Биоуголь и строительные материалы на его основе

Дата размещения: 2025-08-19

Что такое биоуголь?

Биоуголь — это продукт, который получается в процессе термической переработки продуктов растительного происхождения, так называемой биомассы. Такой уголь набирает популярность во всем мире, поскольку страны стремятся использовать больше возобновляемых источников энергии в целях сокращения выбросов парниковых газов.

Превращение биомассы в биоуголь позволяет получить материал, характеристики которого схожи с характеристиками традиционного ископаемого угля, но при его использовании сокращаются выбросы вредных веществ в атмосферу.

Получение биоугля

Биоуголь получают путём переработки сухой биомассы в инертной среде (без прсутствия кислорода) при высоких температурах. Этот процесс называется пиролизом. В зависимости от температуры и характеристик конечного продукта, этот процесс также может называться торрефикацией. Этот процесс обычно осуществляется с использованием вращающейся печи с косвенным нагревом .

Процесс преобразования биомассы в биоуголь варьируется в зависимости от характеристик исходного материала. Однако, как правило, для получения биоугольного продукта биомасса обрабатывается при температуре от 500 до 800°F (250–360°C) в течение определённого времени выдержки.

Во вращающейся печи отводятся низкокалорийные углеводороды, которые можно сжигать и использовать для получения тепла, необходимого на этапе сушки при переработке биомассы.

Биоуголь можно уплотнить, чтобы улучшить его энергетическую емкость и характеристики обработки.

Преимущество биоугля

Более высокая энергетическая ценность

Процесс производства биоугля повышает энергетическую ценность биомассы, делая её сопоставимой с теплотворной способностью обычного угля. При торрефикации, за счет температуры, происходит уменьшение массы материала. Это приводит к большему получению энергии на единицу веса.

Уменьшенное содержание влаги

Преобразование биомассы в биоуголь дополнительно снижает влажность материала. Помимо повышения энергетической ценности материала, это делает его гидрофобным. Биоуголь не впитывает влагу из воздуха и не требует специальных условий хранения. Это свойство помогает при транспотировки и хранении позволяет снизить расходы.

Очиститель ожогов

В отличие от ископаемого угля, биоуголь не содержит серы, оксидов азота и ртути. Кроме того, его зольность значительно ниже, чем у традиционного угля. Сочетание этих факторов обеспечивает гораздо более чистое сжигание, снижая выбросы парниковых газов.

Использование биоугля не только способствует защите окружающей среды за счет сокращения выбросов парниковых газов, но и открывает для компаний возможность приобретать компенсацию выбросов углерода, что еще больше повышает экономические показатели внедрения биоугля в качестве альтернативы ископаемому топливу.

Легкая реализация

Биоуголь — особенно перспективный вариант, поскольку по своим характеристикам он не уступает традиционным угольным продуктам. В отличие от других продуктов биомассы, таких как древесная щепа или пеллеты, для использования биоугольного топлива электростанциям требуется лишь незначительное изменение оборудования, если оно вообще требуется. Это связано с тем, что биоуголь можно измельчать, что позволяет легко интегрировать его в существующие системы, поскольку он по своим характеристикам аналогичен традиционному угольному порошку. Биоуголь можно смешивать и сжигать вместе с традиционным углем.

Помимо использования на угольных электростанциях, биоуголь также привлекает внимание производителей цемента, где в настоящее время в качестве источника топлива используется значительное количество энергии в виде угля и нефтяного кокса.

Заключение

Биоуголь это возобновляемый источник энергии — который сыграет важную роль в сокращении выбросов парниковых газов и снижении нашей зависимости от традиционного угля. В условиях изменения климата биоуголь является привлекательным вариантом для сокращения выбросов токсичных веществ и достижения целей по сокращению углеродного следа

Методы производства биоугля

Происхождение биомассы

Рисовая шелуха, использованная в данной работе, была собрана на местных рисозаводах. Опилки были предоставлены местной лесопилкой. Остальные отходы биомассы (пшеничная солома, жом и соевая солома) были собраны на местных фермах.

Все отходы биомассы были измельчены, просеяны и просеяны с размером частиц от 100 до 60 меш (от 150 до 250 мкм) для последующих исследований.

Перед быстрым пиролизом образцы высушивали в печи при температуре 105 °C в течение 12 часов для удаления влаги. Полученные сухие частицы биомассы были собраны для последующего быстрого пиролиза и анализа.

Приготовление биоугля

Биомасла были первоначально приготовлены методом быстрого пиролиза. Предварительно высушенных отходов биомассы, в количестве 5 г помещали в подающую трубку под потоком N₂ ₍ 400 мл/мин ⁾ на 30 минут для удаления избытка воздуха.

При повышении температуры до 500 °C поток N₂ доводили до 200 мл/мин ^, и отходы биомассы быстро помещали в кварцевый трубчатый реактор. Образовавшиеся летучие вещества продували потоком N₂ конденсировали с помощью холодного этанола для получения биомасла.

