バイオ燃料用途のための持続可能なバイオマス残渣の開発

May 12, 2024

Scientific Reports volume 13、記事番号: 14248 (2023) この記事を引用

メトリクスの詳細

エネルギー生産のための熱化学変換前のバイオマス残留物については、物理化学的特性、熱分解挙動、および化学組成を包括的に理解することが重要です。 この調査では、付加価値のあるバイオエネルギーおよび化学製品としての潜在的な用途を評価するために、テフわら (TS)、コーヒー殻 (CH)、トウモロコシ穂軸 (CC)、およびスイートソルガム茎 (SSS) の残留物を特徴付けました。 CC、CH、TS、および SSS サンプルの熱劣化挙動は、4 つの異なる加熱速度を使用して計算されます。 活性化エネルギー値は 81.919 ～ 262.238 および 85.737 ～ 212.349 kJ mol−1 の範囲であり、KAS モデルおよび FWO モデルによって生成され、バイオマスからバイオ製品への変換プロセスを理解するのに役立ちました。 CC、CH、TS、SSS のセルロース、ヘミセルロース、リグニン含有量は、それぞれ 31.56 ～ 41.15%、23.9 ～ 32.02%、19.85 ～ 25.07% の範囲であることが判明しました。 残留物の発熱量は 17.3 ～ 19.7 MJ/kg の範囲であり、粗製バイオマスに匹敵します。 走査型電子顕微鏡写真では、すべてのバイオマス サンプルにおいて、凝集した不規則で粗い組織が明らかになり、平行線が栄養分と水の輸送経路を提供しています。 エネルギー分散型 X 線スペクトルと X 線回折分析により、高炭素質材料と結晶質の存在が示されました。 FTIR 分析により、特定の波数で顕著なバンド ピークが特定されました。 これらの発見に基づいて、これらの残留物は繊維、プラスチック、塗料、自動車、食品添加物産業などのさまざまな用途のエネルギー源としての可能性を秘めていると結論付けることができます。

人口の増加とそれに伴う高いエネルギー需要と環境への懸念により、政府および非政府機関は化学物質、燃料、エネルギー採掘に対してより高い環境責任を求めています。 再生可能資源から得られるバイオ燃料と化学物質は、世界のエネルギー需要を解決し、化石燃料への依存を減らすために不可欠です。 エネルギーのアクセス、利用、費用対効果は、世界中で開発を拡大する上で重要な役割を果たします1,2。 農業残渣と非栄養バイオマスには、石炭、天然ガス、石油に次ぐエネルギー生成の大きな可能性があります3,4,5,6。 したがって、バイオプロセスは複数のエネルギーに似た製品を提供し、循環型バイオエコノミーを強化することができます7,8。 バイオ燃料は、環境問題、燃料安全保障、社会経済的利益に対処し、持続可能な開発のための化石燃料への依存を軽減します9。 リグノセルロース系バイオマスから得られるバイオオイルは、バイオマスよりも高いエネルギー密度を有するため、将来の燃料生成において重要な役割を果たすことが期待されている10、11、12。 バイオ燃料生産の持続可能性のために、バイオエネルギーは世界中の総合的な循環経済の考えと結びついています。 バイオプロセスには、原料を処理、選択し、バイオエネルギーや化学物質などの付加価値のある生産物に変換することが含まれます。 Elliot13 は、バイオエネルギープロセスから得られる化学物質が繊維産業、プラスチック、塗料、自動車、食品添加物などのさまざまな用途に使用されていることを明らかにしました。 バイオマスとは主に森林および農業残渣を指し、発熱量、低コスト、入手可能性の点で最も有利な原料です14。 バイオマス残留物は、生化学的または熱化学的変換ルートを使用してエネルギーキャリアに変換できます15、16、17。

テフわら (TS)、コーヒー殻 (CH)、トウモロコシの穂軸 (CC)、およびスイートソルガムの茎 (SSS) 残留物は、図 1 に示すように、テフ、トウモロコシ、スイートソルガム、およびコーヒー加工から得られる農業廃棄物です。 [Eragrostis tef (Zuccagni.) Trotter] わらは、地元では ch'ed として知られており、主にエリトリア、ケニア北部、エチオピアで見られるテフ穀物に由来します18。 テフ穀物 25% とテフわら 75% で構成され、年間生産量はそれぞれ 430 万トンと 1,300 万トンです19,20。 テフわらは、他の穀物と比較して、反芻動物にとって栄養価の高い飼料と考えられています21,22。