stäng exsickatorn och dammsuga torrt med hjälp av en vakuum pump.
  6. Ta ut keramiska rätter efter 24 h kylning. Väg den keramiska skålen som innehåller askan och beräkna aska vikt genom att subtrahera vikten av den tomma keramiska skålen.
  7. Bestäm Askhalten i procent genom att dividera ask vikten med råmaterialets eller bio kolets torrvikt.

4. bestämning av högre och lägre värmevärden

  1. Aktivera vatten pumpen i kalorimetern och öppna syre ventilen för att leverera 99,5% syre till kalorimetern.
  2. Väg upp 1 g glukos och placera den i en plast prov påse med ett definierat värme värde på 46 479 J/g. sätt prov påsen i förbrännings degeln i en kalorimeterbomb.
  3. Tillsätt 5 mL två gånger avjoniserat vatten i botten av bomben och skruva ner bomben. Sätt bomben i kalorimetern och stäng kalorimetern.
  4. Ange vikten av provet och ändra inställningar för att ta prov påse metod. Starta Calorimeter.
  5. Efter mätningen är klar, ta ut bomben, vänd den upp och ner och skaka den långsamt i 1 min.
  6. Skruva loss bomben, ta bort 5 mL två gånger demineraliserat vatten och förvara den i ett skruv lock behållare för efterföljande jonkromatografi analys.
  7. Upprepa steg 4.2 − 4.6 tre gånger för att få kalibrerings standarden.
  8. Upprepa steg 4.2 − 4.6 fem gånger med varje MAHC-biokol (150 ° c, 170 ° c, 185 ° c) och råmaterialet.
  9. Beräkna det lägre värmevärdet med hjälp av följande ekvation40:
    Equation 2
    där LHV är det lägre värmevärdet är HHV det högre värmevärdet som erhålls från kalorimätaren i steg 4,4, och ω är vätehalten [Equation 3 erhållen ur elementär analys.

5. jonkromatografi för kvantifiering av klor

Anmärkning: kontrol lera kalibrering av jonkromatograf före analys.

  1. Ta ut 5 mL av lösningen från steg 4,8 och tillsätt 45 mL dubbelt demineraliserat vatten i en 50 mL volymetrisk mask.
  2. För in prov insugnings röret i en prov behållare och dra cirka 3 mL av provet med en spruta i förkolonnen. Starta analys körningen.
  3. Utför mätningarna enligt tillverkarens anvisningar.
  4. Upprepa steg 5,2 och 5,3 för varje prov som bereds i avsnitt 4.

6. elementär analys för bestämning av förhållandet O/C och H/C

  1. Välj en lämplig metod i instrumentmanualen för de prover som ska mätas.
  2. Gör alla 20 mg sulfonamid standarder och ämnen som krävs för att kalibrera enheten.
  3. För beredning av ett material prov, Lägg 20 mg prov i aluminiumfolie på mikrobalansen. Väg provet på plåtfolien, Stäng folien runt provet och tryck på förpackningen så att den innehåller så lite luft som möjligt. Upprepa därefter denna 5x för varje prov.
    Anmärkning: för att kunna analysera biochar proverna, måste samma mängd av volfram trioxid som mängden av provet läggas i ett förhållande av 1:1. Detta behövs för att kompensera det saknade syret i biochar för att säkerställa fullständig förbränning i elementaranalysatorn.
  4. För in de preparerade proverna i autosampler av elementaranalysatorn.
  5. Öppna syre och helium ventilen för förbrännings kammaren i elementaranalysatorn.
  6. Starta analysen när enheten har nått den temperatur som anges av enheten. I detta fall, vänta tills temperaturen når 900 ° c.
  7. Beräkna mullvadar av varje element i sulfonamid standard med sulfonamid standard vikt (steg 6,2), och vikten av 1 mol av respektive element.
  8. Beräkna förhållandet mellan mol av C, H, S, och N i sulfonamid, erhålls från steg 6,7, och respektive topp områden.
  9. Subtrahera prov Askhalten, som erhålls från steg 3,7, från den totala prov vikten.
  10. Jämför respektive elementets topparea i sulfonamidstandarden och provet, och multiplicera med Mullvaden av varje element i sulfonamid för att erhålla Mullvaden av elementet i provet.
  11. Beräkna vikten av C, H, S, och N i provet genom att multiplicera den mullvad av elementet, erhålls från steg 6,10, med respektive molar massan av elementet från det periodiska systemet.
  12. Beräkna syre vikten i provet genom att använda den Askfria prov massan, som erhålls från steg 6,9, och subtrahera vikten av C, H, N och S, erhållen från steg 6,11.
  13. Beräkna molar H/c och O/c nyckeltal i råmaterialet och mahc biokol prover.

7. inducerade kopplad plasma optisk emission spektroskopi

  1. Väg 400 mg torkat råmaterial eller MAHC-biokol och lägg det i en 50 mL PTFE reaktions kärl med en spatel. Tillsätt 3 mL 69% sal Peter syra och 9 mL 35% saltsyra.
  2. Skruva ner reaktions kärlets lock så att tryck ventilen i locket är på samma nivå som locket brädden.
  3. Sätt reaktions kärlen i proverna som ska analyseras i mikrovågsugnen och stäng ugnen.
  4. Program mera temperatur programmet för fullständig nedbrytning av organiskt material: ramp + 15,5 ° c min-1 till 200 ° c, håll 30 min, kyla ner till 180 ° c, håll intryckt i 5 min. Starta mikrovågsugnen.
  5. Efter att programmet är avslutat, ta bort reaktions kärlen, låt dem svalna och återaktivera. Öppna sedan kärlen under ett dragskåp efter att ha frigjort trycket inuti.
  6. Häll proverna i en 50 mL glöd lampa cylinder. Skölj reaktions kärlet grundligt med två gånger avjoniserat vatten och överför det till glöd lampans cylinder. Upplyft cylindern till 50 mL-märket med två gånger avjoniserat vatten för att säkerställa jämn utspädning av alla prover.
  7. Filtrera provet från steg 7,6 med 150 μm nät filter papper. Fyll filtratet i 50 mL koniska centrifugeringsrör.
  8. Sätt standardproverna i autoinjektorn av ICP-OES. Standardproverna är av de kända koncentrationerna (0,0001 ppm, 0,001 ppm, 0,1 ppm, 1 ppm 10 ppm, 20 ppm, 50 ppm) av de element som ska kvantifieras (ca, as, B, be, Fe, se, Zn, AG, Al, ba, bi, CD, Co, CR, Cu, ga, K, Li , Mg, mn, Mo, na, ni, PB, RB, SR, te, TL, V).
  9. Sätt proverna i autoinjektorn av ICP-OES och kör ICP-OES-analysen med samma parametrar.
  10. Efter analysen av ICP-OES, erhålla elementär koncentration från program varan, automatiskt beräknad i mg/kg, baserat på de kalibrerings kurvor som erhållits från standardprover i steg 7,8.
  11. Beräkna den elementära koncentrations minskningen i det producerade bio kolet:
    Equation 4
    där conc. i bio massa är elementär koncentrationen i bio massan och conc. I kol är den elementära koncentrationen i bio kol.

8. mätning av pH-värdet i HTC-processvatten

  1. Fyll varje vätske fraktion från MAHC-behandlingen (steg 2,7) av råmaterialet och de tre biokol i fyra respektive bägare.
  2. Kalibrera pH-sonden med standardlösningar.
  3. Mät pH i den flytande fraktionen av råvaran och de tre MAHC-biokol.

9. gaskromatografi-masspektrometri

  1. Filtrera vätske fraktioner från MAHC-behandlingen (steg 2,7) med 150 μm nät filter papper. Tillsätt 20 mL metanol till 1 mL av de filtrerade vätske fraktionerna.
  2. Överför 200 μL till en GC-MS-autosampler-injektionsflaska och Lägg injektions flaskan i GC-MS-autosampler.
  3. Späd rena normer för Furfural och 5-metylfurfural (analytisk kvalitet) ner till 10-2, 10-3, 10-4och 10-5 med metanol.
  4. Sätt standarderna i GC-MS autosampler och analysera dem med parametrarna: 1 μL injektions volym vid 230 ° c Insprutare temperatur och 1:40 Split; 5MS icke-polära kolonn (material tabell) med 15 m längd och 0,25 mm film tjock lek; temperatur program 30 ° c, håll 2 min, ramp på + 40 ° c/min till 250 ° c, håll 2 min; jonisering med 70 mV och MS-detektor i skannings läge med ett m/z-intervall på 35 − 400, varje skanning i 0,3 s.
  5. Upprätta kalibrerings kurvor med topp arean för total Jon räkning (TIC) och den sammansatta koncentrationen.
  6. Kör de preparerade HTC-proverna med samma analytiska parametrar och identifiera Furfural och 5-metylfurfural med hjälp av retentions tiden för standarden och spektrum matchen i ett spektra bibliotek.
  7. Bestäm koncentrationerna av Furfural och 5-metylfurfural genom att använda den beräknade kalibrerings kurvan (steg 9,6) och sätta in prov topparealerna för Furfural och 5-metylfurfural.

10. statistiska uppgifter

  1. Analysera data med Shapiro Wilks test för normal distribution.
  2. Använd Mann-Whitney U-test för icke-normaldistribuerade data uppsättningar och t-test för normalt distribuerade data uppsättningar för att hitta betydande skillnader mellan data uppsättningarna.
    Obs: om en data uppsättning normalt distribueras och den andra inte, Använd Mann-Whitney U-testet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Resultaten av den elementära analysen avslöjade skillnader mellan O/C-H/C-förhållandet för vide veden och MAHC-biokol (figur 1). Råmaterialet visar högre O/C-H/C-nyckeltal och en högre variation av värdena. MAHC-behandlingen reducerade värde variationen på grund av homogenisering i mikrovågsreaktorn. Mikrovågsreaktorns precision gjorde det möjligt att differentiera tre nedbrytnings faser. H/C-kvoten reducerades vid 150 ° c och variationerna i H/C-och O/C-kvoterna reducerades också. Vid 170 ° c reducerades O/C-kvoten och vid 185 ° c reducerades O/C-kvoten ytterligare.

