التحميص

الموسوعة الحرة
تزيل عملية التحميص الرطوبة والمواد المتطايرة من الكتلة الحيوية، تاركةً الفحم الحيوي.

تُعدّ عملية تحميص الكتلة الحيوية ، كالأخشاب والحبوب، شكلاً معتدلاً من أشكال التحلل الحراري عند درجات حرارة تتراوح عادةً بين 200 و320  درجة مئوية. تُغيّر هذه العملية خصائص الكتلة الحيوية لتوفير وقود ذي جودة أفضل لتطبيقات الاحتراق والتغويز . ينتج عن التحميص منتج جاف نسبيًا، مما يقلل أو يمنع تحلله العضوي . يُنتج التحميص مع التكثيف ناقل وقود عالي الكثافة الطاقية بقيمة حرارية دنيا (LHV) تتراوح بين 20 و21 جيجا جول /طن . [ 1 ] يُحفّز التحميص المادة على الخضوع لتفاعلات ميلارد . يمكن استخدام الكتلة الحيوية المحمصة كناقل للطاقة أو كمادة خام في إنتاج الوقود والمواد الكيميائية الحيوية. [ 2 ] 

تُعدّ الكتلة الحيوية مصدراً هاماً للطاقة. [ 3 ] ومع ذلك، يوجد تنوّع كبير في مصادر الكتلة الحيوية المحتملة، ولكلٍّ منها خصائصها الفريدة. ولإنشاء سلاسل فعّالة لتحويل الكتلة الحيوية إلى طاقة، يُعتبر تحميص الكتلة الحيوية، إلى جانب تكثيفها (عن طريق التكوير أو التشكيل على هيئة قوالب )، خطوة واعدة نحو التغلّب على التحديات اللوجستية في تطوير حلول طاقة مستدامة واسعة النطاق ، وذلك بتسهيل نقلها وتخزينها. تتميّز الكريات أو القوالب بكثافة أعلى، ومحتوى رطوبة أقل، واستقرار أكبر أثناء التخزين مقارنةً بالكتلة الحيوية التي تُستخلص منها.

عملية

التحميص هو معالجة كيميائية حرارية للكتلة الحيوية عند درجة حرارة تتراوح بين 200 و320 درجة مئوية (392 إلى 608 درجة فهرنهايت) . تتم هذه العملية تحت الضغط الجوي وفي غياب الأكسجين . خلال عملية التحميص، يتحرر الماء الموجود في الكتلة الحيوية، بالإضافة إلى المواد المتطايرة الزائدة، وتتحلل البوليمرات الحيوية ( السليلوز والهيميسليلوز واللجنين ) جزئيًا ، مطلقةً أنواعًا مختلفة من المواد المتطايرة. [ 4 ] المنتج النهائي هو المادة الصلبة الجافة السوداء المتبقية [ 5 ] والتي تُعرف باسم الكتلة الحيوية المحمصة أو الفحم الحيوي .  

خلال هذه العملية، تفقد الكتلة الحيوية عادةً 20% من كتلتها (على أساس الوزن الجاف) و10% من قيمتها الحرارية، دون أي تغيير ملحوظ في حجمها. يمكن استخدام هذه الطاقة (المواد المتطايرة) كوقود حراري لعملية التحميص. بعد تحميص الكتلة الحيوية، يمكن تكثيفها، عادةً إلى قوالب أو حبيبات باستخدام معدات التكثيف التقليدية، لزيادة كثافتها الكتلية والطاقية وتحسين خصائصها المقاومة للماء. قد يكون المنتج النهائي طاردًا للماء، وبالتالي يمكن تخزينه في الهواء الرطب أو تحت المطر دون تغيير ملحوظ في محتواه من الرطوبة أو قيمته الحرارية، على عكس الكتلة الحيوية الأصلية.

يعود تاريخ التحميص إلى بداية القرن التاسع عشر، وقد تم استخدام أجهزة التغويز على نطاق واسع خلال الحرب العالمية الثانية . [ 6 ]

القيمة المضافة للكتلة الحيوية المحمصة

تتمتع الكتلة الحيوية المحمصة والمكثفة بالعديد من المزايا في مختلف الأسواق، مما يجعلها خيارًا تنافسيًا مقارنة بكرات الخشب التقليدية للكتلة الحيوية .

كثافة طاقة أعلى

يمكن تحقيق كثافة طاقة تتراوح بين 18 و20 جيجا جول /م³ ، مقارنةً بمحتوى الحرارة الذي يتراوح بين 19 و24 جيجا جول /م³ للفحم الأنثراسيت  الطبيعي، عند دمجها مع عملية التكثيف (التكوير أو التشكيل على هيئة قوالب)، مقارنةً بقيم تتراوح بين 10 و11 جيجا جول/م³ للكتلة الحيوية الخام، مما يؤدي إلى خفض تكاليف النقل بنسبة تتراوح بين 40 و50%. ومن الجدير بالذكر أن التكوير أو التشكيل على هيئة قوالب يزيدان بشكل أساسي من كثافة الطاقة. أما التحميص وحده فيؤدي عادةً إلى انخفاض كثافة الطاقة، على الرغم من أنه يُسهّل تحويل المادة إلى كريات أو قوالب.

تركيبة أكثر تجانسًا

يمكن إنتاج الكتلة الحيوية المحمصة من مجموعة واسعة من المواد الأولية للكتلة الحيوية، والتي تُنتج خصائص منتج متشابهة. تتكون معظم الكتلة الحيوية الخشبية والعشبية من ثلاثة تراكيب بوليمرية رئيسية: السليلوز ، والهيميسليلوز، واللجنين . تُسمى هذه التراكيب مجتمعةً باللجنو-سليلوز . تعمل عملية التحميص بشكل أساسي على إزالة الرطوبة والمجموعات الوظيفية الغنية بالأكسجين والهيدروجين من هذه التراكيب، مما ينتج عنه تراكيب شبيهة بالفحم في الحالات الثلاث. لذلك، تُنتج معظم أنواع وقود الكتلة الحيوية، بغض النظر عن مصدرها، منتجات محمصة ذات خصائص متشابهة ، باستثناء خصائص الرماد، التي تعكس إلى حد كبير محتوى وتركيب رماد الوقود الأصلي. 

السلوك الكاره للماء

تتمتع الكتلة الحيوية المحمصة بخصائص كارهة للماء ، أي أنها تطرد الماء، وعند دمجها مع التكثيف يصبح التخزين بكميات كبيرة في الهواء الطلق أمراً ممكناً.

القضاء على النشاط البيولوجي

يتم إيقاف جميع الأنشطة البيولوجية، مما يقلل من خطر نشوب الحرائق ويوقف التحلل البيولوجي مثل التعفن.

تحسين قابلية الطحن

تؤدي عملية تحميص الكتلة الحيوية إلى تحسين قابلية طحنها. [ 7 ] وهذا يؤدي إلى احتراق مشترك أكثر كفاءة في محطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم أو إلى تغويز التدفق المحمول لإنتاج المواد الكيميائية ووقود النقل.

أسواق الكتلة الحيوية المحمصة

تُضيف الكتلة الحيوية المُحمّصة قيمةً مضافةً لمختلف الأسواق. وبشكل عام، تُوفّر الكتلة الحيوية وسيلةً منخفضة التكلفة والمخاطر لخفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. وعند الحاجة إلى كميات كبيرة، يُمكن أن تجعل عملية التحميص الكتلة الحيوية من مصادر بعيدة قادرةً على المنافسة السعرية، لأنّ المادة الأكثر كثافةً أسهل في التخزين والنقل.

وقود مسحوق الخشب:

الاحتراق المشترك واسع النطاق في محطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم:

  • تؤدي الكتلة الحيوية المحمصة إلى انخفاض تكاليف المعالجة؛
  • تتيح الكتلة الحيوية المحمصة معدلات احتراق مشتركة أعلى؛
  • يمكن تسليم المنتج بمجموعة من القيم الحرارية الصافية (20-25 جيجا جول / طن) والأحجام (قوالب، حبيبات). 
  • يؤدي حرق الكتلة الحيوية المحمصة مع الفحم إلى انخفاض صافي انبعاثات محطات توليد الطاقة.

إنتاج الصلب:

  • من الصعب جداً استخدام الكتلة الحيوية الليفية في الأفران؛
  • لاستبدال حقن الفحم، يجب أن يتمتع منتج الكتلة الحيوية بقيمة حرارية صافية تزيد عن 25  جيجا جول/طن. ويمكن إضافة الفحم الحيوي إلى الكتلة الحيوية المحمصة لتعزيز القيمة الحرارية الصافية. [ 8 ]

التدفئة السكنية/اللامركزية:

  • إن النسبة العالية نسبياً للنقل بالعجلات في سلسلة التوريد تجعل الكتلة الحيوية مكلفة. زيادة كثافة الطاقة الحجمية تقلل التكاليف؛
  • يؤدي محدودية مساحة التخزين إلى زيادة الحاجة إلى زيادة الكثافة الحجمية؛
  • نسبة الرطوبة مهمة لأن الرطوبة تؤدي إلى الدخان والرائحة.

تحويل الكتلة الحيوية إلى سوائل:

  • تؤدي الكتلة الحيوية المحمصة إلى انخفاض تكاليف المعالجة.
  • تُعد الكتلة الحيوية المحمصة بمثابة مادة خام "نظيفة" لإنتاج وقود النقل ( عملية فيشر-تروبش )، مما يوفر في تكاليف الإنتاج.

استخدامات متنوعة:

  • استخدم العديد من صانعي الغيتارات عملية التحميص للحصول على خشب أكثر استقرارًا من حيث الأبعاد لأجزاء الغيتار مقارنةً بالتجفيف التقليدي في الأفران أو التجفيف بالهواء، بما في ذلك ياماها ومارتن وجيبسون وصانع الغيتارات دانا بورجوا . [ 9 ] [ 10 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ أوستن، آنا (20 أبريل 2010). "شركة تحميص فرنسية تستهدف أمريكا الشمالية" . طاقة الكتلة الحيوية والحرارية . تم الاطلاع عليه في 29 فبراير 2012 .
  2. ↑ كوكولاس، أ.أ. (2016). "التحميص: طريق نحو مواد أولية قابلة للاستبدال من الكتلة الحيوية؟" (ملف PDF) . مؤتمر المواد الأولية للاقتصاد الحيوي المتقدم .
  3. ↑ جونسون، روبن (2007). "التحميص - حلٌّ أكثر دفئًا لمناخٍ أكثر برودة" . الصندوق العالمي لحماية الطبيعة والحياة البرية. مؤرشف من الأصل في 2 أكتوبر 2013. تم الاطلاع عليه في 30 سبتمبر 2013 .
  4. ↑ بيتس، آر بي؛ غنيم، إيه إف (2012). "تحميص الكتلة الحيوية: نمذجة حركية تطور المنتجات المتطايرة والصلبة" (ملف PDF) . تكنولوجيا الموارد الحيوية . 124 : 460-469 . Bibcode : 2012BiTec.124..460B . doi : 10.1016/j.biortech.2012.07.018 . hdl : 1721.1/103941 . PMID 23026268 . 
  5. ↑ "التحميص: مستقبل الطاقة" . الجمعية الهولندية للتحميص (DTA). مؤرشف من الأصل في 9 نوفمبر 2018. تم الاطلاع عليه في 29 فبراير 2012 .
  6. ↑ "التحميص - عملية جديدة في الكتلة الحيوية والوقود الحيوي" . الطاقة والوقود الجديد . 19 نوفمبر 2008. تم الاطلاع عليه في 29 فبراير 2012 .
  7. ↑ ثانابال، إس إس؛ تشين، دبليو؛ أنامالاي، ك؛ كارلين، إن؛ أنسلي، آر جيه؛ رانجان، دي (2014). "تحميص الكتلة الحيوية الخشبية بثاني أكسيد الكربون". الطاقة والوقود . 28 (2): 1147-1157 . doi : 10.1021/ef4022625 .
  8. ↑ نالاباني، ساسيدهار (نوفمبر 2025). "تحديث أفران الصهر لإنتاج الفولاذ الأخضر واليوريا الخضراء" (ملف PDF) . المجلة الهندية لهندسة البيئة . 5 : 19-25 . doi : 10.54105/ijee.B1871.05021125 . ISSN 2582-9289 . تاريخ الاسترجاع: 21 نوفمبر 2025 . 
  9. ↑ برايس، هيو. "كل شيء عن... التحميص" . Guitar.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 13 يوليو 2019 .
  10. ↑ مدير الموقع. "مارتن - مجلة الغيتارات الصوتية | سي إف مارتن وشركاه" . www.martinguitar.com . تاريخ الاسترجاع: 2015-10-06 .

للمزيد من القراءة

  • "تحويل مسحوق الخشب المحمص إلى بروبان"؛ "نبذة عنا" . شركة سمرهيل لأنظمة الكتلة الحيوية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 فبراير 2012 .
  • زوارت، آر دبليو آر؛ "مراقبة جودة التحميص بناءً على المتطلبات اللوجستية ومتطلبات المستخدم النهائي"، تقرير إي سي إن، ECN-L–11-107
  • فيرهوف، ف. أديل، أ.؛ بويرسما، AR؛ بيلز، الابن . لينسيلينك، J.؛ كيل، جها؛ شوكين، ه.؛ "TorTech: Torrefaction كتقنية رئيسية لإنتاج الوقود (الصلب) من الكتلة الحيوية والنفايات"، تقرير ECN، ECN-E–11-039
  • بيرغمان، بي سي إيه؛ كيل، جيه إتش إيه، 2005، "التحميص لتحسين الكتلة الحيوية"، تقرير إي سي إن، ECN-RX–05-180
  • بيرغمان، بي سي إيه؛ بويرسما، إيه آر؛ زوارت، آر دبليو آر؛ كيل، جيه إتش إيه، 2005، "تطوير عملية التحميص للاحتراق المشترك للكتلة الحيوية في محطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم القائمة"، تقرير ECN، ECN-C–05-013
  • بيرغمان، بي سي إيه، 2005، "التحميص والتكوير المدمجان - عملية TOP"، تقرير ECN، ECN-C–05-073
  • بيرجمان، PCA. بويرسما، AR؛ كيل، جها؛ برينس ، إم جي . بتاسينسكي، KJ. يانسن، FGGJ، 2005، "الكتلة الحيوية المعبأة لتغويز الكتلة الحيوية بالتدفق المتدفق"، تقرير ECN، ECN-C–05-026.
  • تقييم عملية التحميص وأداء المنتج: رؤى من مشروع SteamBioAfrica في ناميبيا