Peletiranje
Peletiranje biomase proces je pretvaranja materijala biomase u kompaktne pelete. Ovi peleti predstavljaju vrstu krutog goriva nastalog kompresijom organskog materijala. Glavna svrha peletiranja jest povećati gustoću materijala i smanjiti njegov volumen. Biomasa, kao jedan od ključnih obnovljivih izvora energije, može se upotrijebiti kao gorivo procesom direktnog sagorijevanja.
Toplinska konverzija podrazumijeva zagrijavanje sirovine biomase kako bi se ona spalila, dehidrirala ili stabilizirala. Najčešće korištene sirovine za ovu vrstu konverzije uključuju čvrsti komunalni otpad te ostatke iz tvornica papira i drvne industrije. Energija se može proizvesti različitim metodama, poput izravnog sagorijevanja, su-sagorijevanja, pirolize, rasplinjavanja i anaerobne razgradnje. Peleti ne samo da sadrže veću energetsku vrijednost u usporedbi s neprerađenom biomasom, već su i praktičniji za manipulaciju te za uporabu u automatiziranim sustavima za doziranje. S obzirom na održive i ekološki prihvatljive karakteristike ovog goriva, ono postaje sve atraktivnija opcija. Uobičajeni peleti imaju cilindrični oblik s promjerom od 6 do 8 milimetara i duljinom ne većom od 38 milimetara.
Pojednostavljena shema procesa peletiranja (Preuređeno prema Sarker i sur., 2022)
Proces proizvodnje peleta iz biomase obuhvaća korake poput mljevenja, sušenja, peletiranja, hlađenja i pakiranja. Kvaliteta peleta ovisi o faktorima poput pritiska pri izradi, veličine čestica i sadržaja vlage u početnom materijalu.
Peletiranje otpadnog komunalnog mulja
Korištenje komunalnog mulja za proizvodnju peleta donosi mnoštvo prednosti. Najistaknutija prednost peleta nastalih iz mulja je njihova prilagodljivost sezonskim promjenama, osiguravajući konzistentnu kvalitetu i svojstva kroz cijelu godinu. Takvi peleti postaju ključna karika između procesa pročišćavanja otpadnih voda i ekološki održivog načina proizvodnje energije. Primjena ove energije pridonosi značajnim ekološkim dobrobitima. Osim toga, smanjuje se ovisnost o fosilnim gorivima što je esencijalno u borbi protiv klimatskih promjena (Mislej i Novosel, 2022).
Istraživanje koje su sproveli Siyal i suradnici (2021) fokusirano je na ko-peletizaciju komunalnog mulja, ostatka furfurala i kukuruznih stabljika s ciljem proizvodnje ekoloških peleta za gorivo. Glavni cilj bio je utvrditi optimalne uvjete za stvaranje kvalitetnih peleta iz biomase s nižom vrijednošću.
Na početku istraživanja ukazuje se na nedostatak informacija o stvarnoj i opuštenoj gustoći peleta s dodatkom mulja, što je ključno za projektiranje industrijskih skladišnih prostora i procjenu svojstava sagorijevanja peleta. Nakon toga, rad se posvećuje eksperimentalnim metodama i analizi, obuhvaćajući pripremu materijala, osnovne i kemijske analize, kao i mjerenje ukupne gustoće.
Proces peletizacije opisan je detaljno, uključujući korištenje peletirke s ravnom matricom te analizu kako parametri procesa, poput sadržaja vlage, veličine čestica i omjera mješavine, utječu na kvalitetu peleta.
Kvaliteta peleta analizirana je raznim tehnikama, poput mjerenja sadržaja vlage, mjerenja gustoće čestica, mjerenja opuštene i stvarne gustoće. Također, proučavani su učinci različitih omjera komunalnog mulja naspram kukuruznih stabljika na svojstva peleta kao što su gustoća, čvrstoća i tvrdoća.
U tablici 1. prikazane su karakteristike korištene biomase u istraživanju.
