بعض الخصائص الفزیائیة لقوالب قش الارز

نوع المستند : Original Article

المؤلفون

1 أستاذ هندسة المنشآت الزراعیة والتحکم البیئی – کلیة الهندسة الزراعیة – جامعة الأزهر- القاهرة.

2 أستاذ مساعد هندسة المنشآت الزراعیة والتحکم البیئی – کلیة الهندسة الزراعیة – جامعة الأزهر- القاهرة، مصر.

3 معید بقسم هندسة المنشآت الزراعیة والتحکم البیئی- کلیة الهندسة الزراعیة - جامعة الأزهر- القاهرة، مصر.

المستخلص

أصبح استخدام الطاقة الجدیدة والمتجددة ضرورة ملحة نتیجة للنضوب السریع للوقود التقلیدی وتعتبر الکتلة الحیویة من أکبر مصادر الطاقة الجدیدة والمتجددة لتوافرها وإنخفاض اسعارها. وینظر الیوم الی الکتلة الحیویة کمصدر من مصادر الطاقة الواعدة لتخفیف انبعاث غازات الاحتباس الحراری وبالتالی یؤدی الی تحسین الظروف البیئیة المحیطة. وتعتبر المخلفات الزراعیة منتجات ثانویة داخل منظومة الانتاج الزراعی والتی تمثل مشکلة کبیرة لدی المزارعیین وتؤثر بالسلب علی البیئة المحیطة, حیث یتم التخلص منها بطرق بدائیة مثل الحرق أوالتخزین فوق اسطح المنازل مما یؤدی الی الحرائق وزیادة التلوث البیئی. ویمکن تعظیم الاستفادة من هذه المخلفات بتحویلها الی طاقة نظیفة مما یساهم فی حمایة البیئة من التلوث وتحسین الوضع الاقتصادی والبیئی. ویمکن استخدام هذه المخلفات کمصدر للطاقة عن طریق تکنولوجیا القولبة أو التکثیف.
الهدف من هذة الدراسة هو قولبة قش الأرز للوصول إلى الأهداف التالیة:
1- المساهمة فی حل مشکلة التخزین الضارة, حرق قش الأرز فی مصر ومنع تکون السحابة السوداء.
2- الحفاظ علی البیئة والزراعة بالتعامل مع هذة المخلفات بطریقة آمنة.
3- إنتاج وقود حیوی صلب رخیص، قابل للتخزین بسهولة، وسلیم بیئیا فی المناطق الریفیة المصریة.
لتحقیق الأهداف السابقة تم إجراء الخطوات التالیة:
1-      ضغط قش الأرز على ثلاثة مستویات للرطوبة (6,53، 8,90 و 10,26٪) باستخدام المکبس الهیدرولیکی. وإستخدام أربعة مستویات لضغط التشکیل (15, 32, 49 و60 میجا باسکال)، ثلاثة مستویات من درجات الحرارة (درجة حرارة الغرفة (35o م) , 75o م و 100o م)، وثلاث أزمنة لبقاء العینات تحت الضغط (10, 20 و 30 دقیقة).
2-     دراسة تأثیر عوامل الدراسة على خصائص الجودة لقوالب قش الأرز مثل [الکثافة الظاهریة (کجرام/م3)،نسبة الانضغاط، رجوعیة القوالب (٪)، مقاومة القوالب للماء (دقیقة) ومتانة القوالب(٪)].
3-       تقییم جودة المنتج النهائی لاستخدامة کوقود حیوی صلب بقیاس انبعاثات غازات (أول اکسید الکربون، ثانی اکسید الکربون، وأکاسید النیتروجین)، کفاءة عملیة الاحتراق للقوالب الناتجة، زمن بقاء العینة مشتعلة ومقارنة النتائج مع نتائج حرق قش الأرز المفروم.

کانت أهم النتائجالتىتمالحصولعلیهاکالتالى:

بزیادة کلا من ضغط التشکیل، درجة الحرارة وزمن البقاء العینة تحت الضغط تزداد کلا من الکثافة الظاهریة، نسبة الانضغاط، ومقاومة القوالب للماء والمتانة للقوالب الناتجة بینما تزداد الرجوعیة. ولکن بزیادة المحتوی الرطوبی تقل کلا من الکثافة الظاهریة، نسبة الانضغاط، مقاومة القوالب للماء و المتانة للقوالب الناتجة بینما تزداد الرجوعیة.
وقد کانت أفضل خصائص للقوالب الناتجة عند ضغط تشکیل 60 میجا باسکال ، محتوی رطوبی 6,53٪،  درجة الحرارة 100o م وزمن بقاء العینة تحت الضغط  30 دقیقة. حیث أعطت أعلی قیم للکثافة، نسبة الانضغاط، المتانة ومقاومة القوالب للماء  هی 1337 کجم/م3، 18، 95٪ و107 دقیقة على التوالی. فی حین، کان الحد الأدنى للمرونة التی تم الحصول علیها 7,11٪.
انخفضت قیم انبعاثات اول أکسید الکربون وثانی أکسید الکربون وأکاسید النیتروجین لقوالب قش الأرز بنسبة 69 و 54 و 37٪ على التوالی من قیم انبعاثات أول أکسید الکربون، ثانی أکسید الکربون وأکاسید النیتروجین لقش الأرز المفروم. وکانت کفاءة عملیة الاحتراق 95٪ و 70٪  لقوالب قش الارز وقش الارز المفروم علی الترتیب. وکان زمن بقاء العینة مشتعلة 74و 15 دقیقة لقوالب قش الارز وقش الارز المفروم علی الترتیب.  لذلک توصى الدراسة بإستخدام قوالب قش الارز کوقود صدیق للبیئة.

الموضوعات الرئيسية


ASAE Standard S269.4 (1996). Cubes, Pellets and Crumbles - Definition and methods for determining density, durability and moisture content.
Chin, O.C. and K.M. Siddiqui (2000). Characteristics of some biomass briquettes prepared under modest die pressures. Biomass and Bioenergy, 18: 223-228.
Debdoubi A., A. Elamarti and E. Colacio (2005). Production of fuel briquettes from esparto partially pyrolyzed, Energy Conversion and Management, 46, 1877–1884.
EL-Bessoumy R. R. (2005).Effect of using agricultural residues in building materials characteristic. MSC, Thesis. Ag. Eng. Dept., Faculty of Agriculture, Al-Azhar University.
El Saeidy E. (2004). Technological fundamentals of briquetting cotton stalks as a biofuel (Doctoral dissertation, Humboldt-Universität zu Berlin, Land wirtschaftlich - Gärtnerische Fakultät), Renewable Energy in Agriculture in Egypt, pp: 20-34.
Fapetu, O. P. (2000). Production of charcoal from tropical biomass for industrial and metallurgical process. Nigeria Journal of Engineering Management, 1(2), 34-37.‏
Gamea, G. R.; E. A.  El Saeidy; and S. F. El Sisi (2012). Quality properties for cotton stalks and rice straw briquettes. The 19th. Annual Conference of the Misr Soc. of Ag. Eng., 14-15 November, 2012: 303-324.
Jekayinfa S. O. and O. S. Omisakin (2005). The energy potentials of some agricultural wastes as local fuel materials in Nigeria. Agricultural Engineering International the CIGR E-Journal of Scientific Research and Development Vol., VII Manuscript E.E 05 003: 10Pp.
Jha S. K., A. Singh and A. Kumar (2008(. Physical characteristics of compressed cotton stalks. Biomass Engineering, 99, 205 – 210.
MALR (2013). Ministry of Agriculture and Land Reclamation, Agricultural research Centre, The weather monthly report, Egypt.
Mullen, J.; O. O. Fasina.; C. W. Wood.; and Y. Feng (2005). Storage and handling characteristics of pellets from poultry litter". Applied Engineering in Agriculture, 21, 645–51.
Nalladurai, K.; and R. V. Morey (2009). Factors affecting strength and durability of densified biomass products". Biomass and Bio-energy, 33, 337–359.
Nalladurai, K.; and R. V. Morey (2010). Natural binders and solid bridge type binding mechanisms in briquettes and pellets made from corn Stover and switchgras. Bioresource Technology, 101, 1082–1090.
Panwar, V.; B. Prasad.; and K. L. Wasewar (2011). Biomass Residue Briquetting and Characterization. J. Energy Eng.-ASCE 137, 108–114.
Yaman S., M. Sahan, H. Haykiri-Acma, K. Şeşen and S. Küçükbayrak (2001). Fuel briquettes from biomass–lignite blends. Fuel processing technology, 72(1), 1-8.
Wilaipon, P (2007). Physical Characteristics of Maize Cob Briquette under Moderate Die Pressure. The 2nd International Conference on Thermal Engineering and Applications. United Arab Emirates, Jan 3-6, 2006. UAE University.