Temperaturen inducerade en ökande brun färg, medan processen vattnet visade samma tendens även om skuggan var ljusare (figur 2). I både bio kol och process vatten ökningen av aromatiska ringar som furaner och poly-bensener, som innehåller en rad enskilda obligationer och dubbel bindningar som är optiskt aktiva, inducera denna färg förändring (figur 2). Den side reaktionen syrlighet bildandet från sockermonomererna framkallade en bildande av lösliga syror och, i följd, en pH tappar i den processaa bevattna28 (bordlägga 1). En Mass förlust mättes i provet 150 ° c, men ingen färg växling i jämförelse med råmaterialet syntes (figur 2 och tabell 1). En kickförhöjning av uppvärmningen värderar av den 170 ° c bio kol åtföljdes av en kick väger förlust. Denna viktminskning orsakades av exothermal konverterings reaktioner som gav furaner (tabell 1). Den lägre, men betydligt annorlunda, ökning av värme värde mellan 170 ° c och 185 ° c bio kol åtföljdes av en lägre viktminskning i jämförelse med vikt förlusten mellan 150 ° c och 170 ° c. PH-värdet sjönk från 4,25 vid 150 ° c till 3,6 vid 170 ° c och stannade konstant från 170 ° c till 185 ° c. Tack vare bevattnar den resulterande ökande Jon produkten vid den extra syran, oorganiska ämnen och thus aska delar i det processaa kan lösas23.

Tabell 2 visar de utvalda utsläppsprekursorernas öde. Det finns betydligt reducerade element i tabell 2, som svavel, kalium, kalcium, klor och magnesium, och inte signifikant reducerade element, som kväve och natrium. Tung metaller i bio massa, utom silver och litium, minskade signifikant, vilket kan ses i tabell 3, men silver och litium är bara mindre påtagligt.

Resultatet av den korrigerade Mass förlusten av element visas i figur 3. Eftersom Mass förlusten inte övervägdes här, vilket till och med kan leda till högre koncentrationer av grundämnen jämfört med den råa bio massan vid en intensiv hög temperatur-HTC-behandling, var alla beräknade förluster högre än i tabell 2 och tabell 3 och Visa de absoluta element förlusterna som den ökande Jon produkten framkallar. Olika element visar olika temperatur beroende urlakning i process vattnet. Klor och kalium överfördes intensivt till process vattnet vid 150 ° c, medan svavel, magnesium, natrium, kalcium, zink, barium, mangan och strontium visade sin högsta utarmning vid 170 ° c. Endast silver och litium koncentrationen i bio kol visade en jämn sänkning som var temperatur oberoende, medan kväve inte påverkades av MAHC behandling alls. Summan av förlusterna av de fina damm formarna klor, kalium, magnesium, natrium och kalcium vid 150 ° c, 170 ° c och 185 ° c var 5 782 mg/kg, 8 529 mg/kg respektive 8 833 mg/kg, medan summan av förlusterna för de kvantifierade tung metallerna var 87 mg/kg , 170 mg/kg och 182 mg/kg för 150 ° c, 170 ° c respektive 185 ° c, och svavelhalten uppvisade förluster på 548, 2 089 och 2 431 mg/kg för 150 ° c, 170 ° c respektive 185 ° c.

Figure 1
Figur 1: typiska värde områden för bio massa, torv, brunkol, stenkol och antracit i van Krevelen-diagrammet 18 år , 20 och andra , 30 % av , 41. insetet visar atomens O/c-och H/c-förhållande för kolprover från mahc. A) huvudsakligen Dehydrering. BDehydrering och dekarboxylering. C) huvudsakligen Dehydrering. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 2
Figur 2: bilder av råvaran och MAHC-biokol och process vatten efter respektive temperatur behandling. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 3
Figur 3: urlakning av utsläppsprekursorer från src-Salix bio massa i procent baserat på den råa bio massa vikten. Den procentuella andelen av viktminskningen beräknas på grund val av obehandlad bio massa vikt. Den undre Grafen visar elementen med en hög laknings hastighet mellan 150 − 170 ° c och den övre Grafen visar element med olika urlaknings beteende. Denna siffra har modifierats från knappe et al.42. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Parametrar Lövträ 150 ° c 170 ° c 185 ° c
Kol
Mass förlustkol (%) - 7,60 ± 2,93 25,54 ± 2,87 28,89 ± 1,96
Högre värme värdekol (J g-1): 18 843 ± 96 18 551 ± 143 19 358 ± 314 20 029 ± 88
Lägre värme värdekol (J g-1) 17 430 ± 130 17 220 ± 180 18 130 ± 310 18 730 ± 120
Process vatten
Ph 4,25 3,6 3,6
Furfural (mg kg-1) 0 0,1 ± 0,005 1,565 ± 0,031
5-metylfurfural (mg kg-1) 0 0,009 ± 0,0001 0,012 ± 010002

Tabell 1: energi innehåll och process vatten egenskaper. Den visar Mass förlusten och de högre och lägre värmevärdena för råmaterial och bio kol samt pH och koncentrationerna av Furfural och 5-metylfurfural av process vattnet.

