Kết hợp giữa sản xuất năng lượng và than sinh học từ phụ phẩm nông nghiệp

Bài viết này đã khảo sát các đặc tính của vỏ hạt điều và vỏ hạt cà phê, cũng như sự phù hợp của chúng trong việc kết hợp giữa sản xuất năng lượng và than sinh học bằng công nghệ khí hóa. Kết quả trong phòng thí nghiệm chỉ ra vỏ hạt cà phê chỉ phù hợp với việc sản xuất năng lượng, trong khi vỏ hạt điều có thể đáp ứng cả hai mục đích năng lượng và than sinh học.

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 KẾT HỢP GIỮA SẢN XUẤT NĂNG LƯỢNG VÀ THAN SINH HỌC TỪ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP COMBINATION OF ENERGY AND BIOCHAR PRODUCTION FROM AGRICULTURAL RESIDUES Trần Văn Bẩy1, Cao Thị Anh Ngọc2, Nguyễn Hồng Nam2,* TÓM TẮT Vỏ hạt điều vỏ hạt cà phê có nhiều hầu phát triển Chúng trở thành nguyên liệu tiềm để sản xuất lượng quy mô vừa nhỏ thông qua việc sử dụng công nghệ khí hóa Tuy nhiên, cơng nghệ bị hạn chế hiệu suất chuyển hóa thấp, tạo lượng chất thải rắn sau q trình khí hóa Nghiên cứu khảo sát đặc tính vỏ hạt điều vỏ hạt cà phê, phù hợp chúng việc kết hợp sản xuất lượng than sinh học công nghệ khí hóa Kết phịng thí nghiệm vỏ hạt cà phê phù hợp với việc sản xuất lượng, vỏ hạt điều đáp ứng hai mục đích lượng than sinh học Đặc tính kết cấu chất thải rắn sau khí hóa vỏ hạt điều quy mô bán công nghiệp chất thải chứa hàm lượng carbon cao độ xốp cao nên đáp ứng nhiều loại sản phẩm than sinh học Kết rằng, xây dựng quy trình chế biến hạt điều mà hồn tồn khơng có chất thải mơi trường, sở để nghiên cứu sản phẩm nông nghiệp khác ý tưởng hệ thống chế biến nơng nghiệp “khơng chất thải” Từ khóa: Than sinh học, vỏ hạt điều, vỏ hạt cà phê, khí hóa, nơng nghiệp bền vững ABSTRACT Cashew nut shell and coffee husk, abundantly available in most developing countries, They could become a potential feedstock for the production of energy at small and medium scales using gasification This technology, however, has been hindered due to the low conversion efficiency, generating important amounts of solid waste after the process This study investigated the properties of cashew nut shell and coffee husk, as well as their suitability for use as feedstock for combination of energy and biochar production using gasification The results indicated that while the coffee husk was more suitable for energy production, cashew nut shell would be prominent for production of both energy and biochar at the same time The textural properties of the residue after gasification of cashew nut shell on a semi-industrial scale indicated that the residue still contained a high carbon content and a high porosity that meets the range of commercial biochar This result shows that it is possible to build a cashew nut processing process without any waste to the environment, which is the basis for research on other agricultural products and also an idea of systems “zero waste” agricultural processing systems Keywords: Biochar, cashew nut shell, coffee husk, gasification, sustainable agriculture Khoa Cơ khí, Trường Đại học Giao thông Vận tải Trường Đại học Khoa