Биоуголь затем получали путем атмосферной перегонки бионефти. Атмосферная перегонка проводилась в круглодонной колбе, помещенной в масляную баню, в которой взвешенное количество бионефти медленно нагревалось до 240 °C при интенсивном перемешивании магнитной мешалкой. В процессе этой периодической перегонки летучие вещества поднимались вверх, а бионефть непрерывно конденсировалась при повышении температуры, в результате чего остаток становился все более вязким. Баня поддерживалась при максимальной температуре в течение 20 минут, а затем охлаждалась до комнатной температуры. Вязкий остаток атмосферной перегонки постепенно превращался в черное твердое вещество (биоуголь) при комнатной температуре. Затем его измельчали, измельчали и просеивали до размера частиц менее 100 меш (150 мкм), сушили в вакууме при 80 °C в течение 12 часов для частичного удаления остаточной воды и хранили в эксикаторе для дальнейшего использования.

Характеристика биоугля

Элементный состав (C, H, O, N и S) отходов биомассы и биоугля определяли на элементном анализаторе Vario EL cube (VARIO EL III, Elementar Inc., Германия).

Что касается экспресс-анализа сухой рисовой шелухи и биоугля, зольность измеряли гравиметрическим методом, предписанным в ASTM D 3174-04, содержание летучих веществ определяли изотермическим термогравиметрическим (ТГ) методом, а содержание связанного углерода рассчитывали по разнице. В ТГ-методе от 3,0 до 8,0 мг образцов нагревали в ТГ-анализаторе (TGA-Q5000, TA Co., США) в атмосфере N2 с расходом ^{25 мл/}_мин . Температуру программировали от комнатной до 110 °C со скоростью 10 °C/мин ^и поддерживали в течение 10 мин перед повышением до 900 °C со скоростью 25 °C/мин ^. Помимо содержания летучих веществ, термические характеристики рисовой шелухи и биоугля были получены также методом термогравиметрии (ТГ). Удельную поверхность биоугля определяли по изотермам адсорбции-десорбции N2 _при -196 °C с использованием прибора Micromeritics Gemini (ASAP2020 M+C, Micromeritics Co., США) и рассчитывали по методу Брунауэра, Эммета и Теллера.

Насыпная и объёмная плотность энергии биоугля определялись методом заполнения и постукивания ( 28 ). Биоуголь загружался в стеклянную колонку определённого объёма, после чего стеклянная колонка постукивалась по столу до тех пор, пока не прекращалось изменение объёма. Регистрировались конечный объём и масса образца. Для каждого образца проводились множественные измерения, результаты представлены в килограммах на кубический метр. Для измерений насыпной плотности стандартная погрешность составила 1,5%.

Плотность энергии биоугля рассчитывали по формуле Дюлонга: плотность энергии биоугля (кДж/кг ⁾ = 337 C + 1419 (H − 1/8 O) + 93 S + 23,26 N.

Элементный состав биоугля C, H, O, S и N определяется с помощью элементного анализатора. Содержание тяжёлых металлов в биоугле определяли методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (Plasma Quad Co., США) после разложения HNO ₃ /H ₂ O _{2 .}

Биоуголь и строительные материалы на его основе

Строительные материалы из биоугля

Берлинский стартап Made of Air разработал специальный нетоксичный биопластик на основе биоугля, полученного из лесных и сельскохозяйственных отходов. Он улавливает углерод и может использоваться в самых разных областях: от фасадов зданий до мебели, интерьеров, транспорта и городской инфраструктуры.

Переработанный материал на 90% состоит из углерода и способен поглощать CO2 из атмосферы, а также сам по себе является углеродно-отрицательным материалом.

Биогенные наполнители

Материалы — это следующий рубеж декарбонизации, но выбросы категории 3 по-прежнему представляют собой серьёзную проблему в большинстве корпоративных цепочек поставок. Революционное решение — наполнение материалов биоуглеродом, разработанным с применением супертехнологий.

Преимущества биогенных наполнителей

-3 тонны CO₂ на тонну, значительная декарбонизация пластика и других промышленных материалов
легче минеральных наполнителей, предлагая ту же ценность за меньшую массу на момент покупки.
выдерживают все основные формы переработки благодаря термостойкости и обладают естественной устойчивостью к ультрафиолетовому излучению.

Неуглеродистые поверхности для инновационного дома

Биоматериал поглощает больше CO₂, чем выбрасывается при его производстве. Благодаря панелям повседневные поверхности в наших домах могут стать поглотителями углерода. Продукция из панелей проходит сертификацию независимой организации LCA. Благодаря высокому содержанию биоуглерода в сырье и длительному сроку службы в строительстве мы создали продукты, которые действуют как постоянные поглотители углерода.

Преимущества неуглеродистых поверхностей

Изготовлено с использованием наших функциональных наполнителей и пригодно для повторного использования. Можно использовать с имеющимися инструментами для деревообработки.
Подходит для шкафов и корпусов, защитных экранов, стеновых панелей, подоконников и т. д. Возможна текстурированная отделка.
Естественная устойчивость к воздействию тепла и ультрафиолета обеспечивает длительный срок службы. Водо- и маслостойкая поверхность, легко моется.

Источник информации

1 Biocoal from Biomass: An Emerging Opportunity for Renewable Energy
2 Bio-coal: A renewable and massively producible fuel from lignocellulosic biomass
3 17 Innovative Construction Materials Changing How We Build
4 We're in business to reverse climate change with materials