viii TÓM TẮT ĐỒ ÁN NGHIÊN CỨU QUI TRÌNH THÍ NGHIỆM TẠO BIOCHAR TỪ BÃ MÍA Đề tài nghiên cứu được thực hiện nhằm mục đích tạo ra sản phẩm tái chế từ nguồn nguyên liệu xanh, dồi dào và đầy
Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
Bã mía (Sugarcane Bagasse) là phần còn lại của cây mía sau khi chiết xuất nước hoặc sản xuất đường, với diện tích trồng mía tại Việt Nam năm 2023 - 2024 đạt gần 160 ha và sản lượng chế biến gần 11 triệu tấn/năm Lượng bã mía này trở thành nguồn nguyên liệu phế thải sạch, chủ yếu được sử dụng để sản xuất điện cho các lò hơi đồng phát trong ngành sản xuất đường Tuy nhiên, phần lớn bã mía từ tiêu thụ mía đường thường bị vứt bỏ và chôn lấp tại các bãi rác ở các nước kém phát triển Bã mía cũng giống như các loại sinh khối khác, giàu carbon, giá thành rẻ và dồi dào, rất thích hợp cho việc sản xuất than sinh học.
Bã mía đã thu hút sự quan tâm lớn từ các nhà nghiên cứu trong và ngoài nước nhờ vào số lượng phong phú và thành phần hóa học đa dạng của nó Với các thành phần chính như Cellulose, Hemicellulose và lignin, cùng nhiều hợp chất hữu cơ khác, bã mía trở thành nguồn nguyên liệu lý tưởng cho nhiều ứng dụng sản xuất khác nhau Sự phát triển này đã mở rộng việc ứng dụng bã mía trong những năm gần đây.
Tại Việt Nam, bã mía đã trở thành nguồn tài nguyên quý giá trong nghiên cứu khoa học Các viện nghiên cứu và sinh viên đại học đang tích cực khai thác bã mía để phục vụ cho các thí nghiệm và phát triển sản phẩm ứng dụng Những bước tiến này không chỉ nâng cao giá trị của bã mía mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững trong ngành nghiên cứu.
Than sinh học là sản phẩm rắn chứa carbon và khoáng chất, được hình thành từ quá trình chuyển đổi nhiệt hóa sinh khối Nó có nhiều ứng dụng thực tiễn, đặc biệt trong lĩnh vực môi trường, như giảm khí thải nhà kính và hạ nồng độ carbon dioxide trong khí quyển Ngoài ra, than sinh học còn được sử dụng làm vật liệu thay thế một phần xi măng trong xây dựng và chất hấp phụ để loại bỏ các chất ô nhiễm môi trường.
TSH được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước, đặc biệt là trong việc loại bỏ mangan từ nguồn nước tại các khu vực khai thác mỏ.
Trang 2 nước [8] Bên cạnh đó, TSH cũng hổ trợ trong vấn đề cải tạo đất trồng [9], điều chỉnh độ pH của đất [10], …
Nhiều nghiên cứu tại Việt Nam đã chỉ ra rằng bã mía có thể được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, bao gồm xử lý môi trường, sản xuất vật liệu và cải tạo đất trồng.
Sản xuất TSH từ bã mía và các chất phụ gia nhằm đánh giá khả năng hấp phụ nước cùng tính chất hóa học của TSH, phục vụ cho các công trình lọc nước, xử lý phế phẩm nông nghiệp và bảo vệ môi trường nước tại Việt Nam.
Sản xuất vật liệu xây dựng từ tro bã mía không chỉ có khả năng thay thế một phần xi măng mà còn nâng cao các tính chất vật lý của bê tông.
Phân bón hữu cơ từ bã mía không chỉ cải thiện dinh dưỡng photpho (P) mà còn giảm độc chất nhôm (Al) trong đất phèn, góp phần nâng cao năng suất cây trồng Việc áp dụng phân bón hữu cơ còn giúp giảm lượng phân hóa học cần thiết, từ đó hạn chế tác động xấu đến môi trường.
Nghiên cứu về bã mía đang thu hút sự chú ý và đầu tư mạnh mẽ từ nhiều quốc gia, đặc biệt là những nơi có ngành công nghiệp mía đường phát triển như Brazil, Thái Lan và Ấn Độ Những quốc gia này đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể trong việc ứng dụng bã mía vào các lĩnh vực khác nhau.
Năng lượng tái tạo từ bã mía là lựa chọn tối ưu cho sản xuất khí sinh học và năng lượng sinh học Quy trình công nghệ sinh học giúp chuyển đổi bã mía thành nguồn năng lượng tái tạo và các sản phẩm hữu ích khác.
Xử lý nước thải từ các nhà máy chế biến mía đường là cần thiết để loại bỏ các hợp chất hữu cơ và kim loại nặng, từ đó cải thiện chất lượng nước thải trước khi thải ra môi trường.
Sử dụng bã mía làm phân bón hữu cơ không chỉ cải thiện cấu trúc đất mà còn nâng cao chất lượng cây trồng, là một giải pháp thay thế hiệu quả cho phân hóa học.
Tính cấp thiết của đề tài
Nước mía là một thức uống giải khát phổ biến tại Việt Nam, đặc biệt trong mùa hè oi ả, nhờ vào giá thành hợp lý Đặc biệt, nước mía thường xuất hiện nhiều ở các thành phố lớn với dân cư đông đúc Bên cạnh đó, mía cũng đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp mía đường.
Trang 3 mang lại lợi nhuận khổng lồ, trong năm 2022 - 2023 đạt được 69,3 tấn/ha [17] Đa số SCBs được thải ra từ nhà máy mía đường được sử dụng cho việc đốt cháy lò nung, việc này làm ô nhiễm môi trường và không khí rất nặng nề
Trong những năm gần đây, ô nhiễm không khí ở Việt Nam đã trở thành vấn đề nghiêm trọng, đặc biệt tại các vùng ven thành phố, nơi thường xuyên xảy ra tình trạng đốt cháy nguyên vật liệu phế thải giá trị thấp SCB hiện đang được sử dụng như một nguồn nguyên liệu đốt giá trị thấp cho các nhà máy, thay thế cho các nguồn vật liệu đắt tiền khác Tuy nhiên, giá trị tiềm năng của SCB ngày càng được nhận diện, với khả năng sử dụng trong việc bón phân, cải tạo đất, làm vật liệu đốt nông nghiệp và xử lý nước thải sau khi chế biến thành than sinh học.
SCB là nguồn nguyên liệu sạch, dồi dào và thân thiện với môi trường, được chế tạo thành than sinh học qua quá trình nung nhiệt phân chậm, tạo ra loại than giàu carbon Tại Việt Nam, mặc dù có nhiều loại than sinh học, nhưng chưa có sản phẩm nào được sản xuất từ SCB Than sinh học từ SCB có các đặc điểm nổi bật như độ bóc cháy cao, ít khói, nhiệt trị cao và mùi thơm nhẹ của mía Nhóm tác giả chọn nghiên cứu này nhằm cung cấp cho ngành dịch vụ ăn uống một loại than tái chế, ít khói và không gây ô nhiễm, đồng thời giữ được hương vị món ăn Đề tài không chỉ có tính thực tiễn mà còn góp phần xử lý chất thải, bảo vệ môi trường và phát triển năng lượng bền vững, mang lại lợi ích cho cả môi trường và kinh tế, đồng thời mở ra cơ hội cho các ứng dụng mới trong tương lai.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ hiện đại không chỉ giúp con người tiết kiệm sức lao động và nâng cao hiệu quả công việc, mà còn gây ra những tác động lớn đến môi trường.
