Cĩ nhiều tiêu chí để đánh giá than sinh học như: diện tích bề mặt riêng, thành phần carbon, độ pH và khả năng trao đổi cation
Trong nghiên cứu này, than sinh học được đánh giá chất lượng ở diện tích bề mặt riêng thơng qua khả năng chứa nước và tác động của than sinh học đến với cây trồng
3 6 2 Kết quả đánh giá than sinh học ở tiêu chí diện tích bề mặt riêng
Kết quả thực nghiệm cho thấy tại lượng khơng khí cấp khi ER = 0,2 và nhiệt độ vùng khử T2 = 750oC thì lượng than sinh học thu được là lớn nhất 37,8% Tuy nhiên, thực nghiệm lượng chứa nước đạt nhỏ nhất 3,9 ml/gram Bên cạnh đĩ, tại lượng khơng khí cấp khi ER = 0,4 và nhiệt độ vùng khử T2 = 900oC thì lượng than sinh học thu được là nhỏ nhất 27,1% Tuy nhiên, thực nghiệm lượng chứa nước đạt lớn nhất 5,6 ml/gram
Lượng chứa nước của than sinh học cĩ sự khác biệt như trên là do quá trình hình thành than sinh học cĩ sự tác động rất lớn của nhiệt độ và lượng khơng khí cấp Khi nhiệt độ và lượng khơng khí cấp thấp q trình hình thành cấu trúc than sinh học với diện tích bề mặt riêng thấp hơn khi nhiệt độ và lượng khơng khí cấp cao Điều này đã làm cho than sinh học thu được từ nhiệt độ và lượng khơng khí cấp cao cĩ khả năng chứa nước nhiều hơn than sinh học thu được từ nhiệt độ thấp và lượng khơng khí cấp thấp
3 6 3 Kết quả thí nghiệm tác động của than sinh học đến với cây trồng
Thí nghiệm đánh giá tác động của than sinh học đến với cây trồng được trình bày chi tiết ở Phụ lục 6 Kết quả thí nghiệm cho thấy chiều dài của thân và rễ cây bắp tăng khi tăng tỉ lệ than sinh học trong đất (Hình 3 63), điều này cho thấy khả năng giữ nước của than sinh học cĩ ảnh hưởng đến sự phát triển của cây bắp là rõ rệt [83] Trong thí nghiệm này, chiều cao cây bắp sau 35 ngày khi trồng trong chậu chỉ chứa đất đạt 70 cm, trong khi đĩ chiều cao của thân cây bắp ở các chậu cĩ tỉ lệ than sinh học 1%, 3% và 5% lần lược là 80 cm, 93 cm và 107 cm 120 100 80 60 40 20 0 0 1 2 3 4 5 6 Tỉ lệ biochar trong đất (%)
Hình 3 63 Chiều cao của bắp ứng với tỉ lệ than sinh học trong đất
y = 2+ R² = + 69 5 Ch iề u ca o th ân c ây b ắp (c m )
Bảng 3 20 Kết quả thí nghiệm trồng bắp
Lượng chứa nước, ml/g Tỉ lệ biochar trong đất, % 3,9 4,5 5,6 SEM p 1 3 5 SEM p Thân, cm Rễ, cm Rễ, g 85,7 37,8 20,4 91 42,4 22,6 99,1 54,4 20,7 1,16 2,7 1,74 0,001 0,28 0,62 79,5 42,4 13,7 90,9 43,7 21,6 105 48,6 28,4 1,84 1,74 1,74 0,001 0,001 0,001
Bảng 3 20 biểu diễn giá trị trung bình về chiều cao bắp, chiều dài rễ bắp và trọng lượng của rễ sau khi trồng 35 ngày ứng với lượng chứa nước của than sinh học và tỉ lệ than sinh học được thêm vào đất
140 120 100 80 60 40 20 0 1 WRC 3 9 WRC 4 5 WRC 5 6 5 Tỉ lệ biochar trong đất (%)
Hình 3 64 Chiều cao bắp ứng với lượng chứa nước và tỉ lệ của than sinh học
Kết luận