học Công nghệ Hà Nội * Email: nguyen-hong.nam@usth.edu.vn Ngày nhận bài: 26/8/2021 Ngày nhận sửa sau phản biện: 27/9/2021 Ngày chấp nhận đăng: 25/10/2021 GIỚI THIỆU Việt Nam có lợi lớn chế biến sản xuất sản phẩm nông nghiệp, đặc biệt hạt điều hạt cà phê Điều công nghiệp quan trọng trồng hầu giới Tổng sản lượng điều thơ tồn giới năm 2020 - 2021 ước đạt 3,7 triệu [1] Các nước sản xuất hạt điều nhiều Ấn Độ, chiếm 25 đến 30% tổng sản lượng Tiếp theo Brazin, Việt Nam, nước châu Phi Bờ Biển Ngà, Tanzania, Guinea Bissau, Benin, Nigeria, Mozambique, Senegal Kenya Ngồi sản phẩm nhân hạt điều, vỏ hạt điều chiếm 70 - 75% trọng lượng hạt điều [2] Điều dẫn đến hàng năm có khoảng 2,7 triệu vỏ thải trình lấy hạt Trong đó, cà phê trồng 50 quốc gia, với sản lượng toàn cầu ước tính đạt khoảng 10 triệu năm 2019 2020 Hiện nay, Việt Nam đứng thứ hai sản xuất cà phê toàn cầu, sau Brazil, với sản lượng trung bình hàng năm vượt 1,5 triệu [3] Quá trình chế biến hạt cà phê tạo lượng lớn vỏ hạt, chiếm 12% khối lượng khô, tức hạt cà phê khô tạo 0,12 vỏ [4] Các phụ phẩm nông nghiệp tạo từ trình chế biến hai loại sản phẩm thường gây ô nhiễm lớn tới môi trường sức khỏe người Một số giải pháp để tận dụng nguồn sinh khối dồi đề xuất, chẳng hạn làm phân bón [5], sử dụng làm chất hấp phụ [6], nguyên liệu để sản xuất nhiên liệu sinh học [7], cách tận dụng phần nhỏ so với tổng sản lượng phụ phẩm tạo Vì vậy, việc coi phụ phẩm nguyên liệu thô cho ứng dụng có giá trị cao khác, ví dụ khí hóa để sản xuất lượng điều cần thiết Khí hóa sinh khối cơng nghệ tiềm cho phát triển công nghệ lượng tái tạo nhờ tận dụng nguồn nguyên liệu sinh khối sẵn có nhiều quốc gia Khí hóa sinh khối q trình chuyển đổi nhiệt hóa học, biến sinh khối thành loại khí giàu CO H2 gọi khí tổng hợp (syngas) Syngas cung cấp nhiều ứng dụng khác sản xuất nhiệt, điện nhiên liệu sinh học [8] Chính mà nay, cơng nghệ khí hóa thu hút ý nhiều nhà đầu tư, nhiều quốc gia giới Q trình khí hóa gồm có giai đoạn: sấy khơ, nhiệt phân, oxy hóa /cracking chất bay khí hóa than Sinh khối gia nhiệt trước, sau chịu 100 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ● Tập 57 - Số (10/2021) Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 phân rã nhiệt phân Sản phẩm thu (như khí, chất rắn chất lỏng) phản ứng với với chất khí hóa để hình thành sản phẩm cuối trình khí hóa [9] Tuy nhiên vấn đề đặt cho phát triển bền vững cơng nghệ khí hóa nằm hai khía cạnh: (1) dạng hóa nguồn nguyên liệu (2) việc sử dụng chất thải rắn sinh sau q trình khí hóa Những hệ thống khí hóa sinh khối tiên tiến thiết kế để sử dụng nguyên liệu gỗ [10] Với cạnh tranh ngày mạnh việc sử dụng gỗ, việc mở rộng nguồn nguyên liệu đầu vào cho cơng nghệ khí hóa nhiệm vụ quan trọng nhằm đáp ứng phát triển lâu dài cơng nghệ Ngồi q trình khí hóa sinh khối thường tạo lượng lớn chất thải rắn đặc tính sinh khối (hiệu suất chuyển đổi thấp, hàm lượng tro cao…) Vì không xử lý phù hợp, chất thải rắn gây ảnh hưởng lớn tới mơi trường, làm giảm độ tin cậy cơng nghệ khí hóa Một số nghiên cứu gần tính chất thích hợp vỏ hạt điều vỏ hạt cà phê việc sản xuất lượng [11-13] Tuy nhiên nghiên cứu cho vỏ hạt có tính khơng đồng cao Ngồi ra, đặc tính sinh khối hình thành từ đặc điểm nội sinh khối, điều kiện thời tiết vị trí địa lý Vì vậy, khơng thể ngoại suy kết từ nghiên cứu trước sinh khối Việt Nam Ngoài số lượng nghiên cứu q trình khí hóa phụ phẩm cịn hạn chế khơng có tính hệ thống Thêm vào đó, tính chất chất thải rắn sau q trình khí hóa việc sử dụng chúng cách hiệu chưa đề cập tới Vì nghiên cứu nhằm mục đích khảo sát đặc tính vỏ hạt điều chất thải rắn sau khí hóa chúng để có giải pháp kết hợp sản xuất lượng sử dụng chất thải rắn sau trình khí hóa dùng làm than sinh học VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.1 Nguyên liệu sinh khối Một số nhà máy chế biến hạt điều hạt cà phê miền Nam Việt Nam chọn để lấy mẫu Sau thu gom, sinh khối rửa phơi nắng 48 trước bảo quản hộp kín nhiệt độ phịng để phân tích Để xác định đặc điểm sinh khối, loạt phân tích kỹ thuật phân tích nguyên tố (Proximate and Ultimate analysis) thực Với phân tích kỹ thuật, chất bốc V (tiêu chuẩn ASTM D-3175), hàm lượng tro A (tiêu chuẩn ASTM D-3174) hàm lượng carbon cố định FC (FCdb = 100 - V - A) xác định Ngồi ra, máy phân tích ngun tố PerkinElmer 2400 Series II sử dụng để xác định hàm lượng nguyên tố Carbon (C), Hydrogen (H), Nitrogen (N), Oxy (O) mẫu Bảng mơ tả đặc tính sinh khối lựa chọn 2.2 Than sinh khối Than sinh khối chế tạo lò nung Nabertherm nhiệt độ 600°C giờ, tương ứng với điều kiện tìm thấy vùng khử hệ thống khí hóa thương mại Khoảng 200g loại vỏ hạt điều vỏ hạt cà phê Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn cho vào hộp kín nung N2 (3 lít/phút) Sau q trình nhiệt phân kết thúc, than để nguội lấy đem phân tích đặc tính phương pháp trình bày phần 2.1 Kết tổng kết bảng Bảng Đặc tính sinh khối than sinh khối TT A0 B0 A1 B1 Vdb (%) 76,8 72,8 8,8 10,3 Adb (%) 5,0 11,2 15,5 27,5 FCdb (%) 18,2 16,0 75,7 62,2 Cdaf (%) 55,7 54,6 88,3 87,1 Hdaf (%) 5,7 5,5 3,2 3,2 Odaf (%) 38,4 39,7 8,5 9,7 Ndaf (%) 0,2 0,2 - HHV (MJkg-1) 20,2 17,6 26,8 23,1 A0 & A1: Vỏ hạt điều than, B0 & B1 : Vỏ hạt cà phê than, V: Chất bốc, A: Tro, FC: Carbon cố định, HHV: nhiệt trị cao, db: Mẫu khô, daf: Mẫu khơ loại bỏ tro 2.3 Q trình khí hóa Nghiên cứu thực thiết bị khí hóa PP20 All Power Labs thiết kế (hình 1) đặt Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Thiết bị hệ thống sản xuất điện sinh khối hồn chỉnh với cơng suất điện tối đa khoảng 17kW tần số 50Hz Ảnh thực tế Sơ đồ nguyên lý Hình Thiết bị khí hóa PP20 (A): Hopper - Phễu nhiên liệu; (B): Reactor - Lò phản ứng; (C): Residue container - Thùng chứa chất thải rắn; (D): Filter - Bộ lọc; (E): Generator - Động điện; (F): Flare - Phần đốt khí thải Vùng sấy nhiên liệu; Vùng nhiệt phân; Vùng cháy cracking; Vùng khử; Nơi chứa chất thải rắn Vol 57 - No (Oct 2021) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 101 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Hệ thống bao gồm phận khí hóa, phận lọc động đốt Trong phận khí hóa, phễu phía lò phản ứng cung cấp nhiên liệu vào lò Giai đoạn sấy khô giai đoạn nhiệt phân diễn phần