Vì vậy, đề tài này của nhóm tác giả nhằm mục đích tái chế nguồn nguyên liệu xanh,
Trang 4 sạch ít được khai thác và chưa rõ tiềm năng to lớn mà SCB mang lại đến thực tiễn đời sống của mỗi người
Sản phẩm từ đề tài này hướng tới việc phát triển sản phẩm xanh, sạch và tiết kiệm chi phí, nhằm nâng cao giá trị cây mía trong đời sống Đề tài không chỉ đóng góp quy trình sản xuất và tối ưu hóa TSH từ bã mía mà còn cung cấp kiến thức cho cộng đồng khoa học, đáp ứng các thách thức về môi trường và tài nguyên trong thế giới hiện đại Nghiên cứu này cung cấp cơ sở lý luận và định lượng các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo TSH như nhiệt độ, thời gian nung, thời gian làm nguội và tỷ lệ bã mía.
Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu chế tạo than sinh học từ SCB:
- Tạo ra một loại sản phẩm than sinh học phục vụ dịch vụ ăn uống như than nướng
- Đánh giá khả năng than sinh học làm từ SCB ứng dụng vào thực tiễn
- Khảo sát những ứng dụng khác của than sinh học từ SCB trong đời sống
- Làm tiền đề cho các bạn sinh viên và những người cần quan tâm về những vấn đề liên quan đến đề tài.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Phương pháp nhiệt phân chậm,
- Than sinh học từ bã mía
1.5.2 Phạm vi nghiên cứu Đề tài nghiên cứu được tiến hành dựa trên các bài cáo khoa học về lĩnh vực liên quan Đề tài sẽ tập trung nghiên cứu qui trình tạo than sinh học từ SCB mang lại kết quả tốt nhất và những ứng dụng cho đời sống Ngoài ra trong khuôn khổ là một đề tài được tiến hành trong phạm vi phòng thí nghiệm trường học nên cũng có các phương pháp được tiến hành thay thế so với các phương pháp nghiên cứu thông thường.
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết bao gồm việc thu thập thông tin và tài liệu nghiên cứu từ cả trong nước và quốc tế liên quan đến quy trình nhiệt phân sinh khối thành TSH.
- Tìm hiểu những ứng dụng thực tiễn của TSH để đưa ra qui trình nhiệt phân phù hợp cho từng ứng dụng cụ thể
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện bằng cách đưa SCB vào hộp thí nghiệm và nung ở nhiệt độ từ 450 đến 500 độ C thông qua quá trình nhiệt phân chậm, với thời gian nung khác nhau.
- Kiểm nghiệm TSH theo các tiêu chuẩn được thực hiện ở phòng thí nghiệm và trung tâm kiểm nghiệm.
Kết cấu của ĐATN
Thuyết minh được chia thành 5 phần chính:
- Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
- Chương 4 KẾT QUẢ - THẢO LUẬN
- Chương 5 ĐÁNH GIÁ – HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Giới thiệu chung về cây mía
Cây mía (Saccharum officinarum) đã xuất hiện từ rất lâu, trước khi châu Á và châu Úc tách rời Nhiều nghiên cứu cho rằng New Guinea là nơi khởi nguồn của cây mía, từ đó nó được phát triển và lan rộng ra toàn cầu Cây mía thuộc họ Hòa thảo (Poaceae) và chủ yếu được trồng để lấy nước mía, phục vụ cho việc sản xuất đường và các sản phẩm liên quan.
Công nghệ chế biến mía đường, phát triển mạnh mẽ từ Ấn Độ, đã lan rộng ra nhiều khu vực như Trung Quốc, Ả Rập, Châu Phi, Châu Âu, Châu Mỹ và Úc nhờ khả năng thích nghi với nhiều loại khí hậu Hiện nay, mía được trồng chủ yếu ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới, với sản lượng hàng năm đạt 160 triệu tấn, chiếm 60-70% tổng sản lượng đường toàn cầu.
Ngành mía đường đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế Việt Nam, thúc đẩy sự phát triển kinh tế nông thôn và tạo ra hàng triệu việc làm Với khí hậu nhiệt đới gió mùa, đất đai màu mỡ và nguồn nước dồi dào, Việt Nam sở hữu điều kiện tự nhiên lý tưởng để phát triển trồng mía.
Sự phát triển của ngành mía đường ở Việt Nam:
Diện tích và sản lượng: Diện tích trồng mía tại Việt Nam dao động khoảng
250.000 đến 300.000 ha, tập trung chủ yếu ở các tỉnh như Tây Ninh, Đồng Nai, Long
An, và các tỉnh miền Trung như Quảng Ngãi, Bình Định
Sản lượng đường: Hằng năm, ngành mía đường Việt Nam sản xuất từ 1,2 đến 1,5 triệu tấn đường, phục vụ nhu cầu trong nước và xuất khẩu
Ngành mía đường Việt Nam đang phải đối mặt với nhiều thách thức lớn, bao gồm giá mía thấp, chi phí sản xuất cao, sự cạnh tranh khốc liệt từ đường nhập khẩu và tác động của biến đổi khí hậu.
Chính phủ và doanh nghiệp đang tập trung vào việc cải tiến công nghệ sản xuất, nâng cao năng suất mía và chất lượng đường, đồng thời khám phá các thị trường xuất khẩu mới nhằm mở rộng quy mô và gia tăng giá trị cho ngành mía đường.
Ngành mía đường tại Việt Nam giữ vị trí then chốt trong việc thúc đẩy kinh tế và đảm bảo ổn định xã hội ở các khu vực nông thôn Để phát triển bền vững trong tương lai, cần có sự hỗ trợ và đầu tư hợp lý cho ngành này.
Hình 2.1 Hình ảnh về cây mía [14]
Thành phần hóa học của cây mía
Đặc điểm của cây mía:
- Thân cây: Mía có thân thẳng, cao từ 2 đến 6 mét, đường kính thân khoảng 2 đến 5 cm Thân cây chia thành nhiều đốt, bên trong chứa nhiều nước mía ngọt
- Lá cây: Lá mía dài, hẹp và có mép lá sắc nhọn
Rễ cây mía phát triển mạnh mẽ, giúp cây hấp thụ nước và dinh dưỡng hiệu quả từ đất Thân cây chứa nhiều thành phần hóa học quan trọng, bao gồm sacaroza từ 1-10%, chất béo 0,5%, tro 0,5% và protein 0,22%.
Vỏ cây mía có chứa rất nhiều chất béo trong đó bao gồm axit oleic, axit linolic, axit panmatic, axit stearic và axit capronic
Chất sáp chiếm 35% gồm axit xerotinic và rượu myrixylic
Nước mía có màu nâu khi để lâu do sự tác động của men lacaza, polyphenol và men tyrosinaza trên tyrosin, cùng với ảnh hưởng của các axit hữu cơ và các men trên chất sắt của máy ép Thành phần của nước mía bao gồm 20% sacaroza, glucoza, axit xitric, axit malic, axit tactric, axit aconitic, rượu myrixylic, galactoxylan và K O 2.