Behandling Askhalt (%) N S Cl K Mg Na Ca
(% DM) (% DM) (% DM) (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg)
Raw 1,96 ± 0,08 0,47 ± 0,01 0,48 ± 0,19 0,24 ± 0,01 3 113 ± 26 710 ± 11 348 ± 50 11 768 ± 240
150 ° c 1,15 ± 0,03 0,41 ± 0,04 0,41 ± 0,17 0,06 ± 0,02 616 ± 14 625 ± 23 311 ± 45 9 501 ± 189
* - - * ** * - **
170 ° c 0,90 ± 0,06 0,40 ± 0,03 0,24 ± 0,04 0,07 ± 0,01 534 ± 31 383 ± 36 303 ± 66 8 917 ± 141
* * ** * ** * - **
185 ° c 1,04 ± 0,04 0,43 ± 0,05 0,14 ± 0,01 0,05 ± 0,03 525 ± 21 371 ± 44 301 ± 32 8 880 ± 191
* - ** * ** * - **
DM: torrvikt.

Tabell 2: utvalda utsläppsprekursorer och det totala ask innehållet. Stjärnorna anger signifikansnivå (*, p < 0,05; * *, p < 0,01; * * *, p < 0,001).

Behandling Som Cd Pb Hg Ni Zn Ba Ag Mn Sr Li
mg/kg
Raw Nd. Nd. Nd. Nd. Nd. 106 ± 3 14 ± 1 37 ± 4 75 ± 1 30 ± 1 27 ± 3
150 ° c Nd. Nd. Nd. Nd. Nd. 77 ± 2 13 ± 1 35 ± 4 51 ± 1 19 ± 1 24 ± 2
* * - ** ** -
170 ° c Nd. Nd. Nd. Nd. Nd. 57 ± 3 8 ± 1 34 ± 3 26 ± 1 10 ± 1 20 ± 1
* ** - ** ** **
185 ° c Nd. Nd. Nd. Nd. Nd. 55 ± 2 7 ± 1 27 ± 2 29 ± 1 9 ± 1 17 ± 2
* ** ** ** ** **
nd: hittades inte (under elementets specifika tröskelvärde).

Tabell 3: tung metall halt i råvaran och MAHC-proverna. Stjärnorna anger signifikansnivå (*, p < 0,05; * *, p < 0,01; * * *, p < 0,001).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Den MAHC tillåter differentiering av stegen i kemisk nedbrytning genom att tillämpa olika intensiteter av termisk behandling. Därför är det möjligt att bedöma samspelet mellan Mass förlust, O/C-H/C ratio, värme värde, aska komponent reduktion, pH ökning av process vatten och ansamling av furaner i processen vatten. Fördelen med MAHC-metoden över den konventionella HTC-reaktormetoden är baserad på den termiska ledningen via mikrovågor som tränger in i hela reaktor volymen och utför värmen på mikronivå i stället för att värma reaktor volymen genom makroskopiska lager av olika temperaturer10. Detta tillät identifiering av tre olika nedbrytnings stadier, som främst utlöstes av uttorkning och dekarboxylering av respektive monomerer. Hydrolys och deacetylering av hemicellulosa ökar något H/C-förhållandet för bio massan och det var inte möjligt att isolera dessa reaktioner i detta experiment, t. ex. vid 150 ° c. Det andra temperatur steget (150 − 170 ° c) inducerade en minskning av O/C-kvoten på grund av dekarboxylering. Minskningen i H/C-kvoten tydde på en parallell uttorkning. Mellan 170 och 185 ° c var förändringen av O/C-kvoten obetydlig men en relativ minskning av H/C-kvoten, vilket kunde förklaras av demetanation. Gas bildningen övervakades dock inte i dessa experiment, eftersom mikrovågsreaktorn inte tillät någon till gång till den gasformiga fasen under reaktionen. Det är också möjligt att uttorkning av mer stabila tertiära OH-grupper, intermediärer bildas under uttorkning av socker arter till furaner (tabell 1), orsakade denna H/C SKIFT. Tertiära OH-grupper kräver en högre aktiverings energi och bryts ned vid högre temperaturer. O/C och H/C förhållandet homogenisering av produkten bio massa var synlig i van Krevelen diagrammet (figur 1), även om värmevärdena inte visade samma tendens (tabell 1).

Uppvärmning av ett prov av bio massa nedsänkt i vatten är begränsad till en maximal temperatur på 185 ° c med den inställning som används i denna studie. Detta orsakas av mediet mikrovågsabsorberande egenskaper hos vatten (förlust tanδ 0,123)11. Denna absorberande fastighet reduceras även vid förhöjda temperaturer, vilket leder till en högsta temperatur som beror på den tillämpade mikrovågseffekter, i fallet med denna studie 185 ° c med 850 W. Vid denna maximala temperatur kan temperaturen inte hållas på en konstant nivå, men det varierar jämförbar med resultat som presenteras av Dallinger et al.11 författarna till den nämnda studien föreslår tillsats av 0,03 M natriumkloridlösning för att uppnå en konstant Temperatur. En sådan åtgärd skulle äventyra begreppet vår studie, eftersom ett tillägg av utsläpp relevanta element kommer att minska den gynnsamma effekten av MAHC på bio massa bränslen.