Tablica 1. Karakteristike biomase korištene u istraživanju
| Analiza | Vrsta biomase | ||
| Elementarna analiza | Otpadni komunalni mulj | Furfural | Stabljika kukuruza |
| C | 23,97 | 50,78 | 45,15 |
| H | 3,59 | 4,98 | 6,06 |
| N | 4,27 | 0,57 | 1,1 |
| S | 0,77 | 1,26 | 0,07 |
| O | 18,59 | 31,79 | 36,24 |
| Fizikalno kemijska analiza | |||
| Hlapive tvari | 35,57 | 59,32 | 69,85 |
| Fiksirani ugljik | 3,79 | 23,86 | 15,27 |
| Pepeo | 54,44 | 10,62 | 11,38 |
| Sadržaj vlage | 6,2 | 6,2 | 3,5 |
| Kemijska analiza (wt.%) | |||
| Proteini | 15,14 | / | / |
| Lignin | / | 29,81 | 8,22 |
| Celuloza | / | 34,89 | 33,43 |
| Hemiceluloza | / | 5,04 | 41,58 |
| Gornja ogrjevna vrijednost (MJ/kg) | 8,19 | 22,02 | 18,96 |
| Gustoća (kg/m3) | 735 | 530 | 154 |
Izvor: Siyal i sur. (2021)
Istraživanje je izvedeno s peletirkom koja ima ravnu maticu s otvorom promjera 6 mm. Početna sirovina je sušena na sobnoj temperaturi sve dok se vlaga nije stabilizirala. Tijekom procesa peletizacije eksperimentiralo se s različitim temperaturama (70, 100, 130 i 200°C), pritiscima (70, 100, 130 i 160 MPa), postocima vlage (5,5%, 8,5%, 13,5% i 18,5% isključivo za komunalni otpad) te različitim omjerima mulja (20%, 40%, 60% i 80%). U svakoj postavci napravljeno je najmanje 10 peleta.
Kvaliteta peleta analizirana je primjenom raznih analitičkih metoda. Sadržaj vlage u peletama određivan je metodom sušenja u pećnici. Gustoća čestica, opuštena gustoća i stvarna gustoća peleta mjereni su upotrebom gasnog piknometra, dok su čvrstoća i tvrdoća peleta utvrđeni korištenjem univerzalnog ispitnog stroja.
Rezultati istraživanja ukazuju na to da integracija komunalnog mulja u pelete od furfuralnih ostataka i kukuruznih stabljika doprinosi poboljšanju kvalitativnih parametara peleta, kao što su gustoća čestica, opuštena i stvarna gustoća te čvrstoća i tvrdoća. Nadalje, zaključeno je da omjer komunalnog mulja u odnosu na kukuruzne stabljike ima izražen utjecaj na gustoću, čvrstoću i tvrdoću peleta, s tendencijom smanjenja tih parametara pri većim omjerima mulja.
Zaključak
- Peleti proizvedeni od komunalnog mulja nude održivu alternativu fosilnim gorivima i mogu djelovati kao most između pročišćavanja otpadnih voda i ekološki prihvatljive proizvodnje energije.
- Peleti s većim udjelom komunalnog mulja imaju poboljšane karakteristike, uključujući veću gustoću i čvrstoću, što ih čini optimalnima za proizvodnju energije.
- Korištenje peleta iz komunalnog mulja može pomoći u smanjenju korištenja fosilnih gorivia, pridonoseći očuvanju okoliša i smanjenju negativnih posljedica uzrokovanih ubrzanim klimatskim promjenama.
- Kombinacija komunalnog mulja s ostacima furfurala i kukuruznih stabljika rezultira peletima koji se mogu koristiti u različitim uvjetima, prilagođavajući se sezonskim promjenama.
Literatura
Siyal, A. A., Liu, Y., Mao, X., Siyal, Z. A., Ran, C., Ao, W., Fu, J., Zhou, C., Wang, L., Li, X., Liu, G., & Dai, J. (2021). Co-pelletization of sewage sludge, furfural residue and corn stalk: Characteristics and quality analysis of pellets. Biomass and Bioenergy, 150(January), 106121. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2021.106121
Mislej, V., & Novosel, B. (2022). Specification and Classification of Pelletised Dried Sewage Sludge: Identifying Its Key Properties as a Renewable Material for Enabling Environmentally Non-Harmful Energy Utilisation. Sustainability (Switzerland), 14(22). https://doi.org/10.3390/su142214836
Sarker, T. R., Nanda, S., Meda, V., & Dalai, A. K. (2022). Densification of waste biomass for manufacturing solid biofuel pellets : a review. In Environmental Chemistry Letters (Issue November). Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/s10311-022-01510-0