Mía là nguyên liệu chính và sạch cho ngành sản xuất đường, với sucrose chiếm hơn 60% tổng sản lượng đường thô Loại cây này không chỉ giàu protein, canxi, khoáng chất và sắt mà còn cung cấp nhiều chất dinh dưỡng khác Đặc biệt, mía giúp giải nhiệt, giảm cơn khát, giảm mệt mỏi, hỗ trợ tiêu hóa và cung cấp năng lượng cho cơ thể.
Mía là cây trồng có nhiều ưu điểm:
Mía là cây trồng đa năng, sản phẩm chính là đường, nhưng còn cung cấp nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp như giấy, ván ép, và dược phẩm Ngoài ra, mía còn được sử dụng làm thức ăn cho gia súc, phân bón từ lá, và mật đường, là nguyên liệu cho sản xuất nhiên liệu sinh học, cồn, dung môi axeton và butanol Tối ưu hóa giá trị của cây mía có thể nâng cao lợi ích kinh tế gấp ba lần.
4 lần sản phẩm chính là đường mang lại nhiều giá trị về kinh tế
Về khía cạnh sinh học:
Mía có tiềm năng sinh khối lớn, với một hecta diện tích có thể sản xuất hàng trăm tấn mía cây Ngoài ra, mía cũng cung cấp một nguồn nguyên liệu phong phú từ lá xanh, gốc và rễ, tạo ra giá trị gia tăng cho nông nghiệp.
Mía có khả năng tái sinh mạnh mẽ, cho phép thu hoạch nhiều vụ từ một lần trồng Sau mỗi vụ, ruộng mía được chăm sóc và xử lý để mầm gốc tiếp tục phát triển Đặc biệt, năng suất của cây mía ở vụ gốc đầu thường cao hơn so với vụ mía tơ.
Cây mía sở hữu khả năng thích nghi cao, cho phép sinh trưởng trong nhiều vùng có hệ sinh thái đa dạng, từ khí hậu khô hạn đến đất đai ngập úng Đặc biệt, cây mía có khả năng chống chịu tốt trước các điều kiện môi trường khắc nghiệt.
Bã mía, chiếm 25-30% tổng trọng lượng mía sau khi ép, chứa khoảng 49% nước và 48% chất xơ, trong đó cellulose chiếm 45-55% Ngoài ra, bã mía còn có 2,5% chất hòa tan, chủ yếu là đường.
2.2.2 Một số ứng dụng của bã mía
Bã mía, phần xơ còn lại sau khi ép nước mía hoặc sản xuất đường, được coi là nguồn nguyên liệu sạch và dồi dào Nó có tiềm năng thay thế cho nhiều sản phẩm khác nhau trong ngành công nghiệp.
- Làm phân bón cho cây trồng, phân hữu cơ thay cho phân bón thông thường
- Nguồn nguyên liệu đốt: Bã mía làm nguồn nguyên liệu đốt cho các nhà máy điện, lò hơi công nghiệp
- Trong chăn nuôi: Làm lớp lót chuồng gia súc vào mùa đông và dùng để làm
Trang 9 thức ăn chăn nuôi trâu, bò, dê…
Khi nguồn gỗ để sản xuất bột giấy ngày càng cạn kiệt và rừng bị tàn phá nghiêm trọng, bã mía nổi lên như một nguyên liệu tái chế sạch, có tiềm năng cao để thay thế gỗ trong ngành sản xuất bột giấy.
Bã cây mía, với hàm lượng cellulose cao, không chỉ được sử dụng làm nhiên liệu đốt mà còn là nguyên liệu thay thế gỗ hiệu quả để sản xuất ván ép Việc ứng dụng bã mía trong ngành công nghiệp ván ép không chỉ giúp giảm thiểu việc khai thác gỗ tự nhiên mà còn góp phần bảo vệ môi trường.
Hộp làm từ bã mía đang trở thành sản phẩm phổ biến tại các cơ sở kinh doanh ăn uống, cửa hàng tiện lợi, nhà hàng và trung tâm mua sắm Sản phẩm này được phát triển nhằm thay thế các sản phẩm nhựa, đồng thời là lựa chọn hữu cơ có khả năng phân hủy, góp phần bảo vệ môi trường.
Than sinh học (TSH)
Than sinh học (Biochar) là vật liệu tương tự than củi, được sản xuất từ nhiều loại sinh khối khác nhau như tàn dư lâm sản và phụ phẩm nông nghiệp.
TSH được sản xuất từ quá trình nhiệt phân sinh khối, diễn ra ở nhiệt độ từ 450°C đến 550°C trong môi trường yếm khí, dẫn đến việc tạo ra sản phẩm có hàm lượng carbon cao.
Trong quá trình nung, sinh khối sản sinh khí tổng hợp dễ cháy như hydro và carbon monoxide, giúp duy trì nhiệt độ cần thiết và giảm thiểu diện tích bề mặt sản phẩm TSH, với diện tích bề mặt lớn và khả năng trao đổi cation cao, có khả năng lưu giữ các chất dinh dưỡng thiết yếu cho cây trồng như N+, K+, và Ca+ Đặc tính xốp của TSH cho phép nó giữ ẩm và không khí, cung cấp chất dinh dưỡng cho vi sinh vật trong đất.
2.3.2 Đặc tính và thành phần hóa học của than sinh học
TSH có cấu trúc mạng lưới rỗng, có các lỗ và kênh
Carbon (C) là thành phần chính của TSH, chiếm từ 50% đến 90% trọng lượng Carbon trong TSH khó bị phân hủy bởi vi sinh vật, giúp lưu trữ carbon hữu cơ lâu hơn trong đất Ngoài ra, carbon trong than sinh học tồn tại ở dạng cấu trúc vô định hình và graphitic, tăng cường tính ổn định và khả năng hấp thụ.
- Hydro (H): Hydro chiếm từ 1% đến 5% trọng lượng của than sinh học Tỷ lệ này phụ thuộc vào nguyên liệu ban đầu và quá trình nhiệt phân
- Oxy (O): Oxy chiếm từ 1% đến 30% trọng lượng của than sinh học, dưới dạng các hợp chất như cacbonat, oxit, và các nhóm chức hữu cơ khác
- Nito (N): Nito trong TSH cung cấp các chất dinh dưỡng cho cây trồng nhờ sự phân giải vi khuẩn ở trong đất
- Phốt pho (P): TSH chứa một lượng nhỏ P đó là nguồn dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng
- Kali (K): Chứa một lượng rất nhỏ
- Mangan (Mn), sắt (Fe) và một số khoáng chất khác Đặc tính của TSH:
- Khả năng hấp thụ khí: Giúp giảm khí thải nhà kính
- Khả năng giữ nước: Giúp giữ nước ở trong đất, giúp cải thiện độ ẩm của đất và giảm nhu cầu tưới nước
- Tính ổn định: Than sinh học có tính ổn định cao, khó bị phân hủy, giúp cố định carbon trong đất và giảm phát thải CO2
- pH: TSH có độ pH từ trung tính đến kiềm
- Cấu trúc bề mặt (BET): TSH thường có kết cấu bề mặt lớn, liên kết các chất hữu cơ và vi khuẩn với nhau tốt hơn
Các hợp chất hữu cơ và vô cơ trong than sinh học
Than sinh học chứa các hợp chất hữu cơ phức tạp như lignin, cellulose và hemicellulose, những thành phần này đóng vai trò quan trọng trong cấu trúc và tính chất của than sinh học.
Hợp chất vô cơ trong than sinh học bao gồm cacbonat, oxit kim loại và muối khoáng, đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường tính kiềm và cung cấp dinh dưỡng cho đất.