Som förväntat sjönk O/C-H/C-kvoten i bio kol med minskande pH. Anledningen till detta är uttorkning av bio kol som inducerade syra bildning och utarmar bio kol av syre, vilket i sin tur ökar värmevärdet av bio kol, samt. Den identiska pH i process vattnet i 170 ° c och 185 ° c behandling föreslog att den första O/C-H/C-kvoten droppe induceras av uttorkning och Decarboxylation, medan O/C-H/C-kvoten sjunka mellan 170 ° c och 185 grader domineras av uttorkning. Decarboxylation av bio kol ger inte syror men furaner och därför inte påverkar pH men ger högre furan koncentrationer (figur 1, figur 2, och tabell 1). I denna studie, 5-metylfurfural var gav i betydande mängder (tabell 1), men flera studier har visat att bildandet av 5-metylfurfural är en sekundär reaktion med 5-HMF som en educt25,26,27 . Eftersom vi inte identifiera 5-HMF på grund av dess comparably låga ångtryck och den begränsade GC temperatur program, vi kan inte bekräfta dessa uttalanden. Framtida studier bör syfta till att identifiera ett stort antal organiska analyter, inklusive 5-HMF, för att koppla den organiska analysen av process vattnet till de reaktions steg som publiceras i litteraturen.

Råmaterialet har en hög O/C-H/C relation fluktuation. Anledningen till detta är av metodiskt slag, som trots den fina fräsningen före elementaranalysen var den relativt höga mängden bark partiklar inte jämnt fördelad i den lilla urvals storleken. Denna effekt var antagen av LiU et al. i deras HTC studie43, och de fann samma effekt av HTC behandling som kan ses i denna studie, som är en homogenisering av O/c-H/c relation på grund av tillämpad hydrotermisk karbonisering. Denna homogenisering kan redan uppnås vid relativt låga temperaturer (figur 1).

MAHC-behandlingen vid 150 ° c reducerade värmevärdet. Detta är intressant, eftersom HTC behandlingen vanligt vis ökar värmevärdet. Anledningen till detta atypiska beteende är hydrolys. Det sönderfaller kolhydraterna i trä vävnaden genom Acetal hydrolys, men denna klyvning sysselsätter en integration av syre i makro molekyler, som orsakar det lägre värmevärdet av hydrolys produkten. Från en energetiska synvinkel mahc eller HTC behandling är uppenbarligen ineffektiv vid temperaturer som endast tillåter hydrolys, som vikt och värme värde reduceras båda. Energi effektiv är värmevärdet ökar mellan 170 ° c till 185 ° c (tabell 1), eftersom här är den bästa relationen mellan energi input och uppvärmning värde ökning. Man kan dra satsen att höga temperaturer är effektiva i händelse av målet att öka värmevärdet av råmaterialet. Andra studier visade dock att en över gång från HTC: s karbonisering till HTC kondensering vid högre temperaturer minskar bio kol avkastningen 9 och att många andra faktorer (t. ex. typ av material24 och partikel storlek9) påverkar bio kol avkastningen.

När det gäller utsläpp prekursorer utarmning av råvaran är den optimala temperaturen 170 ° c, eftersom en ytterligare temperaturökning inte ger mycket högre utarmning (figur 3). Särskilt de fina damm prekursorer klor, kalium, magnesium, natrium och kalcium inte svarar på en temperatur stegring från 170 ° c (tabell 2 och figur 3). Ett exempel från litteraturen ges av Rheza et al., som grundar att ökande processaa temperatur från 200 ° c till 260 ° c blytak till jämförbar aska utarmning23. Detta leder till satsen att i fall målet med behandlingen är ask reduktion process temperaturen har en optimal och bör varken överstiga eller vara lägre än denna optimala. Den urlakning beteende tung metaller visar samma tendens (tabell 2, tabell 3, och figur 3). Därför kan aska dumpningen av heavy metal rika filter aska minskas i medel stora och storskaliga värme anläggningar och därmed kan kostnaderna sparas på grund av en anpassad HTC behandling. Minskningen av zink vid 150 ° c minskar koncentrationen av detta element under gränsen på 100 mg/kg enligt DIN EN ISO 17225-2. Endast svavel och klorhalten i både råvaran och MAHC-biokol kommer inte att tillåta pelletisering av varken råvaran eller bio kol (gräns värden på 0,05 mg/kg respektive 0,03 mg/kg). Därför kan bio kol eller råvaran användas i medel stora eller storskaliga värme anläggningar med SOx Reduktions åtgärder och syra beständighet mot svavel-och klorsyra. En positiv aspekt av elementär urlakning är minskningen av kalium och magnesium med 83%. Båda Elementen är Reducer för ask smältningstemperatur och deras Eli minering minskar risken för igensättning av transport system genom slagg bildning (figur 3).

I denna studie analyserades elementär koncentrationen i kol, men med de applied metoderna som bearbetar av salt bildande i det processaa, bevattna kunde inte analyseras. Det finns förmodligen en interaktion av lösning av mineraler från den fasta fasen till vätske fasen, alkalisalt formation i vätske fasen och utfällning av salter i den fasta fasen. I framtida studier kommer det att bli intressant att analysera centrifugeringspelleten av process vattnet för utfällda salter för att få en insida i dessa processer.