- Cùng là than sinh học cĩ lượng chứa nước như nhau, nhưng nếu tăng tỉ lệ trộn than sinh học thì chiều cao của thân cây bắp cũng lớn hơn Điều này là do khi tỉ lệ lượng than sinh học trộn vào tăng lên thì khả năng giữ nước của đất tăng lên, giúp kéo dài thời gian cung cấp nước cho nhu cầu sinh trưởng và phát triển của cây bắp, vì vậy cây bắp phát triển tốt hơn Bên cạnh đĩ, việc tăng lượng than sinh học trong đất cịn giúp cho đất cĩ thể giữ được tốt hơn các khống chất vốn cĩ của đất và các loại phân bĩn bổ sung vào đất
Ch iề u ca o th ân (c m )
- Đặc biệt là biểu đồ chỉ ra rằng cùng với tỷ lệ trộn than sinh học vào đất nhưng với loại than cĩ lượng chứa nước lớn hơn thì sự phát triển của cây bắp cũng tốt hơn
- Cĩ sự khác biệt về chất lượng của than sinh học khi thay đổi các thơng số cơng nghệ của hệ thống hĩa khí trấu kiểu dịng khí đi xuống Vì vậy, tùy theo nhu cầu sử dụng than sinh học hoặc khí tổng hợp mà cĩ thể lựa chọn thơng số cơng nghệ cho quá trình hoạt động của hệ thống hĩa khí trấu kiểu dịng khí đi xuống
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1 Kết luận
- Luận án đã xác định các thơng số lý hĩa của trấu IR 50404, cơng thức hĩa học tổng quát của trấu, thành phần của tác nhân cấp vào hệ thống hĩa khí, các thành phần sản phẩm hĩa khí, phương trình tổng qt hĩa khí trấu, xây dựng các phương trình cân bằng khối lượng của các nguyên tố C, H2 và O2, phương trình cân bằng phản ứng tạo khí CH4 và phương trình cân bằng phản ứng chuyển H2O, phương trình cân bằng năng lượng từ phương trình tổng quát
- Đã xây dựng mơ hình tốn học và giải mơ hình tốn bằng ngơn ngữ lập trình Python nhằm dự đốn được các thành phần khí tổng hợp và hàm lượng than sinh học khi thay đổi 2 thơng số cơng nghệ là lượng khơng khí cấp và nhiệt độ vùng khử
- Đã chế tạo hồn thiện hệ thống hĩa khí trấu kiểu dịng khí đi xuống gồm bốn cụm chính: cụm hĩa khí và tháo than; cụm cyclone lọc và ống dẫn khí; cụm làm mát và cụm lọc tinh và bét đốt cho thực nghiệm kiểm chứng kết quả nghiên cứu lý thuyết
- Kết quả thực nghiệm đã cho thấy một số quy luật biến đổi chung giữa giải mơ hình tốn học và thực nghiệm là hồn tồn phù hợp như: Khi nhiệt độ tăng lên thì lượng than sinh học thu được từ kết quả thực nghiệm cũng như lý thuyết đều giảm; Bên cạnh đĩ, tại cùng một mức nhiệt độ vùng khử nếu tăng lượng khơng khí cấp khi ER = 0,2 ÷ 0,4 thì lượng than sinh học cũng giảm, tuy nhiên hàm lượng khí tổng hợp tăng khi ER = 0,2 ÷ 0,3 và hàm lượng khí tổng hợp giảm khi ER = 0,3 ÷ 0,4
- So sánh kết quả mơ hình tốn học và thực nghiệm cho thấy hàm lượng than sinh học và thành phần khí tổng hợp của mơ hình tốn thấp hơn nghiên cứu thực nghiệm Độ lệch chuẩn của phần dư RMSE của hai tổ hợp số liệu tương ứng ở các mức nhiệt độ vùng khử T2 = 750oC, 800oC, 850oC và 900oC lần lược là 1,642; 1,882; 1,445 và 1,345 Giá trị này chỉ ra rằng sự khác biệt giữa mơ hình tốn và thực nghiệm ở tất cả các trường hợp đều khơng cĩ ý nghĩa, vì vậy mơ hình tốn đã xây dựng là phù hợp
- Trong phạm vi nghiên cứu của luận án (mơ hình tốn đã xây dựng, thiết bị thí nghiệm được chế tạo, điều kiện và số lượng thí nghiệm đã thực hiện), luận án cũng đã xây dựng các phương trình dự đốn thể tích các khí H2, CO và CH4 và than sinh học (C) với nhiệt độ vùng khử T2 và hệ số khơng khí cấp ER
