Energy Potential of Agri Residual Biomass in Southeast Asia with the Focus on Vietnam

Agronomy 2021, 11, 169
4 of 18
sample, the process was repeated n times until the difference between procedure n and
n
−
1 stood equal or less than 0.2% absolute. The resulting moisture content was calculated
as the mean of duplicate determinations using the following equation:
M
ar
=
(
m
2
−
m
3
)
(
m
2
−
m
1
)
×
100
(1)
where: M
ar
—moisture content as received, wet basis, %; m
1
—mass of an empty dish and
lid, g; m
2
—mass of a dish and lid with a sample before drying, g; m
3
—mass of a dish and
lid with a sample after drying, g.
Volatile Matter Content. Content of volatile matter was determined according to BS
EN ISO 18123:2015 standard [
23
] as the loss in mass when the analytical sample placed in a
crucible was heated at 900
◦
C for 7 min. For the sample heating, a muffle furnace ELSKLO
MP5 (Elsklo Ltd., Desná v J
·
h, Czech Republic) was applied. The content of volatile matter
in the samples was calculated based on the following equation, and the final result was
reported as the mean of duplicate determinations with respect to a repeatability precision:
V M
=
m
2
−
m
3
m
2
−
m
1
×
100
(2)
where: VM—volatile matter on a dry basis, %; m
1
—mass of the empty crucible and lid, g;
m
2
—mass of the crucible with measured sample and lid before heating, g; m
3
—mass of the
crucible with measured sample and lid after heating, g.
Non-volatile Matter Content or Fixed Carbon. Fixed carbon is a remainder after the
percentages of total moisture, ash, and volatile matter subtracted from 100% based on BS
EN ISO 16559:2014 [
24
]. For better comparison, the moisture content was excluded, and
fixed carbon was calculated as [
25
]:
FC = 100
−
VM
−
A
(3)
where: FC—fixed carbon on a dry basis, %; VM—volatile matter on a dry basis, %; A—ash
content on a dry basis, %.
Ash content, a mass of inorganic residue remaining after sample heating under spe-
cific conditions, was determined according to the standard BS EN ISO 18122:2015 [
26
].
Approximately 1 g of analysis sample, which had been previously dried at 105
◦
C, was
placed in a muffle furnace LAC LH 06/13 (LAC, Rajhrad, Czech Republic) and heated
from an ambient temperature to 250
◦
C, for 30 min and then retained at this temperature
for a further 60 min. Afterwards, the temperature inside the furnace was uniformly raised
to 550
◦
C over 30 min and kept at this level for the other 120 min. The equation for the
calculation of ash content is presented below. Ash content of each sample was found as a
mean of three repetitions taking into account a repeatability precision.
A
=
(
m
3
−
m
1
)
(
m
2
−
m
1
)
×
100
(4)
where: A—ash content on a dry basis, %; m
1
—mass of an empty dish, g; m
2
—mass of dish
with a sample, g; m
3
—mass of dish with ash, g.
Determination of Carbon (C), Hydrogen (H), Nitrogen (N), Sulphur (S), Chlorine
(Cl) and Oxygen (O) Content. C, N and H content determination was performed per the
standard BS EN ISO 16948:2015 [
27
] using the laboratory automatic device LECO CHNS628
(LECO Corporation, Saint Joseph, MI, USA). Calibration of the analyzer was undertaken
beforehand, then 0.1 g of dried analysis samples wrapped in aluminum foil and prepared
in three replicates was placed into the equipment and combusted to oxidize the sample
into simple compounds that were then detected with thermal conductivity and infrared
detectors (at 100% oxygen and temperature around 1050
◦
C). The results were calculated
automatically and expressed as % by mass.

Agronomy 2021, 11, 169
5 of 18
Content of S and Cl was determined by following the standard BS EN ISO 16994:2016 [
28
],
where S content was measured via the combustion method in the Sulphur add-on module
to the Elemental Determinator LECO CHN628 Series and the Cl content was determined
by the titrimetry technique.
O content was calculated by difference:
O
=
100
−
C
−
H
−
N
−
S
−
Cl
−
A
(5)
where: O—oxygen content on a dry basis, %; C—carbon content on a dry basis, %; H—
hydrogen content on a dry basis, %; N—nitrogen content on a dry basis, %; S—sulphur
content on a dry basis, %; C—chlorine content on a dry basis, %; A—ash content on a dry
basis, %.
Calorific Value. Calorific value was determined under the standard BS EN ISO
18125:2017 [
29
]. Around 1 g of the material compressed in an unbreakable test piece was
placed into the calorimeter IKA 6000 (IKA-Werke GmbH & Co. KG, Staufen, Germany),
which was configured with the required information such as sample weight, hydrogen
content, etc. Gross calorific value (GCV) was then measured automatically, and net calorific
value (NCV) was calculated according to the following equation:
Q
=
Q
gr
−
24.42
× (
M
+
8.94
×
H
)
(6)
where: Q—net calorific value, J
·
g
−1
; Q
gr
—gross calorific value, J
·
g
−1
; 24.42—coefficient
corresponding to 1% of the water from the sample at 25
◦
C; M—moisture content in the
sample, %; 8.94—coefficient for the conversion of hydrogen to the water; H—hydrogen
content in the sample, %.
2.4. Calculation of the Total Energy Yield
The equation for the energy potential/energy yield of residual biomass was designed
following the methodology of Akhmedov et al. [
30
]:
Ep
= (
T p
∗
k
) ∗
Q
(7)
where: Ep—annual energy potential of residual biomass, TJ; Tp—total annual grain/crop
production of country/region/province, t; k—constant/share of residual biomass or
residue ratio, where:
•
Constant for rice straw is 2.2, and it has been calculated as an average value of rice
straw residues according to previous studies [
15
,
31
];
•
Constant for rice husks is 0.2, the value was obtained from the previous studies [
15
,
32
];
•
Constant for sugarcane bagasse is 0.3, the value was gained from previous publica-
tions [
33
,
34
];
•
Constant for sugarcane trash is 0.2, the value was extracted from the previous stud-
ies [
35
,
36
].
Q—net calorific value of residual biomass as received*, TJ t
−1
.
* as the value for sugarcane trash was not tested in the laboratory within the frame of
this study, thus, the Q equal to 11.6 MJ kg
−1
(0.0116 TJ t
−1
) at moisture content 30% was
taken into consideration according to De Beer [
37
].
The obtained results of energy potential were also converted and expressed in another
unit, i.e., TWh as 1 TWh is equal to 3600 TJ.

tải về 1.15 Mb.

Chia sẻ với bạn bè của bạn: