Como foco no desenvolvimento de projetos de transporte de partículas através da tubulação, um novo tipo de partículas carbonizadas são moldadas, o que aumenta a densidade de energia, durabilidade e resistência à umidade.
A idéia inicial para o projeto da Universidade Queen's em Kingston, no Canadá, foi desenvolver uma bolacha de madeira que atenda as características desejadas do transporte de tubos Andrew Pollard, Professor de Engenharia Mecânica e de Materiais, Queen's University, Kingston. Para fazer isso, Os requisitos são esféricos para maximizar o enchimento no tubo. As partículas também precisam ser altamente duráveis e resistir ao impacto e ao desgaste dos tubos e outras partículas. Claro, eles devem poder ser submersos no tubo por um longo período de tempo - Naquela época, uma tal partícula não existia, de modo que a equipe da rainha iniciou um projeto de pesquisa por conta própria.
O processo de carbonização é interessante porque as partículas feitas com este processo não só aumentam a densidade de energia, mas também melhoram a dureza, principalmente a hidrofobicidade. No entanto, as partículas carbonatadas cilíndricas existentes não são ótimas na tubulação e a fratura As extremidades são fáceis de preencher com água e produzir partículas finas ou finas. Para serem transportadas por tubulação, as partículas exigirão uma superfície externa contínua, lisa e impermeável para minimizar danos e entrada de água.
Para fazer isso, o time fez os grânulos comprimindo a biomassa entre os dois moldes hemisféricos em vez de extrudir o material através do molde, como grânulos convencionais. Outra variante do processamento convencional envolve a compressão O molde é aquecido até a temperatura fixada por um período de tempo, a biomassa na cavidade do molde é carbonizada e os grânulos são então pressionados.
Curiosamente, a equipe descobriu que a degeneração de amostras cria um ambiente dentro do molde que impede o ar de interagir com a amostra aquecida, eliminando assim a necessidade de um ambiente inerte durante a carbonização. A primeira partícula produzida foi de cor marrom escuro com uma carbonização Como partículas, eles têm uma superfície externa lisa, dura e brilhante e, infelizmente, eles também têm um plano equatorial frágil que se separa facilmente pela metade.
À medida que as outras propriedades da partícula meio superavam muitas das fraquezas das partículas cilíndricas, a equipe concentrou-se na interação das partículas dentro do molde durante a compressão e determinou que o plano equatorial fraco era devido ao contato insuficiente entre as partículas A necessidade de melhorar a mistura entre as fibras de biomassa exigiu a Pollard ea equipe para redesenhar os moldes, que funcionavam como colheres de sorvete. Os grânulos resultantes tinham a mesma superfície exterior estanque e também eram mais firmes, conforme modificado Testes de impacto provam - por exemplo, jogando partículas em um piso de concreto, eles saltam e não têm efeito na superfície.
No entanto, a carbonização da biomassa nos moldes dificultou a escala do processo para a capacidade industrial, de modo que a equipe voltou sua atenção para determinar se os passos de carbonização e granulação poderiam ser separados enquanto ainda alcançavam as mesmas partículas robustas.
Para obter ajuda, a equipe convidou David Strong, professor da Universidade Queen's e presidente de engenharia de design no Conselho de Ciências Naturais e de Engenharia, para avaliar que as equipes precisam minimizar o tempo gasto em biomassa em moldes para serem industrializados industrialmente , Significando que a biomassa é carregada no molde após a sua pré-aquecimento ou a taxa de aquecimento da biomassa dentro do molde é significativamente aumentada.
O primeiro desafio foi lidar com os desafios de manipulação de materiais, especialmente em um ambiente de laboratório universitário, de modo que a equipe se concentrou na segunda opção. No entanto, a sabedoria tradicional da época era que a temperatura no processo de carbonização não deveria exceder 50 graus Celsius e Uma vez arrefecido, o material carbonizado "define" e não pode formar partículas sólidas, e os pesquisadores questionam esses pressupostos e, através de uma série de experiências, mostram que a biomassa previamente aquecida e arrefecida pode ser rapidamente reaquecida e comprimida para formar A mesma qualidade de partículas sólidas obtidas usando o processo original.
