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Valutazione dell’efficienza termica e del potenziale di riduzione delle emissioni di alcol

Jul 10, 2023Jul 10, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 13301 (2023) Citare questo articolo

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Finora, carbone, petrolio e gas naturale sono ancora i combustibili più utilizzati e le emissioni di SO2, NOX e particolato prodotte dalla loro combustione hanno una grave influenza sull’aria. Pertanto, è necessario sviluppare un carburante pulito. In questo studio, i capannoni per la stagionatura erano dotati di diverse apparecchiature per il combustibile, il fienile A utilizzava apparecchiature tradizionali per il riscaldamento a carbone; Il fienile B utilizzava apparecchiature di riscaldamento integrate con combustibile a biomassa (BBF); Fienile C dotato di apparecchiature di riscaldamento con carburante a base di alcol (ABF). Sono stati analizzati la temperatura della superficie esterna dell'apparecchio di riscaldamento, i gas di scarico del camino, l'efficienza termica della stagionatura e il consumo energetico. Rispetto al fienile BBF e al fienile a carbone, il fienile ABF può soddisfare i requisiti di temperatura più alta di polimerizzazione del tabacco flue-cured di 68 °C, l'accuratezza della curva della temperatura target del bulbo secco (DBT) durante la polimerizzazione del tabacco flue-cured era 93,4 %. Allo stesso tempo, durante la combustione ABF, le emissioni di CO2 e CO sono state rispettivamente del 40,82% e 0,19%. Tuttavia, nello scarico del camino non sono state rilevate emissioni di NOX, SO2 e H2S. Rispetto al BBF e al carbone della stalla, l'efficienza termica delle apparecchiature di riscaldamento ABF nella stalla è stata aumentata rispettivamente del 44,78% e dell'86,28%. Inoltre, il costo per chilogrammo di tabacco secco è stato ridotto rispettivamente del 19,44% e del 45,28%. Pertanto, rispetto al carbone della stalla e alla stalla BBF, l'ABF della stalla può controllare i cambiamenti di temperatura in modo più accurato e mostra un evidente vantaggio nella protezione dell'ambiente e nell'efficienza di utilizzo del calore.

Il tabacco flue cured (FT) è uno dei tipi di tabacco più coltivati ​​in Cina. Nel processo di produzione di FT, la stagionatura del tabacco (TC) è ancora l'anello che consuma più energia, rappresentando oltre l'80% dell'energia utilizzata nel processo di produzione di TC1,2,3. Allo stesso tempo, il carbone è ancora il combustibile preferito per la stagionatura nella maggior parte delle aree di produzione FT, e oltre il 95% degli allevamenti per la stagionatura sfusa utilizza carbone per TC. Il consumo annuale di carbone è elevato, con la stagionatura di 1 kg di tabacco secco si consumano 1,5–2,0 kg di carbone. In Cina, ogni anno sono necessari circa 3-4 milioni di tonnellate di carbone per TC4,5. Tuttavia, le emissioni, tra cui CO2, SO2, NOX e particolato, vengono ampiamente rilasciate durante la combustione del carbone, causando un grave inquinamento dell'ambiente6,7. Circa 4–5 t di fumo e polvere, 160–220 t di CO2, 3,4–5,6 t di SO2 e 1,6–2,8 t di NOX verranno emessi in un gruppo di 20 stalle di stagionatura su larga scala durante la stagione TC8. Il TC annuale dura da luglio a settembre. Durante il periodo di stagionatura, intorno al granaio di stagionatura si formano grandi quantità di fumo e fuliggine, che hanno gravi effetti negativi sulla crescita e sulla qualità dei raccolti vicini e danneggiano la salute degli esseri umani e degli animali, con conseguenti rischi cronici, acuti pericoli e pericoli invisibili9. Tra questi, il fumo e la fuliggine con le caratteristiche di una lunga permanenza nell'atmosfera e di lunghe distanze di trasporto possono causare foschia10. Inoltre, il carbone è una risorsa non rinnovabile e ci sono molti problemi durante la combustione del carbone, come una combustione insufficiente, uno scarico ad alta temperatura dal camino e un lento aumento della temperatura che porta a un declino della qualità delle foglie FT. Pertanto, è di grande importanza introdurre un'energia pulita per il risparmio energetico, la protezione dell'ambiente e il TC.