lị phản ứng Khơng khí vào lị phản ứng thơng qua van chiều làm nóng trước trước vào vùng cháy Sau đó, khí CO H2 sinh từ phản ứng khí nóng từ vùng cháy char từ vùng khử Cuối cùng, phần chất thải rắn khơng phản ứng với khí cháy từ lò phản ứng đẩy thùng chứa thống qua hệ thống trục vít Hai cảm biến nhiệt độ lắp vào lò để đo nhiệt độ vùng cháy đỉnh ghi lò Áp suất hai điểm bên lò phản ứng trước vùng đốt cửa khí đo Tại đầu thiết bị khí hóa, khí tổng hợp lọc bụi lọc cyclone Sau đó, khí tổng hợp qua trao đổi nhiệt để làm mát Hơn nữa, lọc lớp than lắp đặt để loại bỏ hạt bụi độ ẩm khí tổng hợp Cuối cùng, khí tổng hợp hịa trộn với khơng khí đầu từ trao đổi nhiệt theo tỷ lệ thích hợp đốt động Động kết nối với máy phát điện để tạo điện Ban đầu, thiết bị khí hóa kích hoạt lửa bình gas mini để tăng nhiệt độ vùng khử (reduction zone) lên đến 200°C Sau khoảng 20 phút làm nóng, nhiệt độ vượt q 600°C động khởi động Dần dần, tải điện nâng lên mức mong muốn Khi đạt đến trạng thái ổn định, hệ thống hoạt động liên tục Cuối cùng, hệ thống ngừng hoạt động, tải điện giảm dần động ngừng hoạt động 2.4 Quét kính hiển vi điện tử Sau kết thúc q trình khí hóa, chất thải rắn sinh (các hạt than chuyển đổi phần) thu gom đưa vào Kính hiển vi điện tử (SEM) Hitachi S-4800 SEM cung cấp hình ảnh trực quan tình trạng bề mặt than độ rỗng xốp 2.5 Phân tích hấp/ nhả N2 Máy phân tích BELSORP-mini II sử dụng để đo hấp/nhả N2 chất thải rắn sau khí hóa nhiệt độ -196°C Mẫu ban đầu khí chân khơng 300°C Dữ liệu ghi lại khoảng áp suất < p/po < 0,99 Với liệu thu được, phương pháp Brunauer Emmett - Teller (BET) sử dụng để xác định tổng diện tích bề mặt riêng mẫu tổng thể tích lỗ rỗng Ngồi ra, phương pháp t-plot sử dụng để ước tính diện tích thể tích vi mao quản Về kích thước, mao quản chia thành: vi mao quản có đường kính nhỏ 2nm; mao quản trung bình có đường kính từ 2nm đến 50nm; mao quản lớn có đường kính lớn 50nm 2.6 Quang phổ Raman Cấu trúc carbon chất thải rắn sau q trình khí hóa nghiên cứu thơng qua quang phổ Raman Do tính nhạy cảm than sinh học cấu trúc phân tử có trật tự phạm vi hẹp nên việc sử dụng kỹ thuật quang phổ Raman cần thiết Máy đo phổ Raman Laser NRS P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 5100 sử dụng để thu thập phổ Raman mẫu Ở bước sóng 532nm, cơng suất laze đặt 5mW KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Tính chất hóa lý sinh khối than Bảng cho thấy kết phân tích đặc điểm của vỏ hạt điều vỏ hạt cà phê than tương ứng Nhiệt trị cao lượng nhiệt tỏa q trình đốt cháy hồn tồn kilogram vật chất khơ hồn tồn Đó đại lượng quan trọng đánh giá tính phù hợp vật liệu cho q trình chuyển hóa nhiệt hóa Nhiệt trị cao giúp xác định cơng suất kích thước hệ thống thiết bị Nhiệt trị cao vỏ hạt điều 20,2MJKg-1, cao so sánh với sinh khối Giá trị so sánh với số loại than đá nói chung [14] Kết lý giải lượng dầu điều có vỏ giúp làm tăng giá trị nhiệt trị Trong đó, nhiệt trị cao vỏ hạt cà phê thấp hơn, đạt 17,6MJKg-1 tương đồng với phần lớn sinh khối khác Một lượng nhỏ N bị giữ lại trong trình sinh trưởng, đó, khả phát thải NOx từ nguyên liệu sinh khối không đáng kể Cả hai sinh khối có hàm lượng chất bốc cao hàm lượng than bon cố định cao, thích hợp làm nhiên liệu cho q trình khí hóa Tuy nhiên, hàm lượng tro vỏ hạt cà phê cao (11,2%) so với vỏ hạt điều (5,0%) Điều vỏ hạt điều phù hợp so với vỏ hạt cà phê cho q trình khí hóa quy mơ lớn hàm lượng tro lớn dẫn đến vấn đề tắc nghẽn hệ thống Ngoài chất thải sau q trình khí hóa sinh khối có hàm lượng than cao khó xử lý khó ứng dụng thực tế 3.2 Đặc tính hình thái than sinh khối Than sinh khối từ vỏ hạt cà phê vỏ hạt điều chế tạo phân tích đặc tính với kết thể bảng Có thể thấy than sinh khối chứa lượng nhỏ hàm lượng chất bốc (khoảng 10%) Hàm lượng carbon cố định tăng mạnh than, đặc biệt than vỏ hạt điều (75,7%) Tuy nhiên hàm lượng tro tăng mạnh Đối với than từ vỏ hạt cà phê, hàm lượng tro đạt 27,5% Điều cho thấy việc ứng dụng chất thải rắn sau trình khí hóa vỏ hạt cà phê khơng hiệu hiệu suất chuyển đổi trình khí hóa thấp Hình ảnh SEM-EDX hai loại than hiển thị hình Hình ảnh SEM cho phép hình dung trực tiếp hình thái bề mặt độ xốp vĩ mô than Đối với than vỏ hạt cà phê (hình 2a), ảnh SEM cho thấy bề mặt nhẵn với cấu trúc rỗng xốp Độ rỗng xốp có liên quan trực tiếp đến khả hấp phụ than, suy đoán than từ vỏ hạt cà phê tạo sau q trình khơng phù hợp để làm than sinh học Trong đó, bề mặt than từ vỏ hạt điều cho thấy rõ ràng diện lỗ rỗng với kích thước hình dạng khác Những cấu trúc rỗng xốp cho phép trình truyền nhiệt chuyển khối trở nên hiệu q trình khí hóa Vì vậy, kết luận rằng, sử dụng than vỏ hạt điều sau q trình khí khóa khả quan hiệu nhiều so với than vỏ hạt cà phê 102 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ● Tập 57 - Số (10/2021) Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 - Dải G 1590cm-1 dải tương ứng với cấu trúc graphite hoàn hảo - Dải D1 1350cm-1 D2 1620cm-1 tương ứng với khuyết tật cấu trúc carbon cạnh bề mặt lớp graphene - Dải D3 1500cm-1 D4 1200cm-1 tương ứng với cấu trúc carbon vơ định hình (phân tử hữu cơ, mảnh, nhóm chức) bền vững cho liên quan đến khả phản ứng than Hình Hình ảnh SEM-EDX (a) than từ vỏ hạt cà phê (b) than từ vỏ hạt điều Kết EDS cho thấy tương đồng than có nguồn gốc từ hai loại sinh khối Nguyên tố chiếm ưu xuất bề mặt hai loại than carbon, C (khoảng 55 - 60%), Kali K (khoảng - 10%), Silic Si (4 - 8%) oxy O (khoảng - 8%) Sự khác thể nguyên tố chiếm tỷ lệ phần trăm nhỏ lại (< 3%) Dấu vết nguyên tố Na, Ca, Mg, S, P, Al, Mg, Si, Fe tìm thấy hai loại than, Br Cl tìm thấy than từ vỏ hạt cà phê Điều số nguyên tố tồn tự nhiên bảo tồn sau q trình khí hóa nhiệt độ cao Các nguyên tố có tác dụng, ví dụ chất thải rắn sử dụng làm phân bón cung cấp vi lượng cho trồng Dựa kết đặc tính sinh khối than tương ứng, thấy vỏ hạt cà phê nên sử dụng hoàn tồn cho q trình sản xuất lượng, nghĩa tăng tối đa hiệu suất chuyển hóa hệ thống nhằm làm giảm lượng chất thải rắn sau trình khí hóa chất thải khơng phù hợp làm than sinh học Trong đó, vỏ hạt điều phù hợp cho q trình chuyển hóa lượng, thêm vào than vỏ hạt điều có tiềm để sử dụng than sinh học Vì vậy, hiệu suất chuyển