Esta é uma descoberta chave que permite que as equipes desenvolvam ainda mais, seja a biomassa crua ou pré-tratada, permanecendo perto de zero durante o ciclo de compressão. Muitos tipos de biomassa foram utilizados com sucesso no processo, abrangendo Biomasa Woody e não-lixa, como álamo, pântano, casca de aveia e cannabis.
Os fatos provaram que as propriedades desenvolvidas pela Queen's University (doravante denominadas Q'Pellets) também são adequadas para aplicações mais tradicionais, como co-disparar com carvão para geração de energia e como substituto de combustíveis com baixa emissão de carbono na produção de cimento. , Q'Pellets têm uma maior densidade de energia, dureza e hidrofobicidade do que partículas brancas ou não carbonatadas.
No entanto, o processo de moldagem por compressão utilizado para Q'Pellets resulta em um aumento da densidade, o aumento da densidade aparente devido ao seu material de embalagem esférico e melhorado e, portanto, um aumento na densidade de energia volumétrica. Q'Pellets também possuem uma superfície externa contínua, lisa e impermeável à água até o máximo Reduzir a geração de poeira e assim reduzir o problema das explosões de poeira. Além disso, suas superfícies de marisco minimizam a entrada de água - curiosamente, a equipe descobriu que o Q'Pellet foi submerso na água por um ano e meio e era durável O sexo não tem efeito.
Para avaliar o potencial comercial de Q'Pellets, um modelo baseado em planilha foi desenvolvido para permitir a análise tecnoeconômica e a análise simplificada do ciclo de vida de Q'Pellets, partículas carbonatadas cilíndricas e partículas brancas cilíndricas Com base no seguinte estudo de caso hipotético , Uma fábrica de escala comercial construída em Lake Williams, Colúmbia Britânica, completou entregas de produtos em Roterdã, Países Baixos, comparando a produção de cada tipo de partículas com base em sua taxa interna de retorno e em emissões de GEE ao longo da vida.
Analógico Q'Pellets taxa interna de rentabilidade de até 12,7%, 11,1% de partículas brancas, as partículas de carboneto de 8%. Análise do ciclo de vida simplificada que mostra, as emissões de gases com efeito de estufa vida de ciclo Q'Pellets por uma quantidade mínima de três produtos, 6,96 kgCO2eq / GJ, enquanto as partículas brancas 21.50kgCO2eq / GJ, partículas de carboneto de 10.08kgCO2eq / GJ. nessas emissões de gases com efeito de estufa do ciclo de vida, as partículas brancas acima as disposições máximos sustentáveis de emissões do ciclo de vida de legislação UE, modificando a entrada as variáveis da análise de sensibilidade modelo mostra que partículas brancas são mais sensíveis às variáveis de mercado não pode ser controlada, especialmente partículas preço de venda, os preços de biomassa como matéria-prima e os custos de transporte também realizou análise de Monte Carlo, os resultados mostram, com Q'Pellet A produção de partículas brancas é menos previsível do que a produção e é mais provável que leve a TIR negativa.
vantagem Q'Pellet é óbvio, aumentar a densidade de energia de volume, desempenho superior, ciclos de emissões de gases de efeito estufa. No entanto, a tecnologia Q'Pellet ainda está em um estágio relativamente inicial de desenvolvimento, mais trabalho precisa ser feito para melhorar o seu nível de habilidade. Pollard forte e acreditar, pode melhor atingir este trabalhando com parceiros da indústria são de base tecnológica, promovendo, assim, a tecnologia para a frente.
Portanto, escritório de transferência de tecnologia da universidade tem ajudado determinar parceiros industriais interessados em desenvolver e comercializar tecnologia Q'Pellet detém uma patente nos EUA cobrindo projeto de molde Q'Pellet, bem como um grande número de tecnologia de processamento e experiência, A equipe acredita que construiu uma base sólida para construir uma nova plataforma de granulação proprietária.