Den MAHC gör det möjligt att studera kemisk reaktion arv under termisk behandling av bio massa även vid låga temperaturer, som kan ses i temperatur beroende av processen steg hydrolys, uttorkning och Decarboxylation. Inom ramen för denna studie identifierades 170 ° c som den ideala temperaturen för att uppnå en relativ maximal energi förtätning, vilket är en maximal minskning av utsläppsprekursorer vid en relativt låg energi insats. Detta möjliggör tillämpning av MAHC och även HTC metoden för uppgradering av låg kvalitet hög utsläpp bio bränsle genom att minska utsläppsprekursorer. Sådan bio massa är riklig i städer och i landsbygds områden i form av löv, bark eller halm. Sådan bio massa kommer att behövas för råvaru försörjningen i ett scenario för hållbar energi produktion. En stor nackdel är att den föreslagna tekniken är dyrare än torrefaction, och det kräver bortskaffande av process vatten, som är en mineral och organisk förening rikt avfall som måste behandlas av antingen en bio gas anläggning eller ett avlopps renings verk44 . Därför är de senaste ansökningarna begränsade till laboratorie studier11,13. Köra MAHC processen vid alltför låga temperaturer kan äventyra dess energi själv-hållbarhet som det exotermala stadiet av bio massa omvandling kanske inte nås för alla biomasses. I ett sådant fall kommer tillämpningen av metoden att vara bunden till platser med ett överskott av termisk energi (t. ex. förbrännings motorer för rörlighets-eller trägas och elproducenter av fossila bränslen).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna har inget att avslöja.

Acknowledgments

Författarna vill tacka Christoph Warth, Michael Russ, Carola Lepski, Julian Tejada och Dr. Rainer Kirchhof för deras tekniska support. Studien finansierades av BMBF (projekt BiCoLim-bio-Förbränningstibles Limpios) under bidrags nummer 01DN16036.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
5MS non-polar cloumn Thermo Fisher Scientific,Waltham, USA TraceGOLD SQC GCMS
9µm polyvinylalcohol particle column Methrom AG, Filderstadt, Germany Metrosep A Supp 4 -250/4.0 Ion chromatography
argon Westfalen AG, Münster, Germany UN 1006 ICP-OES
calorimeter IKA-Werke GmbH & Co.KG, Stauffen, Germany C6000 higher and lower heating value
centrifuge Andreas Hettich GmbH & Co.KG, Germany Rotofix 32 A
centrifuge mill Retsch Technology GmbH, Haan,
Germany		 ZM 200
ceramic dishes Carl Roth GmbH&Co.KG, Karlsruhe, Germany XX83.1 Ash content
cutting mill Fritsch GmbH, Markt Einersheim, Germany pulverisette 19
D(+) Glucose Carl Roth GmbH&Co.KG, Karlsruhe, Germany X997.1 higher and lower heating value
elemental analyzer elementar Analysesysteme GmbH, Langenselbold, Germany varioMACRO cube elemental analysis
exicator DWK Life Sciences GmbH, Wertheim, Germany DURAN DN300 Ash content
GC-MS system Thermo Fisher Scientific,Waltham, USA Trace 1300 GCMS
hydrochloric acid Carl Roth GmbH&Co.KG, Karlsruhe, Germany HN53.3 ICP-OES
ICP OES Spectro Analytical Instruments GmbH, Kleve, Germany Spectro Blue-EOP- TI ICP-OES
Ion chromatograph Methrom GmbH&Co.KG, Filderstadt, Germany 833 Basic IC plus Ion chromatography
kiln dryer Schellinger KG, Weingarten, Germany
kiln dryer Schellinger KG, Weingarten, Germany Ash content
mesh filter paper Carl Roth GmbH&Co.KG, Karlsruhe, Germany L874.1 ICP-OES
microwave oven Anton Paar GmbH, Graz, Austria Multiwave Go
muffel furnance Carbolite Gero GmbH &Co.KG, Neuhausen, Germany AAF 1100 Ash content
nitric acid Carl Roth GmbH&Co.KG, Karlsruhe, Germany 4989.1 ICP-OES
oxygen Westfalen AG, Münster, Germany UN 1072 higher and lower heating value
pH-meter ylem Analytics Germany Sales GmbH & Co. KG, Weilheim,Germany pH 3310 pH
sample bag IKA-Werke GmbH & Co.KG, Stauffen, Germany C12a higher and lower heating value
Standard Laboratory Vessels and Instruments
standard samples Bernd Kraft GmbH, Duisburg, Germany ICP-OES
sulfonamite elementar Analysesysteme GmbH, Langenselbold, Germany SLBS4782 elemental analysis
teflon reaction vessels Anton Paar, Austria HVT50
teflon reaction vessels Anton Paar, Austria HVT50 ICP-OES
tin foil elementar Analysesysteme GmbH, Langenselbold, Germany S12.01-0032 elemental analysis
tungstenVIoxide elementar Analysesysteme GmbH, Langenselbold, Germany 11.02-0024 elemental analysis
twice deionized water Carl Roth GmbH&Co.KG, Karlsruhe, Germany
twice deionized water Carl Roth GmbH&Co.KG, Karlsruhe, Germany higher and lower heating value
twice deionized water Carl Roth GmbH&Co.KG, Karlsruhe, Germany ICP-OES

