Mejora de las propiedades del combustible de la hierba de Napier mediante carbonización: una comparación de los tratamientos de carbonización vapotermal e hidrotérmica
Autores: Moloeznik Paniagua, Daniela; Libra, Judy A.; Rotter, Vera Susanne; Ro, Kyoung S.; Fischer, Marcus; Linden, Julia
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Mejora de las propiedades del combustible de la hierba de Napier mediante carbonización: una comparación de los tratamientos de carbonización vapotermal e hidrotérmica
Categoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas
Subcategoría
Agronomía y Ciencia de los Cultivos
Palabras clave
Hierba de Napier
Biocombustible
Carbonización vapotermal
Carbonización hidrotermal
Propiedades del combustible
Valor calorífico.
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 24
Citaciones: Sin citaciones
La hierba de Napier es una biomasa herbácea que se puede utilizar como biocombustible; sin embargo, su alto contenido de cenizas, potasio, azufre y cloro puede causar problemas al ser quemada. La hierba de Napier fue sometida a carbonización vapotermal (VTC) y carbonización hidrotérmica (HTC) a 190 y 220 grados Celsius para comparar su capacidad de mejorar sus propiedades como combustible. Se verificó la diferente distribución del agua entre las fases en los dos procesos: hasta un 14.5% del agua se vaporizó a vapor en el VTC a 220 grados Celsius, mientras que más del 99% del agua permaneció en estado líquido y en contacto con los sólidos durante todos los procesos de HTC. Ambos procesos mejoraron el poder calorífico de la hierba de Napier (hasta un 20.6% para VTC220 y hasta un 29.8% para HTC220) debido al mayor contenido de C en los carbones. Ambos procesos redujeron el contenido de azufre, eliminando hasta un 15.3% con VTC190 y un 28.5% con HTC190 en comparación con el de la hierba de Napier. En contraste, los dos procesos tuvieron diferentes efectos sobre el contenido de cenizas y cloro. Mientras que HTC eliminó tanto cenizas como Cl de la hierba de Napier, VTC lo concentró en los carbones (cenizas: 5.6% en peso de la hierba de Napier, 3.3% en peso de los carbones de HTC, 7.1% en peso de VTC; cloro: 1.08% en peso de la hierba de Napier, 0.19% en peso de los carbones de HTC, 1.24% en peso de VTC). Solo el proceso de HTC liberó altos porcentajes de Cl (hasta 80%), S (hasta 70%), sodio (Na, hasta 80%) y potasio (K, hasta 90%) en el agua del proceso. Esto puede prevenir problemas de ensuciamiento y formación de escorias al quemar el carbón de HTC. Las cualidades de biocombustible de la hierba de Napier cruda y los carbones de VTC y HTC se evaluaron utilizando dos normas: la norma internacional para biocombustibles sólidos, EN ISO 17225, y la regulación coreana para combustibles sólidos recuperados de biomasa (Bio-SRF). La hierba de Napier y los carbones de VTC presentaron problemas con respecto a los umbrales de contenido de Cl tanto para EN ISO 17225 como para Bio-SRF. Tanto los carbones de VTC como de HTC, junto con la hierba de Napier, cumplieron con los requisitos de metales pesados (Pb, Ni, Cr y Cd) excepto para el cobre. La elección del proceso en aplicaciones prácticas dependerá del objetivo; HTC mejora la calidad del combustible y VTC tiene rendimientos más altos de sólidos, carbono y energía.
Descripción
La hierba de Napier es una biomasa herbácea que se puede utilizar como biocombustible; sin embargo, su alto contenido de cenizas, potasio, azufre y cloro puede causar problemas al ser quemada. La hierba de Napier fue sometida a carbonización vapotermal (VTC) y carbonización hidrotérmica (HTC) a 190 y 220 grados Celsius para comparar su capacidad de mejorar sus propiedades como combustible. Se verificó la diferente distribución del agua entre las fases en los dos procesos: hasta un 14.5% del agua se vaporizó a vapor en el VTC a 220 grados Celsius, mientras que más del 99% del agua permaneció en estado líquido y en contacto con los sólidos durante todos los procesos de HTC. Ambos procesos mejoraron el poder calorífico de la hierba de Napier (hasta un 20.6% para VTC220 y hasta un 29.8% para HTC220) debido al mayor contenido de C en los carbones. Ambos procesos redujeron el contenido de azufre, eliminando hasta un 15.3% con VTC190 y un 28.5% con HTC190 en comparación con el de la hierba de Napier. En contraste, los dos procesos tuvieron diferentes efectos sobre el contenido de cenizas y cloro. Mientras que HTC eliminó tanto cenizas como Cl de la hierba de Napier, VTC lo concentró en los carbones (cenizas: 5.6% en peso de la hierba de Napier, 3.3% en peso de los carbones de HTC, 7.1% en peso de VTC; cloro: 1.08% en peso de la hierba de Napier, 0.19% en peso de los carbones de HTC, 1.24% en peso de VTC). Solo el proceso de HTC liberó altos porcentajes de Cl (hasta 80%), S (hasta 70%), sodio (Na, hasta 80%) y potasio (K, hasta 90%) en el agua del proceso. Esto puede prevenir problemas de ensuciamiento y formación de escorias al quemar el carbón de HTC. Las cualidades de biocombustible de la hierba de Napier cruda y los carbones de VTC y HTC se evaluaron utilizando dos normas: la norma internacional para biocombustibles sólidos, EN ISO 17225, y la regulación coreana para combustibles sólidos recuperados de biomasa (Bio-SRF). La hierba de Napier y los carbones de VTC presentaron problemas con respecto a los umbrales de contenido de Cl tanto para EN ISO 17225 como para Bio-SRF. Tanto los carbones de VTC como de HTC, junto con la hierba de Napier, cumplieron con los requisitos de metales pesados (Pb, Ni, Cr y Cd) excepto para el cobre. La elección del proceso en aplicaciones prácticas dependerá del objetivo; HTC mejora la calidad del combustible y VTC tiene rendimientos más altos de sólidos, carbono y energía.