đổi hệ thống không cao, có giải pháp phù hợp để sử dụng chất thải rắn sau q trình khí hóa loại nguyên liệu Trong phần sau nghiên cứu này, vỏ hạt điều lựa chọn để chạy thử nghiệm hệ thống khí hóa thương mại PP20 Hệ thống tự động hóa cho phép vận hành dễ dàng chất thải rắn sau q trình khí hóa thu thập để phân tích thêm khả hấp phụ Hình Phổ Raman chất thải rắn Phần mềm Origin sử dụng để phân tích tính tốn tỷ lệ cường độ dải Raman, kết thể bảng Bảng Tỷ lệ cường độ dải tín hiệu Raman ID1/IG ID2/IG ID3/IG ID4/IG 12,8 4,2 9,3 6,8 Tỷ lệ cường độ ID1/IG ID3/IG cao đáng kể so sánh với hai tỷ lệ cường độ lại, cho thấy tỷ trọng lớn cấu trúc D1 D3 cấu trúc carbon chất thải rắn Phần lớn cấu trúc chất thải rắn lớp graphene, tiếp cấu trúc carbon vơ định hình Tỷ lệ cấu trúc D3 D4 cao cho thấy khả phản ứng than cao, có lợi ứng dụng liên quan tới phản ứng khóa học 3.3.2 Nhóm chức hóa học bề mặt 3.3 Đặc tính kết cấu hấp phụ chất thải rắn 3.3.1 Đặc tính cấu trúc carbon Phổ Raman chất thải rắn phân tích theo năm dải tín hiệu ứng với năm cấu trúc carbon thị hình Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn Hình Kết FTIR chất thải rắn Vol 57 - No (Oct 2021) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 103 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 Hình thể kết phân tích FTIR sử dụng để khảo sát nhóm chức hóa học bề mặt chất thải rắn Nhìn chung, nhóm chức phát bề mặt chất thải rắn Các đỉnh khoảng 2260 - 2220cm-1 gán cho nhóm chức CC, đỉnh 2000cm-1 gán cho nhóm C-H Các đỉnh khoảng 1050cm-1 đặc trưng bỏi nhóm carbonyl (C-O) Kết cho thấy không phù hợp chất thải rắn ứng dụng đòi hỏi diện nhiều nhóm chức bề mặt để giữ phân tử tự khác, ví dụ xử lý nước Thay vào đó, hấp phụ chế vật lý nên khuyến khích ứng dụng chất thải rắn này, ví dụ sử dụng làm than sinh học để cải tạo đất 3.3.3 Độ rỗng xốp Đường hấp/nhả N2 chất thải rắn sau khí hóa vỏ hạt điều thể hình Đối với chất thải rắn sau khí hóa, kết hấp/nhả N2 cho thấy độ rỗng xốp cao vật liệu phản ứng khí hóa, chứng minh độ dốc từ áp suất tương đối p/po 0,1 Đường hấp/nhả N2 chất thải rắn tương đồng với đường loại IV phân loại IUPAC [15] với tượng trễ trình N2 Hiện tượng thường liên quan đến hấp phụ đảo ngược phân tử N2 mao quản với đường kính miệng lỗ có chiều rộng với chiều rộng phân tử N2 [16] Bảng tóm tắt tổng diện tích bề mặt (SBET), tổng thể tích mao quản (VTotal), ước tính phương pháp BET, diện tích vi mao quản (SMicro) thể tích vi mao quản (VMicro) xác định phương pháp t-plot cho chất thải rắn Có thể khẳng định chất thải rắn có độ xốp cao, cho thấy sử dụng chất thải rắn sau q trình khí hóa làm than sinh học, ví dụ ứng dụng cải thiện độ rỗng xốp độ nước đất… Khi so sánh với than loại sinh khối khác nhau, chẳng hạn than trấu [10], than dương xỉ [18] than bã mía [11], độ rỗng xốp chất thải rắn có giá trị cao nhiều KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Nghiên cứu khảo sát đặc tính vỏ hạt cà phê vỏ hạt điều, khả ứng dụng vật liệu trình sản xuất đồng thời lượng than sinh học công nghệ khí hóa Kết phịng thí nghiệm cho thấy vỏ hạt cà phê, nên tìm