การผลิตไฮโดรชาร์จากกากชาเพื่อการใช้งานด้านเชื้อเพลิงโดยกระบวนการไฮโดรเทอร์มอลคาร์บอไนเซชัน
คำสำคัญ:
ถ่านไฮโดรชาร์, กากชา, ไฮโดรเทอร์มอลคาร์บอไนเซชัน, สารปรับปรุงดินบทคัดย่อ
วัตถุประสงค์ของการทดลองนี้เพื่อหาแนวทางจัดการกากชาที่มีความชื้นสูงจากอุตสาหกรรมเครื่องดื่มชา โดยการเปรียบเทียบกระบวนการไฮโดรเทอร์มอลคาร์บอไนเซชัน (Hydrothermal Carbonization: HTC) และคาร์บอไนเซชันแบบแห้ง (Dry Carbonization: CT) ในการผลิตไฮโดรชาร์และถ่านจากกากชา ภายใต้สภาวะอุณหภูมิ 230–270
องศาเซลเซียส เวลา 90 และ 180 นาที และอัตราส่วนน้ำต่อกากชา 5:1 (w/w) ทำการวิเคราะห์ร้อยละผลผลิต ค่าความร้อน (Higher Heating Value: HHV) องค์ประกอบธาตุ (Ultimate analysis) สมบัติทางกายภาพ (Proximate analysis) และหมู่ฟังก์ชัน (FTIR) ผลการวิจัยพบว่า HTC ที่อุณหภูมิ 250 องศาเซลเซียส เวลา 90 นาที ให้ค่า HHV 5727.7 แคลอรี่/กรัม, ERE สูงสุด 94.5% และมีค่าคาร์บอนคงตัว และ ED สูงกว่า CT ที่อุณหภูมิ 270 องศาเซลเซียส ในสภาวะเดียวกัน ขณะที่ CT ให้ค่า ash content สูงกว่า และมีหมู่ฟังก์ชันคาร์บอนิล (C=O) ต่ำกว่า HTC จากผล FTIR แสดงว่า HTC ทำให้หมู่ C–O และ C–H แบบอะลิฟาติกลดลง แต่หมู่ CHx และ C=O เพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิ ซึ่งสัมพันธ์กับปฏิกิริยา dehydration และ decarboxylation การเปรียบเทียบนี้ชี้ให้เห็นว่า HTC เป็นกระบวนการที่เหมาะสมกับวัตถุดิบชื้นเช่นกากชา
สามารถลดขั้นตอนการทำแห้ง ใช้อุณหภูมิต่ำกว่า และได้ผลิตภัณฑ์ที่มีสมรรถนะด้านพลังงานและสมบัติทางเคมีที่ดีกว่า CT จึงมีศักยภาพสูงสำหรับการต่อยอดไปเป็นเชื้อเพลิงแข็ง วัสดุดูดซับ และสารปรับปรุงดิน
Downloads
เอกสารอ้างอิง
Chaicharoempong, J. (2009). Tea seed cake for golden apple snail control. In Proceedings of the National Academic Conference on Biotechnology and Genetic Engineering, Chulalongkorn University (pp. 37-40). (in Thai)
Nakasan, K., Itthibenjapong, W., and Pavasant, P. (2016). Adsorption of volatile organic compounds using biomass modified by hydrothermal carbonization. Huachiew Chalermprakiet Science and Technology Journal, 2(2), 7-19. (in Thai)
Putra, H., Dewi, K., Pasek, A., and Damanhuri, E. (2017). Hydrothermal carbonization of biomass waste by using a stirred reactor: An initial experimental results. Reaktor, 16(4), 212-217. https://doi.org/10.14710/reaktor.16.4.212-217
Sharma, R., Jasrotia, K., Singh, N., Ghosh, P., Srivastava, S., Sharma, N. R., Singh, J., Kanwar, R., and Kumar, A. (2020). A comprehensive review on hydrothermal carbonization of biomass and its applications. Chemistry Africa, 3, 1-19. https://doi.org/10.1007/s42250-019-00098-3
Heilmann, S. M., Jader, L. R., Berrueco, C., and Elliott, D. C. (2011). Hydrothermal carbonization of agricultural and food waste. Bioresource Technology, 102(19), 11163-11171. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2011.09.003
Libra, J. A., Ro, K. S., Kammann, C., Funke, A., Berge, N. D., Neubauer, Y., and Emmerich, K. H. (2011). Hydrothermal carbonization of biomass: A review of processes and products. Biofuels, 2(1), 71-106. https://doi.org/10.4155/bfs.10.81
Reza, M. T., Lynam, J. G., Uddin, M. H., and Coronella, C. J. (2013). Hydrothermal carbonization: Fate of inorganics. Bioresource Technology, 150, 121-130. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2013.09.037
Mannarino, G., Sarrion, A., Diaz, E., Gori, R., De la Rubia, M. A., and Mohedano, A. F. (2022). Improved energy recovery from food waste through hydrothermal carbonization and anaerobic digestion. Waste Management, 142, 9-18. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2022.02.003
Deng, C., Lin, R., Kang, X., Wu, W., Ning, X., Wall, D., and Murphy, J. D. (2022). Co-production of hydrochar, levulinic acid and value-added chemicals by microwave-assisted hydrothermal carbonization of seaweed. Chemical Engineering Journal, 441, Article 135915. https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.135915
Land Development Department. (2004). Manual for the analysis of soil, water, fertilizer, and plant samples (Vol. 1). Office of Science for Land Development. (in Thai)
Funke, A., and Ziegler, F. (2010). Hydrothermal carbonization of biomass: A summary and discussion of chemical mechanisms for process engineering. Biofuels, Bioproducts and Biorefining, 4(2), 160-177. https://doi.org/10.1002/bbb.198
Libra, J. A., Ro, K. S., Kammann, C., Funke, A., Berge, N. D., Neubauer, Y., Titirici, M.-M., Fühner, C., Bens, O., Kern, J., and Emmerich, K.-H. (2011). Hydrothermal carbonization of biomass residuals: A comparative review of the chemistry, processes and applications of wet and dry pyrolysis. Biofuels, 2(1), 71-106. https://doi.org/10.4155/bfs.10.81
Kim, D., Lee, K., and Park, K. Y. (2014). Hydrothermal carbonization of anaerobically digested sludge for solid fuel production and energy recovery. Fuel, 130, 120-125. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2014.04.020
Kim, D., Lee, K., Bae, D., and Park, K. Y. (2017). Characterizations of biochar from hydrothermal carbonization of exhausted coffee residue. Journal of Material Cycles and Waste Management, 19, 1036-1043. https://doi.org/10.1007/s10163-016-0572-2
Van Krevelen, D. W. (1950). Graphical-statistical method for the study of structure and reaction processes of coal. Fuel, 29, 269-284.
Ibarra, J., Munoz, E., and Moliner, R. (1996). FTIR study of the evolution of coal structure during the coalification process. Organic Geochemistry, 24(6), 725-735. https://doi.org/10.1016/j.wri.2018.10.001
Jain, M., Yadav, M., Kohout, T., Lahtinen, M., Garg, V. K., and Sillanpää, M. (2019). Development of iron oxide/activated carbon nanoparticle composite for the removal of Cr(VI), Cu(II) and Cd(II) ions from aqueous solution. Water Resources and Industry, 20, Article 100104.
Rayment, G. E., and Higginson, F. R. (1992). Australian laboratory handbook of soil and water chemical methods. Inkata Press.
Schroth, G., Lehmann, J., and Barrios, E. (2003). Soil nutrient availability and acidity. CABI Publishing.
Mohan, S. V., and Nikhil, G. N. (2016). Tea waste valorization: Physicochemical characterization and potential applications. Waste and Biomass Valorization, 7(2), 239-248. https://doi.org/10.1007/s12649-015-9454-0
Hongkong Organic Resource Centre. (2005). Compost and soil conditioner quality standards. Hong Kong Baptist University.
Kim, D., Yoshikawa, K., and Park, K. Y. (2015). Characteristics of Biochar Obtained by Hydrothermal Carbonization of Cellulose for Renewable Energy. Energies, 8(12), 14040-14048. https://doi.org/10.3390/en81212412
Roman, P., Martinez, M. M., and Pantoja, A. (2015). Farmer’s compost handbook: Experience in Latin America (FAO Publication). Food and Agriculture Organization of the United Nations.
Funke, A., and Ziegler, F. (2010). Hydrothermal carbonization of biomass: A summary and discussion of chemical mechanisms for process engineering. Biofuels, Bioproducts and Biorefining, 4(2), 160-177. https://doi.org/10.1002/bbb.198
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