Than sinh học có rất nhiều ứng dụng đa dạng trong các lĩnh vực khác nhau Dưới đây là các ứng dụng chi tiết hơn của than sinh học:
- Cải thiện chất lượng đất: Than sinh học giúp tăng cường độ phì nhiêu của đất
Trang 11 bằng cách cải thiện khả năng giữ nước và chất dinh dưỡng, cũng như tăng độ tơi xốp của đất
Than sinh học giúp giữ lại các chất dinh dưỡng trong đất, giảm thiểu sự rửa trôi của chúng trong quá trình tưới nước hoặc khi gặp mưa.
Than sinh học tạo ra môi trường lý tưởng cho vi sinh vật có lợi, từ đó nâng cao sức khỏe của đất và cây trồng.
Than sinh học có khả năng hấp thụ hiệu quả các kim loại nặng, thuốc trừ sâu và các chất hữu cơ gây ô nhiễm trong môi trường đất và nước.
- Quản lý chất thải: Than sinh học có thể được sử dụng trong các bãi chôn lấp chất thải để hấp thụ khí thải và giảm mùi hôi
- Giảm phát thải khí nhà kính: Bằng cách cố định carbon trong đất, than sinh học giúp giảm lượng CO2 phát thải vào khí quyển
Than sinh học là một vật liệu hiệu quả trong việc lọc nước, giúp loại bỏ các chất ô nhiễm như kim loại nặng, chất hữu cơ và vi sinh vật, từ đó cải thiện chất lượng nước.
Than sinh học là một giải pháp hiệu quả trong xử lý nước thải, giúp hấp thụ các chất ô nhiễm và nâng cao chất lượng nước.
Than sinh học có thể được chế biến thành than hoạt tính, một nguyên liệu quan trọng được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp lọc nước, lọc không khí và nhiều ứng dụng khác.
Năng lượng tái tạo từ khí syngas và dầu sinh học, những sản phẩm phụ của quá trình sản xuất than sinh học, mang lại tiềm năng lớn trong việc cung cấp nguồn năng lượng bền vững Chăn nuôi cũng có thể đóng góp vào việc phát triển năng lượng tái tạo này.
Cải thiện chất lượng chuồng trại bằng cách sử dụng than sinh học giúp hấp thụ mùi hôi và hạn chế sự phát triển của vi khuẩn gây bệnh trong nền chuồng gia súc.
Than sinh học là một phụ gia thức ăn chăn nuôi hiệu quả, giúp cải thiện tiêu hóa và sức khỏe của động vật.
Khôi phục hệ sinh thái
Các phương pháp tạo than sinh học
Hình 2.2 Nhiệt phân sinh khối [24]
Phương pháp nhiệt phân là một trong những phương pháp chế tạo TSH phổ biến nhất, thích hợp cho nhiều loại môi trường thí nghiệm Quá trình này diễn ra dưới tác dụng của nhiệt độ cao, dẫn đến phân hủy hóa học Khi nguyên liệu sử dụng là sinh khối, quá trình này được gọi là nhiệt phân sinh khối Sinh khối bao gồm các sinh vật được cấu thành từ cellulose, hemicelluloses và lignin, chẳng hạn như bã mía, gáo dừa, mùn cưa, và bã cà phê.
Trang 13 bao gồm hai quá trinh cơ bản:
Các vật liệu hữu cơ được nung nóng trong lò ở nhiệt độ cao và không có không khí, với sự khác biệt giữa nhiệt phân chậm và nhanh Nhiệt độ phản ứng tối đa và tốc độ gia nhiệt ảnh hưởng đến hình thái sản phẩm nhiệt phân Nhiệt phân chậm tạo ra than sinh học (TSH), trong khi nhiệt phân nhanh sản xuất dầu sinh học.
Hình 2.3 So sánh các tính năng giữa nhiệt phân chậm và nhanh
2.4.2 Phương pháp Carbon hóa thủy nhiệt
Quy trình Carbon hóa thủy nhiệt (HTC) là một công nghệ thân thiện với môi trường, cho phép chuyển đổi nguyên liệu sinh khối thành nhiên liệu rắn không khói với hàm lượng carbon cao Phương pháp này sử dụng nước và nhiệt độ cao để tối ưu hóa quá trình chuyển đổi sinh khối.
(180 o C250 o C ở áp suất cao (2 - 10MPa) trong vài giờ
Quá trình chuyển đổi vật liệu cellulose thành vật liệu carbon cao Hỗn hợp của cellulose và nước được đun nóng trong bình kín ở nhiệt độ (250 o C310 o C)
Quá trình HTC trực tiếp sử dụng nước và sinh khối được nung nóng trong lò phản ứng ở các nhiệt độ khác nhau mà không cần chất xúc tác, tạo ra các sản phẩm bao gồm chất rắn, chất lỏng và khí.
Hình 2.4 Phương pháp Carbon hóa thủy nhiệt [25]
Khí hóa là phương pháp nhiệt hóa để phân hủy mía sinh khối và các chất hữu cơ thành khí tổng hợp (syngas) chứa H2, CO, CO2, CH4, hydrocarbon, than rắn (TSH) và sản phẩm lỏng (tar) ở nhiệt độ cao từ 700 oC đến 1000 oC Quá trình này bao gồm năm quá trình con: nhiệt phân, đốt cháy, cracking và sự giảm bớt Sản phẩm chính là khí tổng hợp, trong khi than và hắc ín là sản phẩm phụ không mong muốn Tính chất của than từ sinh khối khí hóa ảnh hưởng đến thiết kế lò phản ứng, tác nhân khí hóa và nhiệt độ khí hóa, với nhiệt độ phản ứng là yếu tố quan trọng nhất trong sản xuất khí tổng hợp.
Hình 2.5 Phương pháp Khí hóa [26]
Vật liệu
Bã mía được thu thập từ các cửa hàng nước mía siêu sạch tại TP Thủ Đức và khu vực lân cận Để đảm bảo chất lượng, bã mía được lấy vào cuối ngày, giúp tránh tình trạng ẩm mốc và giữ nguyên độ tươi sạch.
Hình 3.1 Bã mía sau khi được thu gom
Bã mía được thu thập từ các cửa hàng, sau đó cắt thành khúc khoảng 3 - 5 cm và xay nhuyễn Tiếp theo, bã mía xay được sấy khô ở nhiệt độ 105°C cho đến khi đạt độ ẩm tuyệt đối 0% theo tiêu chuẩn TCVN 7035: 2002, đảm bảo đủ điều kiện cho thí nghiệm Cuối cùng, bã mía khô được xay lại để tạo hạt mịn và được rây qua lưới có kích thước 200 μm, sau đó được bảo quản trong túi Zip.
Hình 3.2 Bã mía sau khi ray và đựng trong túi zip
Máy xay Đĩa petri và muỗng
Lò sấy Bình hút ẩm
Hình 3.3 Các thiết bị phục vụ quá trình thí nghiệm
Qui trình thí nghiệm
Hình 3.4 Sơ đồ quy trình phương pháp tiến hành nghiên cứu
Khâu chuẩn bị nguyên liệu hoàn thành, nhóm tiến hành đong lượng bã mía vào lọ thủy tinh thí nghiệm ở định mức 200ml (24 25 ) g sau đó cho vào hộp nung
Bã mía được ép bằng tấm thép có đường kính tương ứng với hộp nung và sử dụng bulong M16 siết chặt bằng mỏ lết Để ngăn cách không khí với môi trường, sợi thủy tinh và giấy bạc được áp dụng trong quá trình này.