+ Phương trình biểu diễn mối quan hệ giữa YH2 với T2 và ER như sau:
+ Phương trình biểu diễn mối quan hệ giữa YCO với T2 và ER như sau: YCO = 50,124 – 0,153 T2 + 109,009 ER – 152,271 ER2 với R2 = 0,97
+ Phương trình biểu diễn mối quan hệ giữa YCH4 với T2 và ER như sau:
YCH4 = 30,952 – 0,083 T2 + 23,750 ER – 66,529 ER2 với R2 = 0,97
+ Phương trình biểu diễn mối quan hệ giữa YC với T2 và ER như sau: YC = 84,174 – 0,061 T2 – 12,684 ER với R2 = 0,98
- Kết quả quy hoạch thực nghiệm để đánh giá khả năng làm việc của hệ thống hĩa khí trấu kiểu dịng khí đi xuống cũng được thực hiện Kết quả giải bài tốn đa mục tiêu đã xác định được các chỉ tiêu và thơng số vận hành của thiết bị như sau:
+ Nhiệt độ vùng khử T2 = 745 (oC) và hệ số khơng khí cấp ER = 0,29
+ Nhiệt trị khí tổng hợp LHVmax = 5,53 (MJ/Nm3) và lượng than sinh học Cmax = 37,5 (%)
- Như vậy kết quả nghiên cứu của luận án đã đạt được tiêu chí đề ra là thu được đồng thời lượng than và lượng khí với giá trị cụ thể là: nhiệt trị của khí phải lớn hơn 4,0 MJ/Nm3 và lượng than sinh học phải cĩ tỉ lệ lớn hơn 25% lượng trấu cấp
- Việc đánh giá tác động của than sinh học đến với cây trồng cũng được thực hiện Thơng qua thực nghiệm đã chỉ ra rằng chất lượng than sinh học phụ thuộc vào nhiệt độ vùng khử và lượng khơng khí cấp Đồng thời, sự sinh trưởng và phát triển của cây bắp trong 35 ngày trồng thí nghiệm cĩ sự ảnh hưởng của than sinh học là rất rõ ràng
2 Kiến nghị
Luận án đã giải quyết được mục tiêu đề ra với kết quả nghiên cứu phù hợp và tin cậy cao Tuy nhiên để hồn thiện thì thành phần than sinh học cần được nghiên cứu đầy đủ hơn Trong luận án, than sinh học mới được khảo sát về khối lượng và đánh giá tác động đến sinh trưởng cây bắp trong một vụ trồng Để đánh giá đầy đủ và khoa học hơn cần phải tiếp tục thực hiện các nghiên cứu về than sinh học như: Diện tích bề mặt, độ pH, khả năng trao đổi Cation (CEC – Citation Exchange Capacity)
Ngồi ra, nghiên cứu tiếp theo cĩ thể khảo sát thêm ảnh hưởng các thơng số cơng nghệ vận hành khác của hệ thống hĩa khí sinh khối như: loại nhiên liệu, số lượng các điểm cấp khơng khí vào buồng phản ứng, độ ẩm của nhiên liệu, v v đến số lượng và chất lượng của khí tổng hợp và của than sinh học
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
1 Nguyen Van Lanh, Nguyen Huy Bich, Bui Ngoc Hung and Nguyen Nam Quyen,"Performance of Household Rice Husk Downdraft Gasifier in Vietnam:
Modeling and experiment" International Journal on Advanced Science, Engineering and
Information Technology, Vol 11 (2021) No 5, pp 1958-1963, (Tạp chí Scopus ISSN
2088-5334) http://dx doi org/10 18517/ijaseit 11 5 16160
2 Lanh N V, Bich N H, Quyen N N, Hung B N and Preston T R “Water retention
capacity of biochar and its effect on growth of maize” Livestock Research for Rural
Development Volume 31, Article #95; 2019 (Tạp chí Scopus ISSN 0121-3784)
www lrrd org/lrrd31/6/lanh31095 html