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Li, C., Zhao, Z. K., Cai, H., Wang, A., Zhang, T. Microwave-promoted conversion of concentrated fructose into 5-hydroxymethylfurfural in ionic liquids in the absence of catalysts. Biomass and Bioenergy. 35 (5), 2013-2017 (2011).
  2. Möller, M., Harnisch, F., Schröder, U. Microwave-assisted hydrothermal degradation of fructose and glucose in subcritical water. Biomass and Bioenergy. 39, 389-398 (2012).
  3. Guiotoku, M., Rambo, C. R., Hansel, F. A., Magalhães, W. L. E., Hotza, D. Microwave-assisted hydrothermal carbonization of lignocellulosic materials. Materials Letters. 63 (30), 2707-2709 (2009).
  4. Guiotoku, M., Rambo, C. R., hansel, F. A., Magalhães, W. L. E., Hotza, D. Microwave-assisted hydrothermal carbonization of lignocellulosic materials. Materials Letters. (63), 2707-2709 (2009).
  5. Kannan, S., Gariepy, Y., Raghavan, G. S. V. Optimization and characterization of hydrochar produced from microwave hydrothermal cabonization of fish waste. Waste Management. , 159-168 (2017).
  6. Elaigwu, S. E., Greenway, G. M. Microwave-assisted and conventional hydrothermal carbonization of lignocellulosic waste material: Comparison of the chemical and structural properties of the hydrochars. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 118, 1-8 (2016).
  7. Elaigwu, S. E., Greenway, G. M. Microwave-assisted hydrothermal carbonization of rapeseed husk: A strategy for improving its solid fuel properties. Fuel Processing Technology. 149, 305-312 (2016).
  8. Chen, W. -H., Ye, S. -C., Sheen, H. -K. Hydrothermal carbonization of sugarcane bagasse via wet torrefaction in association with microwave heating. Bioresource technology. 118, 195-203 (2012).
  9. Nizamuddin, S., et al. Upgradation of chemical, fuel, thermal, and structural properties of rice husk through microwave-assisted hydrothermal carbonization. Environmental science and pollution research international. 25 (18), 17529-17539 (2018).
  10. Nizamuddin, S., et al. An overview of microwave hydrothermal carbonization and microwave pyrolysis of biomass. Reviews in Environmental Science and Bio/Technology. 17 (4), 813-837 (2018).
  11. Dallinger, D., Kappe, C. O. Microwave-assisted synthesis in water as solvent. Chemical reviews. 107 (6), 2563-2591 (2007).
  12. Qi, X., Watanabe, M., Aida, T. M., Smith, J. R. L. Catalytic dehydration of fructose into 5-hydroxymethylfurfural by ion-exchange resin in mixed-aqueous system by microwave heating. Green Chemistry. 10 (7), 799 (2008).
  13. Nüchter, M., Ondruschka, B., Bonrath, W., Gum, A. Microwave assisted synthesis - a critical technology overview. Green Chem. 6 (3), 128-141 (2004).
  14. Schanche, J. -S. Microwave synthesis solutions from personal chemistry. Molecular Diversity. 7 (2-4), 291-298 (2003).
  15. Kappe, C. O. Controlled microwave heating in modern organic synthesis. Angewandte Chemie (International ed. in English). 43 (46), 6250-6284 (2004).
  16. Gronnow, M. J., White, R. J., Clark, J. H., Macquarrie, D. J. Energy Efficiency in Chemical Reactions: A Comparative Study of Different Reaction Techniques. Organic Process Research & Development. 9 (4), 516-518 (2005).
  17. Kruse, A., Dahmen, N. Hydrothermal biomass conversion: Quo vadis? The Journal of Supercritical Fluids. 134, 114-123 (2018).
  18. Reza, M. T., et al. Hydrothermal Carbonization of Biomass for Energy and Crop Production. Applied Bioenergy. 1 (1), (2014).
  19. Libra, J. A., et al. Hydrothermal carbonization of biomass residuals: a comparative review of the chemistry, processes and applications of wet and dry pyrolysis. Biofuels. 2 (1), 71-106 (2011).
  20. Reza, M. T., Uddin, M. H., Lynam, J. G., Hoekman, S. K., Coronella, C. J. Hydrothermal carbonization of loblolly pine: reaction chemistry and water balance. Biomass Conversion and Biorefinery. 4 (4), 311-321 (2014).
  21. Funke, A., Ziegler, F. Hydrothermal carbonization of biomass: A summary and discussion of chemical mechanisms for process engineering. Biofuels, Bioproducts and Biorefining. 4 (2), 160-177 (2010).
  22. Kruse, A., Funke, A., Titirici, M. -M. Hydrothermal conversion of biomass to fuels and energetic materials. Current opinion in chemical biology. 17 (3), 515-521 (2013).
  23. Reza, M. T., Lynam, J. G., Uddin, M. H., Coronella, C. J. Hydrothermal carbonization: Fate of inorganics. Biomass and Bioenergy. 49, 86-94 (2013).
  24. Zhang, D., et al. Comparison study on fuel properties of hydrochars produced from corn stalk and corn stalk digestate. Energy. 165, 527-536 (2018).