Lò nung được gia nhiệt ở nhiệt độ 450 o C500 o Cvới sai số là 10 o C Bỏ hộp nung vào lò nung sau khoảng thời gian 20 phút, 25 phút và 60 phút tùy theo thí nghiệm.
Tiến hành thí nghiệm
3.3.1 Cắt nhỏ bã mía và xay lần thứ nhất
Bã mía sau khi lấy từ các cửa hàng sẽ được cắt thành từng đoạn khoảng 1 - 3cm và được đựng trong các khay inox để tránh bụi bẩn
Hình 3.5 Cắt mía thành từng đoạn nhỏ 1 - 3cm
Sau đó bã mía được bỏ vào máy xay để xay
Hình 3.6 Bã mía được xay nhỏ 3.3.2 Sấy
Nhằm đảm bảo tiêu chuẩn sấy mía ở trên, tác giả tiến hành sấy theo tiêu chuẩn TCVN 7035 : 2002 để thu được bã cà phê có độ ẩm 0%
Sau khi xay lần đầu, bã mía được đặt vào khay inox và sấy ở nhiệt độ 105 độ C Sau 4 giờ, bã mía sẽ khô hoàn toàn, với việc đảo đều sau mỗi giờ để đảm bảo độ khô đồng đều.
Hình 3.7 Lò sấy được điều chỉnh nhiệt độ 105 o C
3.3.3 Xay lần thứ hai và rây sau khi nung
Sau khi bã mía được sấy khô, bã mía được xay lại thêm một lần nữa để thành dạng bột
Hình 3.8 Bã mía được xay thành dạng bột và được rây
Bã mía sau khi xay lần thứ hai được mang qua rây 200 μm để đảm bảo các hạt đạt được kích thước đồng nhất
Hình 3.10 Bã mía được cho vào túi zip để bảo quản
3.3.4 Thiết kế hộp nung thí nghiệm
Trên thị trường, kích thước viên than rất đa dạng Sau quá trình nghiên cứu, nhóm tác giả đã quyết định chọn viên than có đường kính 43mm và chiều cao 25mm.
Nhóm tác giả đã thiết kế hộp nung thí nghiệm với mục đích nén và nung TSH, không yêu cầu độ chính xác quá cao Hộp nung được chế tạo từ vật liệu thép C45, đảm bảo độ chịu nhiệt và độ bền cao Qua quá trình thử nghiệm, sản phẩm đã cho ra kết quả ổn định, chứng minh tính hiệu quả của thiết kế.
Hình 3.11 Bản vẽ hộp nung thí nghiệm
Hình 3.12 Bản vẽ nắp hộp nung
Hình 3.13 Bản vẽ vòng đệm
Hình 3.14 Bản vẽ cục ép
Hình 3.15 Bản vẽ nắp ép
Từ bản vẽ, sử dụng phần mềm Creo Parametric 8.0 để dựng hình 3D
Hình 3.16 Hình ảnh 3D các chi tiết được vẽ bằng phần mềm Creo Parametric 8.0
Hình 3.17 Bản vẽ lắp của hộp nung
3.3.5 Qui trình ép và tạo mẫu than
Bước 1: Cho bã mía vào cốc thủy tinh thí nghiệm để cân một lượng bã mía khoảng 2324 gr
Hình 3.18 Bã mía sau khi cân đựng trong cốc thủy tinh
Bước 2: Cho bã mía vào hộp nung và thực hiện nén ép
Hình 3.19 Thực hiện nén ép bã mía trong hộp nung
Sau khi sử dụng mỏ lết để ép bã mía và đặt nắp ép ở trên, cần phải bịt kín miệng hộp nung bằng sợi thủy tinh để ngăn chặn không khí xâm nhập trong quá trình nung.
Hình 3.20 Tấm sợi thủy tinh đặt trên phần bã mía đã được ép
Bước 4: Đặt một miếng giấy bạc và vòng đệm bằng vật liệu amiang lên trên
Hình 3.21 Lót giấy bạc và đặt vòng đệm lên trên
Bước 5: Đậy nắp và siết chặt bằng 4 bulong M10
Hình 3.22 Đậy nắp hộp nung và siết chặt
Bước 6: Bỏ hộp thí nghiệm vào lò nung được cài đặt ở nhiệt độ cố định
Hình 3.23 Đặt hộp nung thí nghiệm vào lò
Bước 7: Sau quá trình nung thì lấy hộp nung ra và để nguội sau 1 giờ 30 phút hoặc nguội đến nhiệt độ phòng
Hình 3.24 Lấy hộp nung ra và để nguội
Bước 8: Lấy TSH ra, vệ sinh hộp nung và thực hiện lại thí nghiệm
Bảng 3 1 Kí hiệu các mẫu than
Thời gian làm nguội (giờ)
3.3.5.2 Những lưu ý trong quá trình thí nghiệm
Bột bã mía nên rây ở cỡ hạt đồng nhất để sản phẩm có tính ổn định
Phương pháp nhiệt phân chậm diễn ra trong môi trường yếm khí hoặc không có không khí, trong đó không khí đóng vai trò quan trọng, ảnh hưởng đến chất lượng trong quá trình chuyển hóa sinh khối thành TSH.
Trong quá trình nén, ép và đậy chặt, cần thực hiện cẩn thận và tỉ mỉ; bất kỳ sai sót nào có thể dẫn đến việc không khí xâm nhập vào sản phẩm Khi tiếp xúc với oxy bên ngoài, than sẽ bị cháy trong quá trình làm nguội.
Nhiệt độ và thời gian nung đóng vai trò quan trọng trong việc xác định chất lượng sản phẩm Nếu nhiệt độ quá cao hoặc thời gian nung kéo dài, carbon trong sinh khối sẽ bị cháy hết, dẫn đến việc than trở thành phế phẩm.
Nhiệt độ và thời gian có mối quan hệ tỉ lệ nghịch, nghĩa là khi nhiệt độ tăng cao, thời gian nung sẽ giảm và quá trình nung trở nên nhanh hơn.
3.3.6 Tiến hành kiểm nghiệm TSH
3.3.6.1 Xác định hiệu suất tạo than sinh học
Hiệu suất tạo than được tham chiếu theo công thức [18]:
Khối lượng m s là khối lượng của bã mía sau khi nung, trong khi m t là khối lượng của bã mía trước khi nung Việc đo lường được thực hiện bằng cân có độ chính xác lên đến 0,001g.
3.3.6.2 Xác định độ ẩm toàn phần của than sinh học Độ ẩm toàn phần được tham chiếu theo tiêu chuẩn ASTM D 2867 - 99 Bằng phương pháp sấy mẫu than sau khi nung ở nhiệt độ 140 o C150 o C cho đến khi khối lượng không thay đổi và dùng công thức: Độ ẩm theo khối lượng( %
Trong đó m t là khối lượng của cốc và than trước khi sấy, m s là khối lượng của cốc và than sau khi sấy và m là khối lượng cốc
Cân được dùng với độ chính xác 0,001g
3.3.6.3 Xác định nhiệt lượng tổng
Nhiệt lượng tổng toàn phần là tiêu chí được đánh giá cho tất cả các loại than nướng trên thị trường
Nhiệt lượng là phần năng lượng giải phóng từ than qua quá trình đốt Đơn vị tính là kcal/kg
3.3.6.4 Xác định hàm lượng Carbon và Lưu huỳnh có trong than sinh học
Hàm lượng Carbon ảnh hưởng đến đặc tính vật lý của TSH
Hàm lượng Lưu Huỳnh thấp giúp giảm tác động với môi trường
3.3.6.5 Các tiêu chí đánh giá than nướng
Tiêu chí đánh giá than nướng truyền thống thông thường như sau:
- Màu sắc đen bóng, đẹp mắt
- Than không bị nứt, nổ quá nhiều
- Thời gian cháy dài, tỏa nhiệt độ cao và đều trong suốt quá trình cháy
- Than từ vật liệu sinh khối thân thiện với môi trường hơn
Tiêu chí đánh giá than nướng hiện nay được thực hiện thông qua các bài kiểm tra và giám định tại các trung tâm uy tín như Vinacontrol, Quatest 3, SGS và Cục kiểm định hải quan.
