Квалитативна идентификација гасовитих продуката термохемијске конверзије биомасе применом симултане термалне анализе и масене спектрометрије

Abstract

Предмет истраживања ове докторске дисертације је примена симултане термалне анализе и масене спектрометрије за одређивање различитих карактеристика биомасе као горива од значаја за коришћење у енергетске сврхе применом термохемијских процеса конверзије. Наведене експерименталне методе нису примарно намењене испитивању биомасе, услед чега је у оквиру ове дисертације извршено прилагођавање методологије испитивања поменутим методама за карактеризацију биомасе. С обзиром на широк спектар могућности примене експерименталне апаратуре, обрађено је више термохемијских процеса конверзије (пиролиза, гасификација и сагоревање) и обухваћен је велики број узорака биомасе (дрвна, пољопривредна и отпадна биомаса). Анализа резултата испитивања подразумевала је одређивање кинетичких параметара процеса конверзије различитих типова биомасе, а добијени резултати верификовани су објављивањем у водећим међународним и домаћим научним часописима. У наставку истраживања поред кинетичке анализе, спроведена је гасна анализа процеса применом масене спектрометрије. Гасном анализом испитивани су најзаступљенији гасови који се ослобађају током термохемијских процеса конверзије биомасе. Том приликом, развијена је методологија најпре за квалитативну анализу гасова, а потом и делимичну квантитативну анализу, што представља најзначајнији научни допринос ове докторске дисертације. Добијени резултати су потврђени поређењем са литературним изворима и публиковањем у међународним научним часописима. Ови резултати се могу искористити за оптимизацију термохемијских процеса конверзије при коришћењу биомасе, као и за процену најефикасније технологије за максимално искоришћење потенцијала биомасе, што указује на значај овог истраживачког рада, а тиме и научни допринос предметне докторске дисертације.

The subject of the investigation in this thesis is the application of simultaneous thermal analysis and mass spectrometry for determination of different characteristics of biomass as a fuel which are important for energy production by thermochemical conversion processes. Considered experimental methods are not primarily proposed for biomass testing, as a result of which, within the framework of this dissertation, considered testing methodology was adopted to methods for biomass characterization. According to a wide range of possibilities for the application of experimental equipment, several thermochemical conversion processes (pyrolysis, gasification, and combustion) were processed and a large number of biomass samples (wood, agricultural, and waste biomass) were included. The analysis of test results included the determination of kinetic parameters of the respective conversion process for different types of biomass, where the obtained results were verified by publishing in international and domestic scientific journals. Further in the performed research, in addition to the kinetic analysis, the analysis of evolved gasses from conversion processes was performed using mass spectrometry. The most common gases that are released during thermochemical processes of biomass conversion were examined by gas analysis. For that purpose, a methodology was developed, first for the qualitative analysis of gases, and then for the semi-quantitative analysis, which represents the most significant scientific contribution of the dissertation. Obtained results were confirmed by comparison with literature sources and publication in international scientific journals. These results can be used to optimize thermochemical conversion processes when using biomass, as well as to evaluate the most efficient technology for maximum use of biomass potential, which indicates the importance of this research work, and thus the scientific contribution of the dissertation.