مجله بین‌المللی انجمن آهن و فولاد ایران

مجله بین‌المللی انجمن آهن و فولاد ایران

سنتز مواد زیست‌کربنی از کود حیوانی جهت کاربرد در احیای فلز آهن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی و مهندسی گلپایگان، دانشگاه صنعتی اصفهان، 87717-67498، گلپایگان، ایران
2 دانشکده فنی و مهندسی گلپایگان، دانشگاه صنعتی اصفهان
چکیده
ماده به‌دست‌آمده از کود گاو سرشار از کربن بوده و ظرفیت حرارتی مناسبی دارد. ویژگی اصلی آن، ترکیب عمدتاً سلولزی آن است. تحقیقات نشان می‌دهد که کربن موجود در کود گاو آن را به گزینه‌ای مناسب برای استفاده به‌عنوان سوخت تبدیل می‌کند. استفاده از مواد زیست‌کربنی، به‌دلیل منابع غنی و تجدیدپذیر بودن آن‌ها، جایگزینی ارزشمند برای سوخت‌های فسیلی در صنایع متالورژی محسوب می‌شود. در این مطالعه، گروه‌های عاملی حاوی کربن و مقادیر حرارتی کربن، هیدروژن و نیتروژن در کود گاو خشک‌شده در دمای ۱۰۵ درجه سانتی‌گراد (QD105) و کود گاو خشک‌شده و پیرولیزشده در دمای ۳۵۰ درجه سانتی‌گراد (QD350) با استفاده از آنالیز FTIR و CHNS بررسی شد. نتایج نشان می‌دهد که پیرولیز آهسته (با نرخ ۱۰ درجه در دقیقه) کود گاو خشک تا دمای ۳۵۰ درجه سانتی‌گراد، مقادیر کربن، هیدروژن و نیتروژن معادل با ۲۹٫۷۷، ۲٫۴۵ و ۲٫۱۱ درصد به‌ترتیب تولید می‌کند. واکنش‌ها و تجزیه حرارتی کود گاو موجب کاهش گاز CO₂ در زغال حاصل از آن می‌شود. بالاترین ارزش حرارتی (HHV) معادل ۱۹٫۸۲ کیلوژول بر کیلوگرم گزارش شده است. زغال تولیدشده از کود گاو، بسته به دما، مدت‌زمان نگهداری، نرخ گرمایش و راندمان، ویژگی‌های متفاوتی پیدا می‌کند. در بازه دمایی ۳۲۵ تا ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد، گازهای CO و CH₄ بیشترین بازده را دارند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

 [1] Fan Z, Friedmann S.J, Low-carbon production of iron and steel: Technology options, economic assessment, and policy. 2021; 5(4): 829-62.
[2] Sun M, et al. Hydrogen-based reduction technologies in low-carbon sustainable ironmaking and steelmaking: a review, J Sustain Metall. 2024; 10(1): 10-25.
[3] Boldrini A, et al. Flexibility options in a decarbonising iron and steel industry, Renew Sustain Energy Rev. 2024; 189: 113988.
[4] Gajdzik B, et al. Renewable energy share in European industry: Analysis and extrapolation of trends in EU countries, Energies. 2024; 17(11): 2476.
[5] Qiao Y, Wang G, Recent status of production, administration policies, and low-carbon technology development of China’s steel industry, Metals. 2024; 14(4): 480.
[6] Eggleston H, et al. 2006 IPCC guidelines for national greenhouse gas inventories. 2006.
[7] Eggleston S, Estimation of emissions from CO2 capture and storage: the 2006 IPCC guidelines for national greenhouse gas inventories, Presentation at the UNFCCC workshop on carbon dioxide capture and storage. 2006.
[8] Couwenberg J, Fritz C, Towards developing IPCC methane 'emission factors' for peatlands (organic soils), Mires Peat. 2012; 10. 
[9] Mu L, et al. Characterization and emission factors of carbonaceous aerosols originating from coke production in China, Environ Pollut. 2021; 268: 115768.
[10] La Motta S, et al. CO2 emission accounting for the non-energy use of fossil fuels in Italy: a comparison between NEAT model and the IPCC approaches, Resour Conserv Recycl. 2005; 45(3): 310-30.
[11] Grnnli M, et al. The use of biocarbon in Norwegian ferroalloy production. Gas. 10:8.5.
[12] Norgate T, Jahanshahi S. Assessing the energy and greenhouse gas footprints of nickel laterite processing, Miner Eng. 2011; 24(7): 698-707.
[13] Cai J, et al. Mathematical modeling and characteristics evaluation of coke replacing with commercial biochar in iron ore sintering process, Fuel. 2024; 377: 132820.
[14] Krupanek J, et al. Comparison of bio-coke and traditional coke production with regard to the technological aspects and carbon footprint considerations, Energies. 2024; 17(12): 2978.
[15] Wang B, et al. Exploring the characteristics of coke formation on biochar-based catalysts during the biomass pyrolysis, Fuel. 2024; 357: 129859.
[16] Lu A.H, Salabas E.E.L, Schüth F, Magnetic nanoparticles: synthesis, protection, functionalization, and application, Angew Chem Int Ed. 2007; 46(8): 1222-44.
[17] Alcalde P.M, González Ó.C, Relación entre incremento diametral y parámetros ecológicos para "Fraxinus excelsior" L. en el noroeste de Castilla y León, Cuad Soc Esp Cienc For. 2008; (25): 301-8.
[18] Len G.D, Nanomagnetism, Iran J Phys Res. 2019; 16(4): 251-72.
[19] Abuelnuor A.A, Comparison study by using pyrolysis of Kenna sugarcane bagasse and sawdust in Sudan, J Phys Conf Ser, IOP Publishing. 2024.
[20] World Steel Association. Steel's contribution to a low-carbon future and climate resilient societies: World Steel position paper. Brussels, Belgium; 2018.
[21] Guo J, et al. Effects of various pyrolysis conditions and feedstock compositions on the physicochemical characteristics of cow manure-derived biochar, J Clean Prod. 2021; 311: 127458.
[22] Inna S, et al. Compositional characteristics and theoretical energy potential of animal droppings from Adamawa region of Cameroon, Biomass Convers Biorefin. 2024; 14(10): 10871-83.