cách cải thiện hiệu suất chuyển hóa để tập trung sản xuất lượng tính chất than vỏ hạt cà phê không phù hợp để làm than sinh học Trong đó, nhiệt trị cao độ rỗng xốp cao hàm lượng tro thấp vỏ hạt điều giúp cho vật liệu ứng viên phù hợp cho việc đồng thời sản xuất lượng than sinh học Chất thải rắn sau q trình khí hóa vỏ hạt cà phê hệ thống khí hóa thương mại PP20 (All Power Lab) cho thấy phần chất thải rắn sau khí hóa cịn chứa lượng carbon đáng kể, đánh dấu chuyển hóa khơng hồn tồn vật liệu Tổng diện tích bề mặt tổng thể tích lỗ rỗng chất thải rắn cao: 755,67m2g-1 (STotal) 0,355cm3g-1 (VTotal) Những giá trị làm bật tiềm việc sử dụng chất thải rắn than sinh học Các kết liệu cung cấp nghiên cứu hữu ích cho nhà nghiên cứu kỹ sư việc mơ hình hóa thiết kế hệ thống khí hóa bền vững từ phụ phẩm nơng nghiệp LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu tài trợ Trường Đại học Khoa học Công nghệ Hà Nội (USTH), đề tài USTH.YOUTH.EN.01/21 Trường Đại học Giao thông vận tải cho đề tài NCKH cấp Trường mã số T2021-CK-016 Hình Đường hấp/nhả N2 chất thải rắn Bảng Diện tích bề mặt thể tích mao quản chất thải rắn SBET (m2g-1) VTotal (cm3g-1) SMicro (m2g-1) VMicro (cm3g-1) 755,67 0,355 491,22 0,275 SBET chất thải rắn đạt giá trị cao 755,67m2g-1 Diện tích bề mặt nằm khoảng carbon hoạt tính thương mại (> 500m2g-1) [17] Ngoài ra, SMicro VMicro đạt giá trị cao, 491,22m2g-1 0,275cm3g-1 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] INC - International Nut and Dried Fruit Council https://www.nutfruit.org/consumers (accessed Aug 11, 2021) [2] A G Mohod, Y P Khandetod, S Sengar, 2010 Eco-friendly utilization of parabolic concentrating solar cooker for extraction of cashew nut shell oil and household cooking Int J Sustain Energy, vol 29, no 3, doi: 10.1080/14786460903497383 [3] V Byrareddy, L Kouadio, S Mushtaq, J Kath, R Stone, 2021 Coping with drought: Lessons learned from robusta coffee growers in Vietnam Clim Serv., vol 22, doi: 10.1016/j.cliser.2021.100229 [4] P S Murthy, M Madhava Naidu, 2012 Sustainable management of coffee industry by-products and value addition - A review Resour Conserv Recycl., vol 66, doi: 10.1016/j.resconrec.2012.06.005 [5] Nguyen Anh Dzung, Dzung TT, Tran Trung Dzung, Vo Thi Phuong Khanh, 2013 Evaluation of Coffee Husk Compost for Improving Soil Fertility and 104 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ● Tập 57 - Số (10/2021) Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 Sustainable Coffee Production in Rural Central Highland of Vietnam Resour Environ., vol 3, pp 77–82 [6] W E Oliveira, A S Franca, L S Oliveira, S D Rocha, 2008 Untreated coffee husks as biosorbents for the removal of heavy metals from aqueous solutions J Hazard Mater., vol 152, no 3, doi: 10.1016/j.jhazmat.2007.07.085 [7] L Wilson, G R John, C F Mhilu, W Yang, W Blasiak, 2010 Coffee husks gasification using high temperature air/steam agent Fuel Process Technol., vol 91, no 10, doi: 10.1016/j.fuproc.2010.05.003 [8] V S Sikarwar, M Zhao, P S Fennell, N Shah, E J Anthony, 2017 Progress in biofuel production