فناوری جدید پلاسما تفاله قهوه خیس را در ۹۰ ثانیه به سوخت تبدیل میکند
پژوهشگران کرهجنوبی موفق به توسعه فناوری نوینی مبتنی بر پلاسما شدهاند که میتواند تفالههای مرطوب قهوه را تنها در ۹۰ ثانیه به بیوچار (زغال زیستی) با ارزش حرارتی بالا تبدیل کند. این دستاورد میتواند یکی از چالشهای اصلی بازیافت پسماندهای زیستی یعنی نیاز به خشککردن مواد مرطوب پیش از فرآوری را برطرف کرده و راهی تازه برای تولید سوختهای تجدیدپذیر از ضایعات آلی ارائه دهد.
به گزارش ساینس دیلی، محققان موسسه علوم زمین و منابع معدنی کره (KIGAM) این فناوری را با استفاده از سامانهای موسوم به پیرولیز پلاسمایی شعلهای (Flame Plasma Pyrolysis) توسعه دادهاند. این سامانه قادر است تفالههای قهوه با رطوبت بالا را بدون نیاز به هیچگونه مرحله خشکسازی اولیه به بیوچار غنی از کربن تبدیل کند. نتایج نشان میدهد محصول نهایی از نظر ارزش انرژی با زغالسنگ آنتراسیت یکی از مرغوبترین انواع زغالسنگ، قابل مقایسه است.
تبدیل رطوبت از مانع به مزیت
رطوبت بالا همواره یکی از موانع اصلی در بازیابی انرژی از پسماندهای آلی بوده است، زیرا اغلب فناوریهای تبدیل زیستتوده نیازمند صرف انرژی و هزینه برای خشککردن مواد اولیه هستند، اما در فناوری جدید همین رطوبت به عاملی کمککننده در فرآیند تبدیل تبدیل شده است.
سامانه طراحیشده توسط محققان از شعلههای پلاسما استفاده میکند که از احتراق گاز مایع (LPG) و هوای فشرده تولید میشوند. دمای این شعلهها به حدود ۸۰۰ تا ۹۰۰ درجه سانتیگراد (معادل ۱۴۷۰ تا ۱۶۵۰ درجه فارنهایت) میرسد و امکان فرآوری مستقیم زیستتودههای مرطوب را فراهم میکند.
در این فرآیند آب محبوس در ذرات تفاله قهوه به سرعت به بخار تبدیل میشود. افزایش ناگهانی فشار بخار درون ذرات باعث وقوع انفجارهای میکروسکوپی میشود؛ پدیدهای که پژوهشگران آن را اثر پاپکورن نامیدهاند. این انفجارهای ریز ساختار زیستتوده را متلاشی کرده تخلخل آن را افزایش میدهند و فرآیند کربنیزهشدن را تسریع میکنند. در شرایط بهینه کل فرآیند تبدیل تنها ۹۰ ثانیه زمان برد.
تولید سوختی همتراز با زغالسنگ مرغوب
آزمایشها نشان داد بیوچار تولیدشده دارای ارزش حرارتی ۲۹ مگاژول بر کیلوگرم است رقمی که حدود ۳۳ درصد بیشتر از تفاله خام قهوه بوده و عملکردی مشابه زغالسنگ آنتراسیت دارد.
همچنین میزان کربن ثابت موجود در ماده نهایی تقریباً سه برابر شد و از ۱۵.۶ درصد به ۴۶.۲ درصد رسید. از سوی دیگر فرآیند پلاسما موفق شد ترکیبات گوگردی را به طور کامل حذف کند؛ موضوعی که میتواند از انتشار گاز آلاینده دیاکسید گوگرد در هنگام احتراق جلوگیری کند و به کاهش آثار زیستمحیطی استفاده از این سوخت کمک کند.
کاربردهای فراتر از تولید انرژی
پژوهشگران علاوه بر بهبود ارزش سوختی تغییرات مهمی را در ساختار فیزیکی بیوچار مشاهده کردند. سطح ویژه ماده به شکل قابل توجهی افزایش یافت و محصولی بسیار متخلخل تولید شد.
این ویژگیها باعث میشود بیوچار حاصل تنها بهعنوان سوخت کاربرد نداشته باشد بلکه بتوان از آن در تولید کربن فعال سامانههای تصفیه و فیلتراسیون، جذب آلایندهها و سایر کاربردهای صنعتی مرتبط با مواد کربنی استفاده کرد. همچنین این فناوری در مقایسه با روشهای متداول تبدیل زیستتوده، دود و قیر (Tar) بسیار کمتری تولید میکند.
سرعت بالا و مصرف انرژی کمتر
یکی از مهمترین مزایای این فناوری، سرعت بالای آن است. برای مقایسه فناوری کربونیزاسیون هیدروترمال معمولا بین یک تا شش ساعت برای فرآوری زیستتوده زمان نیاز دارد و فرآیند تورفکشن نیز اغلب بیش از ۳۰ دقیقه طول میکشد. در مقابل فناوری پیرولیز پلاسمایی شعلهای کل فرآیند را در کمتر از دو دقیقه انجام میدهد.
به گفته محققان این سامانه از پلاسما تولیدشده توسط احتراق استفاده میکند و برخلاف بسیاری از سامانههای پلاسمایی متداول نیاز چندانی به مصرف برق ندارد؛ موضوعی که میتواند هزینههای عملیاتی را کاهش دهد.
اگرچه این پژوهش بر روی تفالههای مصرفشده قهوه متمرکز بوده است، اما تیم تحقیقاتی معتقد است این فناوری قابلیت استفاده برای طیف گستردهای از پسماندهای مرطوب از جمله ضایعات غذایی، لجن فاضلاب و بقایای کشاورزی را نیز دارد.
تهجون پارک، سرپرست این پژوهش اعلام کرد این فناوری میتواند نگاه صنایع به پسماندهای آلی را تغییر دهد. به گفته وی به جای آنکه این مواد صرفا بهعنوان یک مشکل دفع زباله در نظر گرفته شوند میتوان از آنها بهعنوان منبعی برای تولید انرژی و مواد کربنی ارزشمند بهره برد.
پژوهشگران در گام بعدی قصد دارند این فناوری را برای انواع دیگر پسماندهای آلی آزمایش کرده و شرایط آن را برای استفاده در مقیاس صنعتی بهینهسازی کنند. نتایج این مطالعه در نشریه علمی Chemical Engineering Journal منتشر شده است.
انتهای پیام/