- Hàm lượng carbon cố định C - Fixed carbon content
- Hàm lượng tro – Ash content
- Hàm lượng chất bốc – Volatile matter content
- Hàm lượng lưu huỳnh S – Sulfur content
- Nhiệt lượng tổng – Gross calorific value
- Độ ẩm toàn phần – Total moisture
Hiệu suất tạo than
Bảng 4 1 Hiệu suất tạo than
Mẫu Hiệu suất tạo than
Hiệu suất tạo than trung bình
Hình 4 2 Biểu đồ Hiệu suất tạo than H(%)
Quá trình tạo TSH từ bã mía phụ thuộc vào nhiệt độ và thời gian, ảnh hưởng đến hiệu suất chuyển hóa Nhiệt độ cao có thể làm tăng sự phân hủy các chất hữu cơ trong bã mía, dẫn đến sự khác biệt trong các thông số hiệu suất của các mẫu TSH.
Biểu đồ cho thấy hiệu suất tạo than mẫu G ở 500°C trong 60 phút thấp nhất với 27.67%, trong khi mẫu B ở 450°C trong 25 phút đạt hiệu suất cao nhất là 31.26% Nguyên nhân là do thời gian nung ngắn khiến bã mía chỉ chuyển hóa một phần thành than, với cellulose, hemicellulose và lignin chưa hoàn toàn chuyển hóa Các mẫu C, D, G và H ở 60 phút có sự chuyển hóa cao hơn, dẫn đến khối lượng giảm Tuy nhiên, thành phần ban đầu của bã mía vẫn ảnh hưởng đến kết quả Hiệu suất tạo than cao cho thấy quá trình nhiệt phân diễn ra hiệu quả, tối đa hóa lượng than sinh học thu được từ nguyên liệu.
Kết quả độ ẩm toàn phần
Bảng 4 2 Độ ẩm toàn phần Mẫu 1
Khối lượng trước khi sấy (g)
Khối lượng sau khi sấy (g) Độ ẩm theo khối lượng (%)
Bảng 4 3 Độ ẩm toàn phần Mẫu 2
Khối lượng trước khi sấy (g)
Khối lượng sau khi sấy (g) Độ ẩm theo khối lượng (%)
Bảng 4 4 Độ ẩm toàn phần Mẫu 3
Khối lượng trước khi sấy (g)
Khối lượng sau khi sấy (g) Độ ẩm theo khối lượng (%)
Hình 4 3 Biểu đồ Độ ẩm toàn phần trung bình
2.50 Độ ẩm toàn phần trung bình(%)
Trang 35 Độ ẩm toàn phần theo khối lượng là tổng lượng nước có trong than sau đi nước lấy ra và cân bằng với môi trường xung quanh, phần trăm khối lượng của nước có trong TSH Độ ẩm này còn có thể thay đổi tùy vào môi trường, quy trình sản xuất và quá trình lưu trữ
Biểu đồ cho thấy mẫu G có độ ẩm toàn phần theo khối lượng thấp nhất với 1.29%, trong khi mẫu C có độ ẩm cao nhất là 2.3% Độ ẩm ban đầu của bã mía được sấy khô, dẫn đến các mẫu than sẻ giữ độ ẩm thấp hơn so với các loại than khác trong quá trình nung thành TSH TSH với độ ẩm thấp mang lại khả năng bất lửa cao, khả năng hút nước tốt, tăng tuổi thọ của than và thuận lợi trong việc bảo quản ở nơi khô ráo.
Kết quả kiểm nghiệm các mẫu TSH
Kết quả kiểm nghiệm các mẫu TSH tại trung tâm Quatest 3 – Số 7 Đường số 1, KCN Biên Hòa 1, Đồng Nai
Bảng 4 5 Kết quả kiểm nghiệm TSH
Nhiệt lượng tổng (kcal/kg)
Bảng 4 6 So sánh một số loại than khác
Nhiệt lượng tổng (Kcal/kg)
Than gỗ 7090 70008000 0.01 0.1 Than mùn cưa 6590 72007800 0.1
Hình 4 4 Biểu đồ Hàm lượng tro
Hàm lượng tro trong TSH đại diện cho các chất cặn không thể cháy trong quá trình kiểm nghiệm Các nguyên tố dễ cháy trong TSH đóng vai trò quan trọng, và hàm lượng tro thường được xác định bằng phần trăm khối lượng của tro so với tổng khối lượng của TSH.
Thông qua kết quả kiểm nghiệm: Mẫu E có Hàm lượng tro thấp nhất với 4.85% và mẫu
Hàm lượng tro cao nhất của H đạt 5.93%, cho thấy rằng các thông số đầu vào về thời gian nung và nhiệt độ không có sự khác biệt lớn Hàm lượng tro thấp chứng minh rằng có ít tạp chất không cháy, từ đó nâng cao hiệu suất năng lượng và giảm thiểu cặn tro sau khi cháy.
Hình 4 5 Biểu đồ Hàm lượng chất bốc
Hàm lượng chất bốc trong TSH bao gồm các thành phần hữu cơ được giải phóng khi đốt cháy, trong đó cellulose, hemicellulose và lignin đóng vai trò quan trọng trong việc xác định hàm lượng này Các thành phần này có thể bị phân hủy hoặc bay hơi trong quá trình cháy.
Kết quả kiểm nghiệm cho thấy hàm lượng chất bốc trong mẫu H thấp nhất là 16.8%, trong khi mẫu A cao nhất đạt 24.9% Hàm lượng chất bốc của TSH chủ yếu phụ thuộc vào thành phần của bã mía, bao gồm các hợp chất dễ bốc cháy như hydro.
Trang 38 carbon dioxide và các hợp chất hữu cơ khác Hàm lượng chất bốc cao cho thấy khả năng bắt lửa của TSH nhanh và tăng hiệu suất hiệt của TSH Hàm lượng chất bốc cao cũng liên quan đến hàm lượng cellulose có trong bã mía và thường hàm lượng này luôn cao hơn so với các loại cây gỗ Tuy vậy, muốn giảm hàm lượng chất bốc có thể nung nóng ở nhiệt độ cao hơn và thời gian nung lâu hơn
Hình 4 6 Biểu đồ Hàm lượng Lưu Huỳnh
Hàm lượng lưu huỳnh trong than là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sản xuất và lưu thông Lưu huỳnh không chỉ là chất độc hại cho môi trường mà còn tác động đến quá trình trao đổi oxy ở con người Để đánh giá mức độ ô nhiễm, hàm lượng lưu huỳnh thường được xác định bằng phần trăm trọng lượng của nó trong tổng khối lượng than.