from gasification Prog Energy Combust Sci., vol 61, doi: 10.1016/j.pecs.2017.04.001 [9] N Couto, A Rouboa, V Silva, E Monteiro, K Bouziane, 2013 Influence of the Biomass Gasification Processes on the Final Composition of Syngas Energy Procedia, vol 36, doi: 10.1016/j.egypro.2013.07.068 [10] H N Nguyen, L Van De Steene, D D Le, 2018 Kinetics of rice husk char gasification in an H2O or a CO2 atmosphere Energy Sources, Part A Recover Util Environ Eff., vol 40, no 14, doi: 10.1080/15567036.2018.1486900 [11] H N Nguyen, T Tsubota, 2020 Complete Parametric Study of Bagasse Pellets During High-Temperature Steam Gasification J Therm Sci Eng Appl., vol 12, no 4, doi: 10.1115/1.4045698 [12] C Setter, F A Borges, C R Cardoso, R F Mendes, T J P Oliveira, 2020 Energy quality of pellets produced from coffee residue: Characterization of the products obtained via slow pyrolysis Ind Crops Prod., vol 154, doi: 10.1016/j.indcrop.2020.112731 [13] C Rodriguez, G Gordillo, 2011 Adiabatic Gasification and Pyrolysis of Coffee Husk Using Air-Steam for Partial Oxidation J Combust., vol 2011, doi: 10.1155/2011/303168 [14] P Tan, C Zhang, J Xia, Q Y Fang, G Chen, 2015 Estimation of higher heating value of coal based on proximate analysis using support vector regression Fuel Process Technol., vol 138, doi: 10.1016/j.fuproc.2015.06.013 [15] H N Nguyen, et al., 2021 Kinetic and structural changes during gasification of cashew nut shell char particles Environ Prog Sustain Energy, vol 40, no 3, doi: 10.1002/ep.13580 [16] K S W Sing, 1985 Reporting physisorption data for gas/solid systems with special reference to the determination of surface area and porosity (Recommendations 1984) Pure Appl Chem., vol 57, no 4, doi: 10.1351/pac198557040603 [17] J Saleem, U Bin Shahid, M Hijab, H Mackey, G McKay, 2019 Production and applications of activated carbons as adsorbents from olive stones Biomass Convers Biorefinery, vol 9, no 4, doi: 10.1007/s13399-019-00473-7 [18] A T Q Nguyen, et al., 2020 Release kinetics of potassium from silica‐ rich fern‐derived biochars Agron J., vol 112, no 3, doi: 10.1002/agj2.20209 AUTHORS INFORMATION Tran Van Bay1, Cao Thi Anh Ngoc2, Nguyen Hong Nam2 Faculty of Mechanical Engineering, University of Transport and Communications University of Science and Technology of Hanoi Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn Vol 57 - No (Oct 2021) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 105 ... ứng than Hình Hình ảnh SEM-EDX (a) than từ vỏ hạt cà phê (b) than từ vỏ hạt điều Kết EDS cho thấy tương đồng than có nguồn gốc từ hai loại sinh khối Nguyên tố chiếm ưu xuất bề mặt hai loại than. .. khí hóa chất thải khơng phù hợp làm than sinh học Trong đó, vỏ hạt điều phù hợp cho q trình chuyển hóa lượng, thêm vào than vỏ hạt điều có tiềm để sử dụng than sinh học Vì vậy, hiệu suất chuyển... sau khí hóa chúng để có giải pháp kết hợp sản xuất lượng sử dụng chất thải rắn sau q trình khí hóa dùng làm than sinh học VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.1 Nguyên liệu sinh khối Một số nhà máy chế biến