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 85,7 91 99,1 1,16 0,001 79,5 90,9 105 1,84 0,001 Rễ, cm 37,8 42,4 54,4 2,7 0,28 42,4 43,7 48,6 1,74 0,001 Rễ, g 20,4 22,6 20,7 1,74 0,62 13,7 21,6 28,4 1,74 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.
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.
0 20 40 60 80 100 120 140 1 3 5 C hi ều cao thâ n (c m ) Tỉ lệ biochar trong đất (%) WRC 3.9 WRC 4.5 WRC 5.6
- 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: YH2 = 35,569 – 0,099.T2 + 28,439.ER – 55,721.ER2 với R2 = 0,98
+ 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 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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 Văn Lành, 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. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. Hoesung Lee, Statement on the 30th anniversary of the IPCC First Assessment Report. Intergovernmental Panel on Climate Change, 2020.
6. Nguyễn Thanh Hào and Nguyễn Huy Bích, Giáo trình Kỹ thuật Năng lượng Tái tạo. NXB Đại học Quốc gia Tp.HCM, 2015. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
7. Nguyễn Thế Bảo, Năng lượng tái tạo và Sự phát triển bền vững. Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Tp.HCM, 2017.
8. Phan Hiếu Hiền, Năng lượng trong Nơng nghiệp. Nhà xuất bản Nơng nghiệp, 2015. 9. 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. Prabir Basu, Biomass Gasification and Pyrolysis - Practical Design and Theory.
Elsevier, 2010.
12. Heidenreich, S. and P.U. Foscolo, New concepts in biomass gasification. Progress in
Energy and Combustion Science, 2015. 46: p. 72-95.
13. 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.
14. 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.
15. 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.
16. 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. 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.
18. Thành Cơng, Năng lượng sinh khối Việt Nam: Vẫn là tiềm năng. Tạp chí Năng lượng mới, 2014. 343.
19. Tổng cục Thống kê, https://www.gso.gov.vn/. 2020.
20. Reed, T.B. and A. Das, Handbook of Biomass Downdraft Gasifier Engine Systems.
Solar Energy Research Institute, 1988. SERUSP - 271 - 3022, NTIS.
21. Speight J. G., Gasification processes for syngas and hydrogen production. 2015: p.
119-146.
22. Pereira, E.G., et al., Sustainable energy: A review of gasification technologies.
Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2012. 16(7): p. 4753-4762.
23. 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. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
24. 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.
25. 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.
26. 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).
27. Albrecht Kaupp and John R. Goss, Small scale gas producer systems. Fried. Vieweg & Sohn, Braunschweiig/Wiesbaden, Germany, 1984.
28. R. E. Stickney, V. N. Piamonte, and A. T. Belonio, DA-IRRI Rice Hull Gasifier. IRRI, Los Bađos, Laguna: Department of Agricultural Engineering., 1989.
29. 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.
30. 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.
31. Wang, D., et al., Biochar production and applications in agro and forestry systems: A
review. Sci Total Environ, 2020. 723: p. 137775.
32. Stefan Jirka and T. Tomlinson., State of the Biochar Industry 2013. International
Biochar Initiative, 2014.
33. Alexis T. Belonio, Rice husk gas stove handbook. College of Agriculture, Central
Philippine University, Iloilo City, Philippines, 2005.
34. Nguyễn Thạch, et al., Nghiên cứu kỹ thuật chuyển đổi động cơ diesel sử dụng nhiên liệu kép "diesel - khí hĩa từ cơng nghệ trấu khí hĩa". Tạp chí Cơng nghiệp Nơng thơn,
2014. 15: p. 13-18.
35. Bùi Trung Thành, Nguyễn Thạch, and Nguyễn Hồng Khơi, Khảo sát chế độ làm việc
của động cơ RV125 sử dụng nhiên liệu kép "Diesel - Khí". Tạp chí Cơng nghiệp Nơng
36. Phạm Trần Phúc Thịnh, Bùi Trung Thành, and Nguyễn Văn Tuyên, Nghiên cứu thực nghiệp xác định ảnh hưởng chế độ trấu khí hĩa đến cơng suất và tiết kiệm nhiên liệu của động cơ diesel sử dụng nhiên liệu kép. Tạp chí Cơng nghiệp và Nơng thơn 2014.
15: p. 28-34.
37. Basu, P., Biomass Gasification and Pyrolysis. Published by Elsevier Inc., 2010.
38. Nguyễn Thanh Quang and Đặng Thế Hùng, Nghiên cứu chế tạo hệ thống hĩa khí than
tầng cố định ngược chiều. Tạp chí Khoa học & Cơng nghệ Nhiệt, 2007. 77(9-11).
39. Ngơ Chí, Nghiên cứu chế tạo và khảo nghiệm thiết bị hĩa gas trấu theo nguyên lý tầng
sơi, điều khiển tự động bằng PLC. Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học Nơng Lâm (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tp.HCM, 2009.
40. Trần Văn Tuấn and Phan Hiếu Hiền, Nghiên cứu giải pháp cơng nghệ hĩa gas từ trấu
làm nhiên liệu cho động cơ diesel kéo máy phát điện. Hội nghị Khoa học và Cơng nghệ
tồn quốc về Cơ khí lần thứ IV, 2015: p. 583-593.
41. Bùi Trung Thành, Nghiên cứu tính tốn, thiết kế chế tạo 01 dây chuyền cơng nghệ sử
dụng trấu để cung cấp năng lượng cho các tổ hợp xay xát thĩc (lúa) cơng suất 6 - 10 tấn/giờ. Báo cáo tổng hợp kết quả khoa học cơng nghệ đề tài KC05.02/11-15, 2015.
42. Panwar, N.L. and N.S. Rathore, Environment friendly biomass gasifier cookstove for community cooking. Environmental Technology, 2015: p. 1-14.
43. Ma, Z., et al., Design and experimental investigation of a 190 kWe biomass fixed bed
gasification and polygeneration pilot plant using a double air stage downdraft approach. Energy, 2012. 46(1): p. 140-147.
44. Gai, C. and Y. Dong, Experimental study on non-woody biomass gasification in a downdraft gasifier. International Journal of Hydrogen Energy, 2012. 37(6): p. 4935-
4944.
45. Mahapatra, S. and S. Dasappa, Influence of surface area to volume ratio of fuel particles
on gasification process in a fixed bed. Energy for Sustainable Development, 2014. 19:
p. 122-129.
46. Bhoi, P.R., et al., Performance evaluation of open core gasifier on multi-fuels. Biomass and Bioenergy, 2006. 30(6): p. 575-579.