Kết quả kiểm nghiệm cho thấy hàm lượng lưu huỳnh trong tất cả các mẫu đều dưới 0.2%, cho thấy bã mía có thành phần lưu huỳnh thấp Điều này giúp giảm tác động đến môi trường, cải thiện hiệu suất đốt cháy và giảm chi phí xử lý khí thải sau khi chuyển hóa thành TSH.
Trang 39 hàm lượng lưu huỳnh có trong TSH thì nên lựa chọn nguồn bã mía khác nhau để đánh giá hàm lượng các thành phần có trong bã mía
Hình 4 7 Biểu đồ Hàm lượng Carbon
Hàm lượng carbon là yếu tố quyết định chất lượng và ứng dụng của TSH trong nhiều lĩnh vực Đây là thành phần chiếm tỷ lệ lớn trong TSH, thường được xác định bằng phần trăm trọng lượng của carbon so với tổng trọng lượng của TSH.
Thông qua kết quả kiểm nghiệm: Các kết quả cho thấy hàm lượng Carbon ở mẫu
C, D, G và H được nung 60 phút với nhiệt độ 450 o Cvà 500 o C là cao, vì khi nung càng lâu các chất cellulose, hemicellulose và ligin càng được chuyển hóa thành carbon nhiều hơn vì bản chất đường sau khi được nung nóng sẽ dần chuyển hóa thành carbon Hàm lượng Carbon ảnh hưởng đến đặc tính vật lý của TSH như độ cứng, khả năng hấp thụ và độ bền TSH với hàm lượng carbon cao thường có cấu trúc vững chắc và bền hơn TSH có hàm lượng carbon cao làm tăng khả năng đốt cháy của TSH và cải thiện hiệu suất năng lượng của quá trình cháy Hàm lượng carbon cũng có thể bị ảnh hưỡng bởi quy trình sản xuất, thời gian nung và nhiệt độ nung
Hình 4 8 Biểu đồ Nhiệt lượng tổng
Nhiệt lượng tổng là yếu tố quan trọng trong việc xác định hiệu suất nhiệt của TSH trong quá trình đốt cháy và các ứng dụng khác Nó được tính toán dựa trên tổng nhiệt lượng sinh ra từ quá trình đốt cháy, được xác định trên một đơn vị khối lượng TSH khi được đốt cháy hoàn toàn Các thành phần ảnh hưởng đến nhiệt lượng tổng của TSH bao gồm C, H, N, S, và các yếu tố khác.
Thông qua kết quả kiểm nghiệm: Nhiệt lượng tổng của TSH có xu hướng tăng ở các mẫu C, D, G và H khi được nung ở thời gian 60 phút với nhiệt độ 450 o Cvà 500 o C
Khi nung TSH trong thời gian dài, chất bốc, độ ẩm và các chất hữu cơ khác sẽ chuyển hóa nhiều hơn, dẫn đến tăng hàm lượng carbon Điều này đồng nghĩa với việc nhiệt lượng tổng của TSH cũng gia tăng Khi đốt TSH ở các mẫu C, D, G và H, nhiệt độ tỏa ra cao hơn so với các mẫu khác Nhiệt lượng tổng cao cho thấy than sinh học có khả năng tạo ra nhiều năng lượng khi đốt cháy, trở thành nguồn nhiên liệu thay thế hiệu quả cho năng lượng truyền thống Sự tối ưu hóa trong quá trình sản xuất than sinh học giúp giữ lại năng lượng trong sản phẩm cuối cùng.
Nhiệt lượng tổng(Kcal/kg)
Kết luận
Độ ẩm toàn phần theo tiêu chuẩn TCVN 172 dưới 6% được xem là phù hợp với các loại TSH Tất cả các mẫu than đều đáp ứng theo tiêu chuẩn
Hàm lượng tro của than theo tiêu chuẩn EN 1860 – 2 không vượt quá 8%, tùy thuộc vào loại than Tất cả các mẫu than đều đáp ứng tiêu chuẩn này, với mẫu E có hàm lượng tro thấp nhất là 4.85% và mẫu H có hàm lượng tro cao nhất là 5.93%.
Hàm lượng chất bốc theo tiêu chuẩn ASTM D5142 nằm trong khoảng từ 15 –
Tất cả các mẫu than đều đáp ứng tiêu chuẩn, với mẫu E có hàm lượng chất bốc thấp nhất là 16.8% và mẫu A có hàm lượng chất bốc cao nhất là 24.9%.
Theo tiêu chuẩn TCVN 175 và TCVN 8622, hàm lượng lưu huỳnh trong các loại than tối đa là 1.75% Tất cả các mẫu than đều đáp ứng tiêu chuẩn này, với mẫu A có hàm lượng lưu huỳnh thấp nhất là 0.14% và mẫu D có hàm lượng cao nhất là 0.17%.
Hàm lượng carbon trong than theo tiêu chuẩn EN 1860-2 tối thiểu là 60%, và tất cả các mẫu than đều đáp ứng tiêu chuẩn này Trong số các mẫu, mẫu B có hàm lượng carbon thấp nhất là 66.3%, trong khi mẫu G có hàm lượng cao nhất đạt 72.9%.
Theo tiêu chuẩn TCVN 200, nhiệt lượng tổng của than nằm trong khoảng 3600 – 6700 kcal/kg, và tất cả các mẫu than đều đáp ứng tiêu chuẩn này Trong số đó, hai mẫu than có nhiệt lượng cao nhất là C và G, với giá trị lần lượt là 7075 kcal/kg và 7020 kcal/kg.
Kết quả thí nghiệm tạo TSH cho thấy tất cả các mẫu than đều đạt tiêu chuẩn đề ra, với một số mẫu than nổi bật hơn hẳn.
Mẫu than A có hàm lượng tro thấp (5.00%), cho thấy ít tạp chất không cháy, từ đó nâng cao hiệu suất năng lượng và giảm cặn tro sau khi cháy Hàm lượng lưu huỳnh thấp (0.14%) giúp giảm tác động môi trường, cải thiện hiệu suất đốt cháy và giảm chi phí xử lý khí thải Với hàm lượng chất bốc cao (24.9%), than dễ bắt lửa, sinh nhiệt cao, hiệu quả trong quá trình khí hóa và hóa học, cải thiện hiệu suất cháy trong lò hơi và lò đốt, đồng thời giảm lượng cặn bã và tro.
A nằm trong khoảng trung bình (lần lượt là 67.3% và 6790 kcal/kg) đáp ứng đủ
Trang 42 tiêu chuẩn đã đề ra
Mẫu than E nổi bật với hàm lượng tro thấp nhất chỉ 4.85% và hàm lượng lưu huỳnh thấp nhất đạt 0.14% Đặc biệt, mẫu này có hàm lượng chất bốc cao lên tới 24.5% Hàm lượng carbon và nhiệt lượng tổng của mẫu than E ở mức trung bình, lần lượt là 67.3%.
6815 kcal/kg) đáp ứng đủ tiêu chuẩn đã đề ra
Mẫu than A và mẫu than E có chất lượng tương đương, cho thấy cả hai đều được đánh giá là những mẫu tốt nhất qua quá trình thí nghiệm, đạt hiệu quả cao nhất.