Il carburante a base di alcol (ABF), un tipo di carburante liquido a base di alcoli (metanolo CH3OH, etanolo C2H5OH, butanolo C4H9OH), è derivato dalla fermentazione della biomassa e dai combustibili fossili, come carbone, petrolio e gas naturale. È riconosciuto come un nuovo tipo di combustibile rinnovabile da molti paesi11,12,13,14. A causa del progressivo esaurimento dell'energia petrolchimica, l'ABF rappresenta la nuova energia alternativa con il maggior potenziale. Nel processo di produzione agricola, le risorse di biomassa tra cui mais, paglia e barbabietola da zucchero sono abbondanti. Con lo sviluppo della sintesi della tecnologia ABF utilizzando biomassa non cerealicola come materia prima (compresa la fermentazione o gassificazione con un trattamento successivo del gas di sintesi), lo sviluppo della biomassa ABF è stato significativamente migliorato15,16,17,18. Pertanto, si prevede che l'ABF, con i vantaggi di un elevato potere calorifico di combustione, un prezzo basso, pulito ed ecologico, un'ampia gamma di applicazioni, sicurezza e affidabilità, diventi un nuovo tipo di energia in sostituzione dei combustibili fossili19. Poiché l'ABF ha un effetto di auto-fornitura di ossigeno durante il processo di combustione, rispetto al carbone, al catrame di carbone, all'olio pesante, al diesel, alla benzina e ad altri combustibili, l'ABF è il combustibile bruciato più a fondo. Le emissioni di combustione dell'ABF sono principalmente H2O e CO2 e le emissioni di gas di scarico sono inferiori di oltre l'80% rispetto a quelle del gas di petrolio liquefatto. È il carburante più pulito, più ecologico e più promettente per il futuro. Attualmente, l’ABF è ampiamente utilizzato nei carburanti per motori, nella produzione di energia industriale e nel riscaldamento20,21. In particolare, i combustibili a base alcolica possono essere miscelati con diesel e biodiesel per ottenere eccellenti carburanti misti per l'industria e i trasporti, tra cui il butanolo può migliorare significativamente lo stato di combustione del carburante misto formato con diesel e ha buoni effetti nel migliorare la capacità di controllo della temperatura e ridurre le emissioni di CO e NOx22. Kilic et al.23 hanno dimostrato che quando un basso contenuto di butanolo (fino al 30%) viene formato nel combustibile insieme al diesel nelle caldaie a tubi di fiamma, l'efficienza della combustione può essere migliorata, il che ha una prospettiva positiva per ridurre le emissioni e migliorare l'efficienza della combustione.

 0.9, while the coefficient of fitting model of coal was less than 0.9. It is clear that the temperature control accuracy of barn ABF and barn BBF is generally similar, while the temperature control ability of barn coal is far away from that of barn ABF, and the performance of heat supply and temperature control is relatively poor, which may be related to the intermittent addition of coal, which leads to large temperature fluctuation./p> BBF > Coal, and the fitting deviation of ABF in each curing stage is small and stable. In the yellowing stage (Fig. 6a), BBF and Coal showed a trend of first increasing and then decreasing fitting deviations with the increase of temperature, among which Coal showed the highest fluctuation. In the color fixing stage (Fig. 6b), BBF showed a trend of first decreasing and then increasing fitting deviation with the increase of temperature, while Coal always had a large fluctuation. In the stem drying stage (Fig. 6c), with the increase of temperature, the fitting deviations of BBF and Coal showed a trend of first increasing, then decreasing and then increasing, among which Coal showed the highest fluctuation./p>