3 Lanh N V, Bich N H, Quyen N N, Hung B N and Preston T R “A study on designing,
manufacturing and testing a household rice husk gasifier” Livestock Research for Rural
Development Volume 30, Article #35; 2018 (Tạp chí Scopus ISSN 0121-3784)
www lrrd org/lrrd30/2/lanh30035 html
4 Nguyen Huy Bich, Nguyen Van Lanh, Bui Ngoc Hung “The Composition of Syngas
and Biochar Produced by Gasifier from Viet Nam Rice Husk” International Journal on
Advanced Science, Engineering and Information Technology, Vol 7 (2017) No 6, p 2258-2263 (Tạp chí Scopus ISSN 2088-5334) http://dx doi org/10 18517/ijaseit 7 6 2623 5 Lanh N V, Bich N H, Hung B N, Khang D N and Preston T R “Effect of the air-flow
on the production of syngas, tar and biochar using rice husk and sawdust as feedstock in an updraft gasifier stove” Livestock Research for Rural Development Volume 28,
Article #71 2016 (Tạp chí Scopus ISSN 0121-3784)
http://www lrrd org/lrrd28/5/lanh28071 html
6 , Nguyễn Huy Bích, Bùi Ngọc Hùng “Năng lượng sinh khối và
thực trạng phát triển hĩa khí sinh khối tại Việt Nam” Hội nghị Khoa hoc và Cơng nghệ
TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Bisht, A S and N S Thakur, Small scale biomass gasification plants for electricity
generation in India: Resources, installation, technical aspects, sustainability criteria & policy Renewable Energy Focus, 2019 28: p 112-126
Vonk G, P B , Felipe Dos Santos P, Wolbert D, Vaitilingom G , Comparative analysis
of wood and solid recovered fuels gasification in a downdraft fixed bed reactor Waste
Manag, 2019 85: p 106-120
Aydin, E S , O Yucel, and H Sadikoglu, Experimental study on hydrogen-rich syngas
production via gasification of pine cone particles and wood pellets in a fixed bed downdraft gasifier International Journal of Hydrogen Energy, 2019 44(32): p 17389-
17396
Dai, X , S Theppitak, and K Yoshikawa, Pelletization of Carbonized Wood Using
Organic Binders with Biomass Gasification Residue as an Additive Energy & Fuels,
2018 33(1): p 323-329
Hoesung Lee, Statement on the 30th anniversary of the IPCC First Assessment Report Intergovernmental Panel on Climate Change, 2020
Nguyễn Thanh Hào and Nguyễn Huy Bích, Giáo trình Kỹ thuật Năng lượng Tái tạo NXB Đại học Quốc gia Tp HCM, 2015
Nguyễn Thế Bảo, Năng lượng tái tạo và Sự phát triển bền vững Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Tp HCM, 2017
Phan Hiếu Hiền, Năng lượng trong Nơng nghiệp Nhà xuất bản Nơng nghiệp, 2015 Đỗ Thị Mỹ Phượng, Năng lượng từ sinh khối nơng nghiệp Rơm rạ– Nghiên cứu điển
hình ở Đan Mạch & Thái Lan Báo cáo Seminar, 2013
10 Tập đồn Điện lực Việt Nam, Press Review (Aug - Oct 2020)
http://gizenergy org vn/en/ , 2020
11 12 12 13 14 15 16
Prabir Basu, Biomass Gasification and Pyrolysis - Practical Design and Theory Elsevier, 2010
Heidenreich, S and P U Foscolo, New concepts in biomass gasification Progress in Energy and Combustion Science, 2015 46: p 72-95
Sutar Kailasnath B, K S , Ravi M R, Ray Anjan , Biomass cookstoves: A review of