Mẫu than G có hàm lượng tro, chất bốc và lưu huỳnh ở mức trung bình, lần lượt là 5.64%, 17.5% và 0.16%, đáp ứng các tiêu chuẩn yêu cầu Đặc biệt, hàm lượng carbon và nhiệt lượng tổng của mẫu than G cao nhất trong các mẫu, đạt 72.9% và 7020 kcal/kg Nhờ đó, mẫu than G rất phù hợp cho mục đích than nướng, mang lại hiệu quả cao.
Trong quá trình thí nghiệm nhóm tác giả cần giải quyết một vài vấn đề để nâng cao chất lượng TSH cũng như hướng phát triển trong tương lai:
Cải tiến hộp nung thí nghiệm bằng cách thiết kế hộp kín khí, ngăn chặn không khí lọt vào khi lấy hộp ra khỏi lò, giúp tránh hiện tượng khói Bên cạnh đó, cần phát triển một hệ thống đẩy TSH ra ngoài sau khi quá trình làm nguội hoàn tất.
- Lựa chọn nguồn nguyên liệu đầu vào để tối ưu nhiệt lượng tổng cao hơn vì nhiệt lượng cũng phụ thuộc vào một phần thành phần của bã mía
- Có thể trộn giữa bột bã mía với một loại bột sinh khối khác để xem xét có khả năng tăng nhiệt lượng của TSH
- Tiến hành kiểm tra SEM, FTIR… để xem xét các ứng dụng còn lại của TSH
- Thử nghiệm thêm phương pháp nhiệt phân nhanh nhằm đánh giá khả năng ứng dụng thực tế trong quá trình sản xuất
- Tiền xử lý bã mía với một số chất hóa học nhằm đánh giá thêm chất lượng TSH
[1] Thông tin trên web: https://www.vienmiaduong.vn/vi/index.php
[2] N T Q Hung, L K Thong, and N M Ky, “Agricultural residues biomass potential and applying efficiency for household scale biochar production in Go Cong Tay, Tien Giang province,” Science & Technology Development, vol 20, pp 68-78,
2020 https://doi.org/10.32508/stdjsee.v1iM1.429
[3] Iwuozor, K.O., Emenike, E.C., Abdulkadir, M et al Effect of Salt Modification on Biochar Obtained from the Thermochemical Conversion of Sugarcane Bagasse Sugar
[4] Creamer, A E., Gao, B., & Zhang, M (2014) Carbon dioxide capture using biochar produced from sugarcane bagasse and hickory wood Chemical Engineering Journal,
[5] Alvarenga, K P., & Cordeiro, G C (2024) Evaluating sugarcane bagasse fly ash as a sustainable cement replacement for enhanced performance Cleaner Engineering and Technology, 20, 100751 https://doi.org/10.1016/j.clet.2024.100751
[6] Safie, N., & Zahrim, A (2021) Recovery of nutrients from sewage using zeolite- chitosan-biochar adsorbent: Current practices and perspectives Journal of Water Process Engineering, 40, 101845 https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2020.101845
[7] De Castro, A E., Penido, E S., Souza, T F., Camargos, J B., Lobato, R L M., Ribeiro-Soares, J., Ferreira, G M D., & Ferreira, G M D (2023) Biochars from modified sugarcane bagasse for manganese removal from mining effluents Journal of
Environmental Chemical Engineering, 11(5), 110761 https://doi.org/10.1016/j.jece.2023.110761
[8] Tang, M., Snoussi, Y., Bhakta, A K., El Garah, M., Khalil, A M., Ammar, S., & Chehimi, M M (2023) Unusual, hierarchically structured composite of sugarcane pulp bagasse biochar loaded with Cu/Ni bimetallic nanoparticles for dye removal
Environmental Research, 232, 116232 https://doi.org/10.1016/j.envres.2023.116232
[9] Cross, A., Sohi, S.P., 2013 A method for screening the relative long-term stability of biochar GCB Bioenergy 5 (2), 215–220 https://doi.org/10.1111/gcbb.12035
[10] Liao, W.; Thomas, S.C Biochar Particle Size and Post-Pyrolysis Mechanical Processing Affect Soil pH, Water Retention Capacity, and Plant Performance Soil Syst 2019, 3, 14 https://doi.org/10.3390/soilsystems3010014
Nghiên cứu của Trinh và các cộng sự (2021) tập trung vào việc tổng hợp than hoạt tính từ bã mía thông qua quy trình một giai đoạn Bài báo được công bố trên TNU Journal of Science and Technology, số 226(11), trang 47-52, và có thể truy cập qua đường dẫn https://doi.org/10.34238/tnu-jst.4479 Nghiên cứu này không chỉ cung cấp những hiểu biết mới về việc sử dụng bã mía, mà còn mở ra hướng đi mới cho việc tái chế chất thải nông nghiệp.
In a study conducted by Nguyễn (2021), the use of bagasse ash as a partial replacement for cement in concrete production was explored Published in the Dong Thap University Journal of Science, this research highlights the potential benefits of incorporating agricultural waste into construction materials, which could enhance sustainability in the industry The findings suggest that utilizing bagasse ash not only reduces the environmental impact of cement production but also improves the properties of concrete This innovative approach aligns with current trends in eco-friendly building practices.
[13] Iwuozor, K O., Adeniyi, A G., Emenike, E C., Ojeyemi, T., Egbemhenghe, A U., Okorie, C J., Ayoku, B D., & Saliu, O D (2023) Prospects and challenges of utilizing sugarcane bagasse as a bio-coagulant precursor for water treatment Biotechnology Reports, 39, e00805 https://doi.org/10.1016/j.btre.2023.e00805
The study by Wiesberg et al (2021) explores bioenergy production from sugarcane bagasse, emphasizing the integration of carbon capture and storage The authors present surrogate models that aid in making informed techno-economic decisions, highlighting the potential for renewable energy solutions This research contributes to the understanding of sustainable practices in energy production, showcasing the importance of utilizing agricultural by-products effectively For further details, refer to the article in Renewable and Sustainable Energy Reviews.
A study by Liu et al (2023) highlights the benefits of adding a bacterial consortium to sugarcane bagasse compost, resulting in a high-quality, environmentally friendly fertilizer This innovative approach optimizes arecanut (Areca catechu L.) production while enhancing soil fertility and improving the microbial community structure The findings, published in Applied Soil Ecology, demonstrate the potential of using compost enriched with beneficial bacteria to promote sustainable agricultural practices.
[16] Thông tin trên web: Hội nghị tổng kết sản xuất mía đường niên vụ 2022 - 2023 (phuyen.gov.vn)
[17] Thông tin trên web: Các sản phẩm từ bã mía thân thiện với môi trường (onghutcobang.vn)
[18] Iwuozor, K O., Chizitere Emenike, E., Ighalo, J O., Omoarukhe, F O., Omuku,
P E., & George Adeniyi, A (2022) A Review on the thermochemical conversion of
Trang 45 sugarcane bagasse into biochar Cleaner Materials, 6, 100162 https://doi.org/10.1016/j.clema.2022.100162
[19] Thông tin trên web: https://khuvuonxanh.com/cay-mia-duong/
[20] Thông tin trên web: https://ecocharvietnam.com/cong-nghe-nhiet-phan-ecocharvn/
[21] Dwiyaniti, M., Elang Barruna, A G., Muhamad Naufal, R., Subiyanto, I., Setiabudy, R., & Hudaya, C (2020) Extremely high surface area of activated carbon originated from sugarcane bagasse IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 909(1), 012018 https://doi.org/10.1088/1757-899x/909/1/012018
[22] Thông tin trên web: https://biocharvietnam.org/vi/gioi-thieu-ve-biochar/