การแปลงเปลือกมะเขือเทศให้เป็นถ่านไฮโดร (Hydrochar) ด้วยกระบวนการไฮโดรเทอร์มอลคาร์บอนไนเซชัน (Hydrothermal Carbonization; HTC) โดยใช้แนวทางการออกแบบการทดลอง-วิธีผลตอบสนองต่อพื้นผิว (Design of Experiment - Response Surface Methodology; DoE-RSM) ในการศึกษาตัวแปรต่าง ๆ ได้แก่ อุณหภูมิ ระยะเวลา และอัตราส่วนชีวมวลต่อน้ำ รวมถึงผลที่มีต่อกันระหว่างตัวแปรต่าง ๆ ต่อเปอร์เซ็นต์ถ่านไฮโดรที่ได้และคุณลักษณะด้านความหนาแน่นเชิงพลังงาน (energy densification) หรือการเพิ่มค่าความร้อนสูง (higher heat value; HHV) ของถ่านไฮโดร รวมทั้งศึกษากระบวนการไฮโดรเทอร์มอลคาร์บอนไนเซชัน (HTC pathway) ที่ใช้เปลี่ยนชีวมมวล (เปลือกมะเขือเทศ) ให้เป็นเชื้อเพลิงแข็งจำพวกถ่านไฮโดร เปลือกมะเขือเทศเป็นวัสดุเหลือทิ้งจากอุตสาหกรรมแปรรูปมะเขือเทศ โดยในงานวิจัยนี้ใช้เปลือกมะเขือเทศจากโรงงานผลิตน้ำมะเขือเทศ ส่วน HTC เป็นเทคนิคแบบง่ายและต้นทุนต่ำที่ใช้ความร้อนชื้นภายใต้สภาวะที่กำหนดในการทำปฏิกิริยาวัสดุชีวมวลประเภทลิกโนเซลลูโลสจนได้ถ่านไฮโดร ผลจากงานวิจัยนี้พบว่า ระยะเวลาทำปฏิกิริยาและอุณหภูมิเป็นตัวแปรสำคัญที่ทำให้ได้ถ่านโดรมากขึ้นและช่วยเพิ่มค่าความหนาแน่นเชิงพลังงานของถ่านไฮโดร ขณะที่อัตราส่วนชีวมวลต่อน้ำเป็นตัวแปรที่สำคัญรองลงมาแต่เป็นพารามิเตอร์ชี้ขาดในสภาวะที่ตัวแปรระยะเวลาทำปฏิกิริยาและอุณหภูมิมีผลระหว่างกัน ปริมาณถ่านไฮโดรที่ได้จากการวิจัยนี้อยู่ระหว่าง 27.6% - 87.7% มีค่าความร้อนสูงอยู่ระหว่าง 23.6-34.6 เมกะจูลต่อกิโลกรัม (MJ kg^-1) การใช้วิธีทางสถิติประมวลผลข้อมูลจากการทดลอง พบว่า รูปแบบปฏิกิริยาในกระบวนการไฮโดรเทอร์มอลคาร์บอนไนเซชันเป็นปฏิกิริยาอันดับสองเทียม (pseudo-second order model) ซึ่งแนวทางนี้สามารถใช้คาดการณ์ลักษณะถ่านไฮโดรได้ สำหรับการวิเคราะห์ธาตุและการวิเคราะห์ด้วย FTIR ของถ่านไฮโดรเพื่อสำรวจการเกิดปฏิกิริยาในกระบวนการไฮโดรเทอร์มอลคาร์บอนไนเซชัน พบว่ามีปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นหลายปฏิกิริยาทั้งดีไฮเดรชัน (dehydration) ดีคาร์บอกซีเลชัน (decarboxylation) และโดยเฉพาะการแตกพอลิเมอร์ของลิกนิน (lignin depolymerization) ซึ่งทำให้เกิดอนุมูลมอนอเมอร์ (monomer radicals) สำหรับลักษณะพื้นผิวของถ่านไฮโดรนั้น ใช้การวิเคราะห์ด้วยเครื่องจุลทรรศน์อิเลคตรอนแบบส่องกราด (Scanning electron microscope; SEM)

Tag : ถ่านไฮโดร ไฮโดรเทอร์มอลคาร์บอนไนเซชัน เปลือกมะเขือเทศ วัสดุเหลือทิ้งจากอุตสาหกรรมอาหาร ชีวมวล มวลชีวภาพ ลิกโนเซลลูโลส

ที่มาภาพ : https://ars.els-cdn.com/content/image/1-s2.0-S0956053X15002883-gr1.sml 

ที่มาภาพ : https://ars.els-cdn.com/content/image/1-s2.0-S0956053X15002883-gr7.sml 

Waste Management  Vol. 47 Part A Year 2016 pp. 122-132    ISSN: 0956-053X  doi : 10.1016/j.wasman.2015.04.016

In this work, the influence of the variables temperature, residence time, and biomass/water ratio on the hydrothermal carbonization (HTC) of tomato peel was investigated. The implementation of a Design of Experiments – Response Surface Methodology approach allowed to identify the importance of each variable, as well as their interactions, in both the reactivity (solid yield) and energy densification (increase in higher heating value). The HTC residence time and specially temperature had a major effect on the process, increasing the solid yield and promoting energy densification. Ratio had a minor effect although under certain temperature and time conditions, it was a decisive parameter. Solid yields in the range 27.6% and 87.7% with corresponding high heating values 23.6–34.6 MJ kg−1 were obtained. From the statistical processing of the experimental data obtained pseudo-second order models were developed. It was proven that these approaches envisaged the hydrochar final characteristics successfully. From the elemental analysis and the FTIR spectra, it was possible to investigate the HTC pathway, which was defined as a combination of several processes; considering dehydration and decarboxylation reactions and especially lignin depolymerization reactions, which lead to the formation of monomeric radicals. Moreover, the surface morphology of selected hydrochars by Scanning Electron Microscopy (SEM) showed the original structure scaffold, with minor changes between hydrochars prepared under different conditions.