technical aspects Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2015 41: p 1128-
1166
Pode Ramchandra, Diouf Boucar, and Pode Gayatri, Sustainable rural electrification
using rice husk biomass energy: A case study of Cambodia Renewable and Sustainable
Energy Reviews, 2015 44: p 530-542
Teoh Y H, H H G , Masjuki H H, Nguyen H T, Kalam M A, Alabdulkarem A ,
Investigation on particulate emissions and combustion characteristics of a common- rail diesel engine fueled with Moringa oleifera biodiesel-diesel blends Renewable
Energy, 2019 136: p 521-534
Singh, H , S Kumar Mohapatra, and M Singh Kaler, Investigation of Various
Parameters of Dual Fuel Engine Using Biomass Waste – Producer Gas as an Induced Fuel Journal of Physics: Conference Series, 2019 1276: p 012062
17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35
Mirko Barz, Năng lượng từ sinh khối nơng nghiệp - Kinh nghiệm và Yếu tố quyết
địnhthành cơng Diễn đàn Đức - Việt về Năng lượng sinh học ở Việt Nam, 2013: p 1-
30
Thành Cơng, Năng lượng sinh khối Việt Nam: Vẫn là tiềm năng Tạp chí Năng lượng mới, 2014 343
Tổng cục Thống kê, https://www gso gov vn/ 2020
Reed, T B and A Das, Handbook of Biomass Downdraft Gasifier Engine Systems Solar Energy Research Institute, 1988 SERUSP - 271 - 3022, NTIS
Speight J G , Gasification processes for syngas and hydrogen production 2015: p 119-146
Pereira, E G , et al , Sustainable energy: A review of gasification technologies Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2012 16(7): p 4753-4762
Son Young-Il, et al , Gasification and power generation characteristics of woody
biomass utilizing a downdraft gasifier Biomass and Bioenergy, 2011 35(10): p 4215-
4220
Nsamba Hussein Kisiki, et al , Improved Gasification of Rice Husks for Optimized
Biochar Production in a Top Lit Updraft Gasifier Journal of Sustainable Bioenergy
Systems, 2014 04(04): p 225-242
El-Shafay A S, H A A , Zeidan E S B, El-Emam S H, Okasha F M, Experimental and
numerical study of sawdust air-gasification Alexandria Engineering Journal, 2020
59(5): p 3665-3679
Rẳl A Páez Salcedo, Jorge M Viloria Sandoval, and G E V Ochoa , Progress in
Gasification Research - A Bibliometric Study International Journal of Applied
Engineering Research, 2018 13(16)
Albrecht Kaupp and John R Goss, Small scale gas producer systems Fried Vieweg & Sohn, Braunschweiig/Wiesbaden, Germany, 1984
R E Stickney, V N Piamonte, and A T Belonio, DA-IRRI Rice Hull Gasifier IRRI, Los Bađos, Laguna: Department of Agricultural Engineering , 1989
Ma Jing, C M , Yang Tianxue, Liu Zhengang, Jiao Wentao, Li Dong, Gai Chao ,
Gasification performance of the hydrochar derived from co-hydrothermal carbonization of sewage sludge and sawdust Energy, 2019 173: p 732-739
Upadhyay Darshit S, S A K , Panchal Krunal, Patel Amar H, Patel Rajesh N , Effect of
equivalence ratio on the performance of the downdraft gasifier – An experimental and modelling approach Energy, 2019 168: p 833-846