Біологічні системи: теорія та інновації

Особливості термічної деструкції деревини рослин зростаючих на гірничих субстратах

М.М. Харитонов, Н.В. Мартинова, І.В. Рула, М.Г. Бабенко
Завантажити статтю
Анотація

Швидкорослі деревні культури відповідають агрономічним, екологічним і соціальним параметрам, пов'язаним з успішним використанням у якості джерела енергії. Хімічний склад деревини визначає її біоенергетичну якість. Однак умови зростання також значним чином можуть впливати на термічну поведінку сировини. У зв’язку з цим, було вивчено особливості процесів термічної деструкції деревини верби, тополі, маслинки, айланту та павловнії, вирощених  на різних варіаціях фітомеліорованих гірничих порід, що залишилися після видобутку марганцевої руди. Термоліз досліджених видів відбувався у межах температур 30-60оС–490-590оС. У деревини маслинки усі чотири стадії деструкції чітко виражені, тоді як у інших видів діапазони розкладання геміцелюлози та целюлози частково перекриваються. Специфіка техноземів, на яких зростали досліджені рослини, впливає на теплові характеристики деревини. Змінення проявляються у швидкості проходження реакцій, вмісту легколетких компонентів та зміненні зольності деревини. Найбільш чутливими до умов довкілля є легколеткі компоненти, які, так само, впливають на швидкість проходження реакцій та на термостабільність деревини. Серед досліджених видів найбільш яскраві відмінності були відмічені для деревини маслинки та тополі

Ключові слова

деревні енергетичні рослини; рекультивовані землі; гірничі субстрати; термоліз

ЦИТУВАТИ
Kharytonov, M., Martynova, N., Rula, I., & Babenko, M. (2022). Thermal analysis of switchgrass (Panicum virgatum L.) grown on reclaimed lands. Biological Systems: Theory and Innovation, 13(1), 27-34. https://doi.org/10.31548/biologiya13(1-2).2022.002
Використані джерела

[1] Brostow, W., Menard, K.P., & Menard, N. (2009). Combustion properties of several species of wood. Chemisrty & Chemical Technology, 3(3), 173-176.
Retrieved from http://science2016.lp.edu.ua/sites/default/files/Full_text_of_%20papers/full_text_248.pdf.

[2] Feng, Q., Chaubey, I., Engel, B., Cibin, R., Sudheer, K.P., Volenec, J. (2017). Marginal land suitability for switchgrass, Miscanthus and hybrid poplar in the Upper Mississippi River Basin (UMRB). Environmental Modelling & Software, 356-365. doi: 10.1016/j.envsoft.2017.03.027.

[3] Gelfand I., Sahajpal, R., Zhang, X., Izaurralde, C., Gross, K.L., & Robertson, G.P. (2013). Sustainable bioenergy production from marginal lands in the US Midwest. Nature, 493, 514-517. doi: 10.1038/nature11811.   

[4] González, M.M., Dupont, C., Thiéry, S., Meyer, X.-M., & Gourdon, C. (2018). Impact of biomass diversity on torrefaction: Study of solid conversion and volatile species formation through an innovative TGA-GC/MS apparatus. Biomass and Bioenergy, 119, 43-53. doi: 10.1016/j.biombioe.2018.09.002.

[5] Khalil, R.A., Mészáros, E., Grønli, M.G., Várhegyi, G., Mohai, I., Marosvölgyi, B., & Hustad, J.E. (2008). Thermal analysis of energy crops. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 81(1), 52-59. doi: 10.1016/j.jaap.2007.08.004.   

[6] Larabi, C., al Walid, M., Szeto, K.C., Boyron, O., Roubaud, A., Castelli, P., & Walter, J.J. (2013). Monitoring pine wood thermolysis under hydrogen atmosphere by in situ and ex situ techniques. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 100, 81-87.   
doi: 10.1016/j.jaap.2012.11.022.

[7] Liu, S., Lu, H., Hu, R., Shupe, A., Lin, L., & Liang, B. (2012). A sustainable woody biomass biorefinery. Biotechnology Advances, 30(4), 785-810.
doi: 10.1016/j.biotechadv.2012.01.013.   

[8] Lyytimäki, J. (2019). Burning wet wood: Varieties of non-recognition in energy transitions. Clean Technologies and Environmental Policy, 21, 1143-1153. doi: 10.1007/s10098-019-01699-9.

[9] Poletto, M., Zattera, A.J., & Santana, R.M.C. (2012). Thermal decomposition of wood: Kinetics and degradation mechanisms. Bioresource Technology, 126, 7-12. doi: 10.1016/j.biortech.2012.08.133.   

[10] Prins, M.J., Ptasinski, K.J., & Janssen, F.J.J.G. (2006). Torrefaction of wood: Part 1. Weight loss kinetics. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 77(1), 28-34.
doi: 10.1016/j.jaap.2006.01.002.

[11] Rodrigues, A., Vanbeveren, S.P.P., Costa, M., & Ceulemans, R.    (2017). Relationship between soil chemical composition and potential fuel quality of biomass from poplar short rotation coppices in Portugal and Belgium. Biomass and Bioenergy, 105, 66-72. doi: 10.1016/j.biombioe.2017.06.021.   

[12] Saha, M., & Eckelman, M.J. (2015). Geospatial assessment of potential bioenergy crop production on urban marginal land. Applied Energy, 159, 540-547.
doi: 10.1016/j.apenergy.2015.09.021.   

[13] Schweier J., & Becker G. (2013). Economics of poplar short rotation coppice plantations on marginal land in Germany. Biomass and Bioenergy, 59, 494-502.
doi: 10.1016/j.biombioe.2013.10.020.

[14] Sebio-Puñal, T., Naya, S., López-Beceiro, J., Tarrío-Saavedra, J., & Artiaga, R. (2012). Thermogravimetric analysis of wood, holocellulose, and lignin from five wood species. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 109, 1163-1167. doi: 10.1007/s10973-011-2133-1.   

[15] Shen, D.K., Gu, S., Luo, K.H., Bridgwater, A.V., & Fang, M. X. (2009). Kinetic study on thermal decomposition of woods in oxidative environment. Fuel, 88(6), 1024-1030. doi: 10.1016/j. fuel.2008.10.034.   

[16] Walkowiak, M., & Bartkowiak, M. (2020). The kinetics of the thermal decomposition of the willow wood (Salix viminalis L.) exposed to the torrefaction processs, Drewno, 55, 37-49. Retrieved from
https://www.drewno-wood.pl/pdf-173636-95191?filename=The%20kinetics%20of%20the.pdf.