  25. Huang, Y. -B., Yang, Z., Dai, J. -J., Guo, Q. -X., Fu, Y. Production of high quality fuels from lignocellulose-derived chemicals: a convenient C-C bond formation of furfural, 5-methylfurfural and aromatic aldehyde. RSC Advances. 2 (30), 11211 (2012).
  26. Van de Vyver, S., Geboers, J., Jacobs, P. A., Sels, B. F. Recent Advances in the Catalytic Conversion of Cellulose. ChemCatChem. 3 (1), 82-94 (2011).
  27. Delidovich, I., Leonhard, K., Palkovits, R. Cellulose and hemicellulose valorisation: an integrated challenge of catalysis and reaction engineering. Energy & Environmental Science. 7 (9), 2803 (2014).
  28. Sevilla, M., Fuertes, A. B. The production of carbon materials by hydrothermal carbonization of cellulose. Carbon. 47 (9), 2281-2289 (2009).
  29. Yao, Z., Ma, X. Characteristics of co-hydrothermal carbonization on polyvinyl chloride wastes with bamboo. Bioresource technology. 247, 302-309 (2018).
  30. Funke, A., Ziegler, F. Hydrothermal carbonization of biomass: A summary and discussion of chemical mechanisms for process engineering. Biofuels, Bioproducts and Biorefining. (4), 160-177 (2010).
  31. Liu, Z., Balasubramanian, R. Upgrading of waste biomass by hydrothermal carbonization (HTC) and low temperature pyrolysis (LTP): A comparative evaluation. Applied Energy. 114, 857-864 (2014).
  32. Khalsa, J., Döhling, F., Berger, F. Foliage and Grass as Fuel Pellets-Small Scale Combustion of Washed and Mechanically Leached Biomass. Energies. 9 (5), 361 (2016).
  33. Saddawi, A., Jones, J. M., Williams, A., Le Coeur, C. Commodity Fuels from Biomass through Pretreatment and Torrefaction: Effects of Mineral Content on Torrefied Fuel Characteristics and Quality. Energy & Fuels. 26 (11), 6466-6474 (2012).
  34. Energie aus Biomasse: Grundlagen, Techniken und Verfahren. Kaltschmitt, M., Hartmann, H., Hofbauer, H. , Springer Vieweg. (2016).
  35. Fengel, D., Wegener, G. Wood: Chemistry, Ultrastructure, Reactions. , Walter de Gruyter. Berlin. (1989).
  36. Obernberger, I., Thek, G. Physical characterisation and chemical composition of densified biomass fuels with regard to their combustion behaviour. Biomass and Bioenergy. 27 (6), 653-669 (2004).
  37. Kenney, W. A., Sennerby-Forsse, L., Layton, P. A review of biomass quality research relevant to the use of poplar and willow for energy conversion. Biomass. 21 (3), 163-188 (1990).
  38. Tharakan, P. J., Volk, T. A., Abrahamson, L. P., White, E. H. Energy feedstock characteristics of willow and hybrid poplar clones at harvest age. Biomass and Bioenergy. 25 (6), 571-580 (2003).
  39. Liu, Z., Quek, A., Balasubramanian, R. Preparation and characterization of fuel pellets from woody biomass, agro-residues and their corresponding hydrochars. Applied Energy. , 1315-1322 (2014).
  40. Technischen Komitee ISO/TC 238. "Solid biofuels" und Technisches Komitee CEN/TC 335 "Biogene Festbrennstoffe" Solid biofuels - Determination of calorific value (ISO 18125:2017); German version EN ISO 18125:2017. , Beuth. Berlin. (2017).
  41. Kambo, H. S., Dutta, A. A comparative review of biochar and hydrochar in terms of production, physico-chemical properties and applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 45, 359-378 (2015).
  42. Knappe, V., et al. Low temperature microwave assisted hydrothermal carbonization (MAHC) reduces combustion emission precursors in short rotation coppice willow wood. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 134, 162-166 (2018).
  43. Liu, Z., Quek, A., Kent Hoekman, S., Balasubramanian, R. Production of solid biochar fuel from waste biomass by hydrothermal carbonization. Fuel. 103, 943-949 (2013).
  44. Hoekman, S. K., Broch, A., Robbins, C., Zielinska, B., Felix, L. Hydrothermal carbonization (HTC) of selected woody and herbaceous biomass feedstocks. Biomass Conversion and Biorefinery. 3 (2), 113-126 (2013).

Tags

Kemi hydrotermisk karbonisering (HTC) låg temperatur HTC bio bränsle uppgradering spår element reduktion uppvärmning värde ökning kort rotation skott skog
Minska Willow Wood bränsle emission av låg temperatur mikrovågsugn Assisted hydrotermisk karbonisering
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Knappe, V., Paczkowski, S., Robles,… More

Knappe, V., Paczkowski, S., Robles, L. A. D., Gonzales, A., Pelz, S. Reducing Willow Wood Fuel Emission by Low Temperature Microwave Assisted Hydrothermal Carbonization. J. Vis. Exp. (147), e58970, doi:10.3791/58970 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter