Etapa 1. Proprietăţile fizico-chimice şi potenţialul energetic al reziduurilor de lemn de esenţă moale
În Etapa I a proiectului ForestChemiFuel, reziduurile de biomasă forestieră (conuri, ace, scoarţă) din molid, brad şi pin au fost colectate (în luna august, din zona montană Tg. Neamț, din unităţi amenajistice cu arbori în vârstă de ~ 100 ani și de 40 ani), uscate natural şi apoi măcinate şi sortate. Ulterior, s-a realizat caracterizarea fizico-chimică a probelor.
Figura 1. Imaginile optice inițiale (a) și în fluorescență (b) ale scoarței de brad înainte și după torefacție/piroliză
Etapa 2. Conversia termochimică a probelor de biomasă forestieră - torefacţie, piroliză. Perspectivă asupra potenţialelor aplicaţii
Termogravimetria a fost utilizată în studiul comportamentului termic al reziduurilor de biomasă forestieră reprezentative (selectate în urma caracterizării fizico-chimice realizată în etapa 1), pentru înțelegerea proceselor pirolitice. Pentru optimizarea procesului de torefacție, experimentele au fost efectuate la diferite temperaturi și s-au caracterizat produșii obținuți. Ulterior, piroliza probelor de biomasă torefiate și piroliza directă s-a realizat într-un reactor din sticlă, în sistem semicontinuu. S-a determinat și comparat bilanțul de materiale al proceselor, observându-se că piroliza convertește peste 80 % din masa probelor de biomasă pretratate termic prin torefacție la 250 °C, ducând la formarea de 35 - 38 % ulei de piroliză, 20 - 35 % fracție apoasă și 13 - 20 % gaze. Produşii lichizi (fracţia apoasă şi fracţia organică (uleiul de piroliză)) au fost caracterizați prin cromatografie de gaze cuplată cu spectrometria de masă (GC-MSD), iar analiza produşilor gazoşi necondensabili s-a realizat cu ajutorul cromatografiei de gaze cuplată cu un detector de conductivitate termică (GC-TCD). S-a observat că pretratamentul termic prin torefacție uniformizează bilanțul de materiale și compoziția produselor de piroliză.
Figura 2. Compoziția, pe clase de compuși, a produselor de torefacție și piroliză a scoarței, acelor și conurilor de brad
Etapa 3. Conversia termochimică a probelor de biomasă forestieră - upgradare catalitică. Perspectivă asupra potenţialelor aplicaţii
În etapa a 3-a a proiectului s-a studiat efectul catalizatorilor asupra compoziției uleiului de piroliză, cu scopul de-a obține ulei de piroliză cu proprietăți superioare. Catalizatorii selectați ce au prezentat un interes particular pentru acest studiu sunt materiale mezoporoase de tip MCM-41 și SBA-15.
Proiectul ForestChemiFuel reprezintă un studiu concentrat pe optimizarea și maximizarea potențialului energetic al biomasei forestiere torefiate. Cel mai semnificativ rezultat al proiectului este evidențierea corelațiilor între proveniența biomasei, parametrii de lucru și proprietățile materialelor obținute (produși lichizi/reziduu solid). În urma experimentelor de torefacție și piroliză efectuate se poate concluziona că torefacția are un efect favorabil asupra stablilizării termice și chimice a reziduurilor de biomasă forestieră. În plus, pretratamentul termic prin torefacție este o etapă intermediară utilă în procesul de valorificare termică a biomasei deoarece uniformizează bilanțul de materiale și compoziția produselor de piroliză. Catalizatorii îmbunătatesc compoziția produșilor lichizi de piroliză favorizând formarea compușilor ușori în detrimentul celor cu masă moleculară ridicată.
Figura 3. Efectul temperaturii în degradarea scoarței de brad
Diseminarea rezultatelor proiectului:
Articole publicate în reviste știintifice de specialitate
1. Butnaru E, Stoleru E, Brebu M. Valorization of forestry residues by thermal methods. The effect of temperature on gradual degradation of structural components in bark from silver fir (Abies alba Mill.). Ind Crop. Prod. 187 (2022) 115376. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2022.115376.
2. Butnaru E, Brebu M. Torrefaction process of needles, cones and bark of spruce (Picea Abies (L.) Karst) and pine (Pinus Sylvestris L.) Rev. Chim. 73 (2022) 28-37. https://doi.org/10.37358/RC.22.3.8532.
3. Butnaru E, Brebu M. The thermochemical conversion of forestry residues from silver fir (Abies alba Mill.) by torrefaction and pyrolysis. Energies 15 (2022) 3483. https://doi.org/10.3390/en15103483.
4. Butnaru E, Pamfil D, Stoleru E, Brebu M. Characterization of bark, needles and cones from silver fir (Abies alba Mill.) towards valorization of biomass forestry residues. Biomass Bioenerg. 159 (2022) 106413. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2022.106413.
Participări la conferințe
1. Butnaru E., Brebu M. Thermochemical conversion of forest biomass residues by torrefaction and pyrolysis. International conference Materials, Methods & Technologies, Burgas, Bulgaria, 19-22 August 2022.
2. Butnaru E., Stoleru I.E., Brebu M. Valorization of forestry residues by thermal methods. 11th International Conference on Materials Science & Engineering. BraMat, Brasov, Romania, 9-12 Martie 2022.
3. Butnaru E., Pamfil D., Stoleru E., Brebu M. Composition and antioxidant properties of extracts from silver fir residues. XXXIInd edition of the International Congress of “Apollonia” University of Iasi “By promoting excellence, we prepare the future”, Iasi, Romania. 28 Februarie-2 Martie 2022.
4. Butnaru E., Serban A.M., Balmoj N., Spiridon I., Brebu M. Characterization of coniferous forestry residues for thermal valorization. International Conference Materials, Methods & Technologies, Burgas, Bulgaria, 19-22 August 2021.
5. Pamfil D., Butnaru E., Vasile C., Brebu M. pH-sensitive controlled release of Ciprofloxacin from natural/synthetic polymeric hybrid systems. International Congress of the "Apollonia" University of Iași, "By promoting excellence, we prepare the future", the XXXI edition. Iasi, Romania. 01-03 Martie 2021.
| 
