Obrana doktorskog rada :: Mislav Kontek, mag. ing. agr.
19.9.2023. u 13 sati :: Velika vijećnica Agronomskog fakulteta
Demineralizacija i poboljšanje energetskih svojstava biomase miskantusa uvođenjem kiselinskog predtretmana (Demineralization and improvement of fuel properties of miscanthus by applying acid pretreatment)
Mentorica doktorskog rada:
- Izv. prof. dr. sc. Vanja Jurišić, Sveučilište u Zagrebu Agronomski fakultet
Povjerenstvo za obranu doktorskog rada:
- Prof. dr. sc. Tajana Krička, Sveučilište u Zagrebu Agronomski fakultet, predsjednik
- Izv. prof. dr. sc. Ana Matin, Sveučilište u Zagrebu Agronomski fakultet, član
- Prof. dr. sc. Alan Antonović, Sveučilište u Zagrebu Fakultet šumarstva i drvne tehnologije, član
Sažetak doktorskog rada:
Unatoč brzom razvoju drugih obnovljivih izvora, smatra se da će biomasa ostati najčešće korišteni obnovljivi izvor energije i u sljedećim desetljećima u EU. Biomasa se najčešće koristi za proces neposrednog izgaranja, nakon čega ostaju značajne količine pepela. Smatra se da je pepeo razlog nekih tehnoloških i ekoloških problema u sustavima za izgaranje te predstavlja nedostatak biomase kao energenta. Miscanthus x giganteus je poljoprivredna energetska kultura čiji uzgoj i uporaba u proizvodnji energije raste u posljednjem desetljeću. S pozicije njegovog iskorištenja u procesu neposrednog izgaranja i problematike same biomase u tom procesu, postoji potreba za pronalaskom rješenja smanjenja pepela s ciljem dobivanja učinkovitijeg procesa. Predtretman djelomičnog uklanjanja pepela prije izgaranja biomase jedan je od načina sprečavanja gore navedenih poteškoća do kojih dolazi primjenom procesa neposrednog izgaranja.
Održivost, odnosno učinkovitost biomase u takvom obliku korištenja ovisi o nizu energetskih svojstava, među kojima su ogrjevna vrijednost te sadržaj pepela, fiksiranog ugljika, hlapivih tvari i koksa. Sadržaj koksa i visoka ogrjevna vrijednost poželjna su svojstva biomase. S druge strane, sadržaj hlapivih tvari i pepela negativno utječu na energetsku iskoristivost na način da svojim prisustvom smanjuju ogrjevnu vrijednost. Pepeo, kao jedno od najčešće istraživanih svojstava, je nepoželjan i zbog svog katalitičkog utjecaja na termičku razgradnju.
Ciljevi ovog istraživanja bili su odrediti poboljšanje energetskih svojstava i smanjenje pepela (demineralizaciju) biomase miskantusa nakon kiselinskog predtretmana te odrediti potrebnu koncentraciju klorovodične kiseline, temperaturu i vrijeme trajanja hidrolize lignoceluloze u svrhu utvrđivanja optimalnog smanjenja pepela i povećanja energetskih svojstava biomase miskantusa.
Istraživanje je bilo podijeljeno u četiri glavne faze, uključujući prikupljanje i pripremu uzoraka, zatim određivanje njenih energetskih svojstava, demineralizaciju biomase i dizajn eksperimenta te obradu i interpretaciju podataka.
Istraživanje je pokazalo kako se demineralizacijom biomase značajno mijenjaju sva istraživana energetska svojstva, izuzev sadržaja silicija. Svi korišteni tretmani rezultirali su povoljnim promjenama, prvenstveno u pogledu smanjenja sadržaja pepela (do 56,07 %) te samim time sadržaja makro- i mikroelemenata. 18 energetskih svojstava biomase promijenjeno je utjecajem koncentracije HCl-a u otopini, 13 svojstava utjecajem vremena trajanja tretmana dok je temperatura bila značajni faktor kod promjene sadržaja željeza, celuloze te hemiceluloze. Značajni utjecaj međusobne interakcije koncentracije HCl-a i temperature zabilježen je kod promjene 5 svojstava, jednako kao i kod međusobne interkacije koncentracije HCl-a s vremenom trajanja tretmana. Interakcija temperature i vremena trajanja značajno je utjecala na smanjenje sadržaja natrija, dok je trostruka interakcija svih istraživanih parametara utjecala na promjenu sadržaja natrija, željeza te hemiceluloze.
Korištenjem funkcije poželjnosti, optimizirani su eksperimentalni čimbenici s ciljem dobivanja biomase što poželjnijih energetskih svojstava. Takve rezultate moguće je postići korištenjem uvjeta s najkraćim vremenom trajanja (30 min), pri najvišoj koncentraciji HCl-a u otopini (0,05 %) te najnižoj temperaturi (25 °C).
Ključne riječi: miskantus, energetska svojstva, kiselinska hidroliza, demineralizacija