การผลิตไฮโดรชาร์จากเปลือกสับปะรดสำหรับใช้เป็นเชื้อเพลิงแข็งด้วยกระบวนการไฮโดรเทอร์มัลคาร์บอไนเซชัน
คำสำคัญ:
เปลือกผลไม้, ขยะชุมชน, ไฮโดรชาร์, ไฮโดรเทอร์มัลคาร์บอไนเซชันบทคัดย่อ
เนื่องจากอุตสาหกรรมผลไม้บรรจุกระป๋องมีวัสดุเหลือทิ้งจากการแปรรูปจำนวนมาก การนำวัสดุเหลือทิ้งดังกล่าวมาใช้ให้เกิดประโยชน์หรือเพิ่มมูลค่าเป็นแนวทางที่น่าสนใจโดยเฉพาะการนำมาเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพ ทดแทนการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลช่วยลดผลกระทบด้านสิ่งแวดล้อมได้อีกทางหนึ่ง ดังนั้นงานวิจัยนี้จึงศึกษาการผลิตไฮโดรชาร์จากเปลือกสับปะรดสำหรับใช้เป็นเชื้อเพลิงแข็งด้วยเทคนิคไฮโดรเทอร์มัลคาร์บอไนเซชันที่อุณหภูมิ 150 175 และ 200 องศาเซลเซียส และวิเคราะห์สมบัติทางกายภาพและเคมี ประกอบด้วย ผลได้เชิงมวล ผลได้พลังงาน องค์ประกอบแบบละเอียด ค่าความร้อน ความหนาแน่นพลังงาน หมู่ฟังก์ชันของสารอินทรีย์ ลักษณะการสลายตัวด้วยความร้อน และเปรียบเทียบอัตราส่วนอะตอมของไฮโดรชาร์กับถ่านหินด้วยแผนภาพ Van Krevelen ผลการศึกษาพบว่า เปลือกสับปะรดมีคาร์บอนและออกซิเจน
เป็นองค์ประกอบหลัก ร้อยละ 43.8 และ 48.8 ตามลำดับ การสลายตัวของมวลเปลือกสับปะรดส่วนใหญ่เกิดขึ้นในช่วงอุณหภูมิ 133.75–390 องศาเซลเซียส โดยอัตราการสลายตัวสูงสุดเกิดขึ้น 3 พีค คือที่อุณหภูมิ 198 258 และ 326 องศาเซลเซียส ในช่วงนี้น้ำหนักของชีวมวลตัวอย่างสูญเสียไปร้อยละ 55.07 นอกจากนี้เมื่ออุณหภูมิปรับสภาพมีค่าสูงขึ้น
ส่งผลต่อการลดลงของความเข้มพีคอย่างชัดเจนที่เลขคลื่น 1237 ซม.-1 แสดงให้เห็นว่าเทคนิคไฮโดรเทอร์มัลคาร์บอไนเซชันทำให้เซลลูโลสและเฮมิเซลลูโลสเกิดการสลายตัวอย่างรุนแรงที่อุณหภูมิ 200 องศาเซลเซียส ส่งผลต่อร้อยละผลได้เชิงมวลมีค่าลดลงเหลือ 38.75 การปรับสภาพทางความร้อนที่อุณหภูมิ 175 และ 200 องศาเซลเซียส ส่งผลให้ไฮโดรชาร์จากเปลือกสับปะรดมีสมบัติด้านเชื้อเพลิงอยู่ในกลุ่มของถ่านหินพีต (Peat)
Downloads
เอกสารอ้างอิง
Office of Agricultural Economics. (2023). Agricultural production statistics. Retrieved April 6, 2024, from https://www.oae.go.th/view/1/ข้อมูลการผลิตสินค้าเกษตร/TH-TH
Mardawati, E., Rahmah, D. M., Rachmadona, N., Saharina, E., Pertiwi, T. Y. R., Zahrad, S. A., Ramdhani, W., Srikandace, Y., Ratnaningrum, D., Endah, E. S., Andriani, D., Khoo, K. S., Pasaribu, K. M., Satoto, R., and Karina, M. (2023). Pineapple core from the canning industrial waste for bacterial cellulose production by Komagataeibacter xylinus. Heliyon, 9(11), Article e22010. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e22010
Shakya, A., and Agarwal, T. (2019). Removal of Cr(VI) from water using pineapple peel derived biochars: Adsorption potential and re-usability assessment. Journal of Molecular Liquids, 293, Article 111497. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2019.111497
Camargo, J. M. de O., Ríos, J. M. G., Antonio, G. C., and Leite, J. T. C. (2021). Physicochemical properties of sugarcane industry residues aiming at their use in energy processes. In Sugarcane—Biotechnology for Biofuels. IntechOpen.
Sharma, K., Sharma, M., Samridhi Kaul, K., Singh, G., and Arya, S. K. (2024). Commercial Waste to Energy, Technologies, Economics, and Challenges: Stores, Hotels, Restaurant. In M. R. Rahimpour (Ed.), Encyclopedia of Renewable Energy, Sustainability and the Environment (1st ed., pp. 29–40). Elsevier.
Fonseca, F. G., Funke, A., Niebel, A., Soares Dias, A. P., and Dahmen, N. (2019). Moisture content as a design and operational parameter for fast pyrolysis. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 139, 73–86. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2019.01.012
Köchermann, J., Görsch, K., Wirth, B., Mühlenberg, J., and Klemm, M. (2018). Hydrothermal carbonization: Temperature influence on hydrochar and aqueous phase composition during process water recirculation. Journal of Environmental Chemical Engineering, 6(4), 5481–5487. https://doi.org/10.1016/j.jece.2018.07.053
Hamid, N. A. A., and Zulkifli, N. Z. (2021). Papaya peels as source of hydro char via hydrothermal carbonization. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 765(1), Article 012001. https://doi.org/10.1088/1755-1315/765/1/012001
Lei, Q., Kannan, S., and Raghavan, V. (2021). Uncatalyzed and acid-aided microwave hydrothermal carbonization of orange peel waste. Waste Management, 126, 106–118. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2021.02.058
Picone, A., Volpe, M., Giustra, M. G., Di Bella, G., and Messineo, A. (2021). Hydrothermal carbonization of lemon peel waste: Preliminary results on the effects of temperature during process water recirculation. Applied System Innovation, 4(1), 1-12. https://doi.org/10.3390/asi4010019
Zhang, B., Heidari, M., Regmi, B., Salaudeen, S., Arku, P., Thimmannagari, M., and Dutta, A. (2018). Hydrothermal carbonization of fruit wastes: A promising technique for generating hydrochar. Energies, 11(8), 1-14. https://doi.org/10.3390/en11082022
ASTM International. (2021). Standard test methods for determination of carbon, hydrogen and nitrogen in analysis samples of coal and carbon in analysis samples of coal and coke (ASTM D5373-16). ASTM International. https://doi.org/10.1520/D5373-16
Faleeva, Y. M., Lavrenov, V. A., and Zaichenko, V. M. (2024). Investigation of plant biomass two-stage pyrolysis based on three major components: Cellulose, hemicellulose, and lignin. Biomass Conversion and Biorefinery, 14(13), 14519–14529. https://doi.org/10.1007/s13399-022-03385-1
Yang, H., Yan, R., Chen, H., Lee, D. H., and Zheng, C. (2007). Characteristics of hemicellulose, cellulose and lignin pyrolysis. Fuel, 86(12), 1781–1788. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2006.12.013
Pereira, P. H. F., Arantes, V., Pereira, B., Ornaghi, H. L., de Oliveira, D. M., Santagneli, S. H., and Cioffi, M. O. H. (2022). Effect of the chemical treatment sequence on pineapple peel fiber: Chemical composition and thermal degradation behavior. Cellulose, 29(16), 8587–8598. https://doi.org/10.1007/s10570-022-04806-0
Patel, M., Oyedun, A. O., Kumar, A., and Gupta, R. (2019). Predicting the biomass conversion performance in a fluidized bed reactor using isoconversional model-free method. The Canadian Journal of Chemical Engineering, 97(S1), 1263–1273. https://doi.org/10.1002/cjce.23397
Zhang, Y., Wang, H., Sun, X., Wang, Y., and Liu, Z. (2021). Separation and characterization of biomass components (cellulose, hemicellulose, and lignin) from corn stalk. BioResources, 16(4), 7205–7219. https://doi.org/10.15376/biores.16.4.7205-7219
Pardo, M. E. S., Cassellis, M. E. R., Escobedo, R. M., and García, E. J. (2014). Chemical characterisation of the industrial residues of the pineapple (Ananas comosus). Journal of Agricultural Chemistry and Environment, 3(2), 53-56. https://doi.org/10.4236/jacen.2014.32B009
Ganguly, P., Sengupta, S., Das, P., and Bhowal, A. (2020). Synthesis of Cellulose from Peanut Shell Waste and Its Use in Bioethanol Production. In S. K. Ghosh, R. Sen, H. N. Chanakya, and A. Pariatamby (Eds.), Bioresource Utilization and Bioprocess (pp. 81–91). Springer.
Morales-Máximo, M., García, C. A., Pintor-Ibarra, L. F., Alvarado-Flores, J. J., Velázquez-Martí, B., and Rutiaga-Quiñones, J. G. (2021). Evaluation and characterization of timber residues of pinus spp. as an energy resource for the production of solid biofuels in an indigenous community in mexico. Forests, 12(8), Article 977. https://doi.org/10.3390/f12080977
Lourenço, S. C., Campos, D. A., Gómez-García, R., Pintado, M., Oliveira, M. C., Santos, D. I., Corrêa-Filho, L. C., Moldao-Martins, M., and Alves, V. D. (2021). Optimization of natural antioxidants extraction from pineapple peel and their stabilization by spray drying. Foods, 10(6), Article 1255. https://doi.org/10.3390/foods10061255
Azaare, L., Commeh, M. K., Smith, A. M., and Kemausuor, F. (2021). Co-hydrothermal carbonization of pineapple and watermelon peels: Effects of process parameters on hydrochar yield and energy content. Bioresource Technology Reports, 15, Article 100720. https://doi.org/10.1016/j.biteb.2021.100720
Fu, B., Ge, C., Yue, L., Luo, J., Feng, D., Deng, H., and Yu, H. (2016). Characterization of biochar derived from pineapple peel waste and its application for sorption of oxytetracycline from aqueous solution. BioResources, 11(4), 9017–9035. https://doi.org/10.15376/biores.11.4.9017-9035
Kalinci, Y., Hepbasli, A., and Dincer, I. (2009). Biomass-based hydrogen production: A review and analysis. International Journal of Hydrogen Energy, 34(21), 8799–8817. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2009.08.078
Moore, T. R., Large, D., Talbot, J., Wang, M., and Riley, J. L. (2018). The stoichiometry of carbon, hydrogen, and oxygen in peat. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 123(10), 3101–3110. https://doi.org/10.1029/2018JG004574
Kanchanatip, E., Prasertsung, N., Thasnas, N., Grisdanurak, N., and Wantala, K. (2023). Valorization of cannabis waste via hydrothermal carbonization: Solid fuel production and characterization. Environmental Science and Pollution Research, 30(39), 90318–90327. https://doi.org/10.1007/s11356-022-24123-0
Chaiyaraksa, C., Ruenroeng, C., Buaphuan, B., and Choksakul, S. (2019). Adsorption of cationic and anionic dye using modified pineapple peel. Songklanakarin Journal of Science and Technology, 41(1), 199-206. https://doi.org/10.14456/SJST-PSU.2019.24
Camacho, M., Regina, Y., Lopretti, M., Carballo, L., Moreno, G., Alfaro, B., and Roberto, J. (1970). Synthesis and characterization of nanocrystalline cellulose derived from pineapple peel residues. Journal of Renewable Materials, 5(5), 271–279. https://doi.org/10.7569/JRM.2017.634117
ดาวน์โหลด
เผยแพร่แล้ว
รูปแบบการอ้างอิง
ฉบับ
ประเภทบทความ
สัญญาอนุญาต
ลิขสิทธิ์ (c) 2025 วารสารมหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ สาขาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี
อนุญาตภายใต้เงื่อนไข Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
วารสารมหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ สาขาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี อยู่ภายใต้การอนุญาต Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivs 4.0 International (CC-BY-NC-ND 4.0) เว้นแต่จะระบุไว้เป็นอย่างอื่น โปรดอ่านหน้านโยบายของวารสารสำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการเข้าถึงแบบเปิด ลิขสิทธิ์ และการอนุญาต
