Fuel and Combustion

Fuel and Combustion

Study of the characteristics of solid fuel derived from waste in Rasht city

Document Type : Original Article

Author
Natural Resources Faculty,University of Guilan
10.22034/jfnc.2025.536304.1433
Abstract
‌Solid biofuel includes energy produced from all cellulosic waste, which is considered a clean and cheap fuel.
The aim of this study is to obtain a solid fuel derived from the municipal waste of Rasht city. For These materials were separately prepared in the process of crushing, grinding, and compressing solid fuel. This purpose, organic materials (compost) and reject materials of Rasht organic fertilizer factory were sampled. The properties of the manufactured samples were examined through proximate analysis and ultimate analysis. In group analysis, the moisture content, volatile compounds, fixed and carbon content were measured, and in final analysis, the amount of carbon, hydrogen, oxygen, nitrogen and sulfur elements were measured. The calorific value of the samples was also calculated using a bomb calorimetry device and mathematical equations. About 60% of the waste consists of food materials that have a low calorific value in the form of compost. Therefore, only 28.4% of the input waste which are combustible can be used to produce solid fuel, which is mainly fluff. The best type of fuel derived from waste in this study is in the form of compressed fluff. The most common composition of it is paper and cardboard, plastic and fabric, which have a high calorific value. This fuel has a suitable calorific value (15.28 MJ/kg).
Keywords

Subjects


افزایش جمعیت و صنعتی شدن شهرها باعث تولید انواع پسماند شده است. افزایش پسماند دولتمردان را بر آن داشته تا به دنبال راهکارهای علمی­ و عملی برای کاهش پسماند باشند. در­حال حاضر­ کشورهای مختلف جهان به سه روش: دفن بهداشتی، تبدیل به کمپوست و بازیافت انرژی، پسماندهای شهری را مدیریت می­کنند که نسبت استفاده از این روش­ها با توجه به فن‌آوری و تکنولوژی در کشورهای جهان متفاوت است]1[. یکی از مهمترین راهکارهای مدیریت پسماند بازیافت انرژی است. که به دو صورت مستقیم (سوزاندن زباله) و غیرمستقیم ([1]RDF) است. تولید انرژی از پسماند بجای دفن بهداشتی، میزان انتشار دی اکسید­کربن و سایر گازهای ­گلخانه­ای را کاهش می­دهد. سوخت­های حاصل از پسماندهای شهری، براساس منبع اولیه، فرآیند آماده­سازی، اجزای قابل احتراق زباله و غیره به‌صورت­های مختلفی هستند. گزارش­ شده ­است که کشورهای توسعه یافته در مدیریت پسماند تنها به یک روش اکتفاء نمی‌کنند. این کشورها به چهار شیوه دفن، کمپوست، زباله‌سوزی و بازیافت پسماندهای حامد شهری را مدیریت می­کنند]2[. در­ این میان­ کشور ایران 57/83 درصد از پسماندهای شهری خود را به روش دفن و در حدود 53/10 درصد پسماندها را تبدیل به کمپوست و 9/5 درصد باقیمانده را بازیافت می‌کند]3[. بر اساس آمار سازمان جهانی[2] در سال ۲۰۲۱ ایران رتبه ۱۷در تولید زباله بدست آورده­است متوسط سرانه زباله تولید شده در تهران ۳۲۰ کیلوگرم است. در حالی که سرانه تولید زباله در جهان حدود ۱۱۰ کیلوگرم در سال است. سرانه روزانه در ایران ۶۰۰ گرم است که دو برابر سرانه جهانی است. روزانه ۴۵ هزار تن زباله در مناطق شهری و ۱۰ هزار تن در مناطق روستایی تولید می‌شود که متوسط سرانه تولید زباله هر نفر در شهر۷۶۰ گرم و در روستاها ۴۸۵ گرم است. ۶۵ درصد از پسماندهای تولیدی"تر" و ۳۵ درصد آن "خشک" است و  ۲۵ درصد از پسماندهای تولیدی پردازش و ۷۵ درصد باقیمانده بدون فرآیند پردازش به‌طور مستقیم دفن و ۱۰ درصد در مبداء تفکیک می‌شوند]4[. در حال حاضر زباله‌های ۱۷ شهر وارد رشت می‌شود که  میزان آن  ۱۱۰۰ تن است که مقدار زیادی است که نیازمند تدابیر و راهکار اجرایی است]5[. سالانه هزاران تن از ضایعات سلولزی شامل کشاورزی، صنعتی و جنگلی به هدر می­رود که می‌توان طی فرآیندی این ضایعات را به کالایی تبدیل کرد که ارزش افزوده بالاتری داشته باشد. استفاده از این سوخت از اوایل دهه 90 میلادی با شروع بحران انرژی در جهان مورد توجه دوباره کشورهای اروپایی قرار گرفت و هر ساله مصرف آن افزایش می­یابد]6[. همچنین، دامنه مصرف‌کنندگان زیست توده جامد به دلیل ارزانی و در دسترس بودن این نوع سوخت بسیار گسترده است. خانواده­های کوچک به خصوص در نواحی روستایی، ویلایی، واحدهای کوچک و بزرگ صنعتی و تجاری و حتی در رستوران‌ها برای طبخ طبیعی غذا می‌توانند از این سوخت به راحتی بهره‌مند شوند. یکی از موارد کاربرد صنعتی این سوخت، استفاده از این سوخت در ترکیب با ذغال سنگ برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای به داخل جو زمین، در کشورهایی مانند لهستان، فنلاند، سوئد و هلند است]7[. سوخت زیست توده جامد نسبت به گازوئیل و نفت ارزان‌تر و به مراتب پاک­تر است. اگر میزان آلودگی حاصل از سوزاندن چوب و تولید برق را 15، سوزاندن گازوئیل را 5 و سوزاندن گاز را 3 در نظر بگیریم میزان آلودگی سوخت زیست توده در حد1 برای یک میزان مشخص و یکسان انرژی حاصله است. یکی از راحت‌ترین روش‌های استحصال انرژی از زیست‌توده‌ها، سوزاندن و استفاده مستقیم از انرژی آن‌ها در حالت جامد است. یکی از قدیمی‌ترین سوخت‌های مورد استفاده توسط انسان‌ها که امروزه به عنوان سوخت زیستی جامد شناخته می‌شود، ضایعات کشاورزی و گیاهان بوده است که برای تهیه انرژی گرمایی یا روشنایی از آن‌ها استفاده می‌کردند]8[. برخی از زیست‌توده‌های جامد مانند خاک اره که ارزش حرارتی چندان بالایی ندارند، طی فرایندهایی متراکم می‌شوند و به صورت پلت مورد استفاده قرار می‌گیرند. ازمزایای متراکم­کردن زیست‌توده‌ها می‌توان به افزایش ارزش حرارتی، حمل‌ونقل آسان و ذخیره‌سازی مقرون‌به‌صرفه اشاره­نمود. هم‌چنین برخی از زیست‌توده‌های دیگر مانند زباله‌های شهری باید تفکیک شوند و پیش‌تیمارهای­لازم مانند خردکردن، خشک­کردن و متراکم‌سازی بر روی آن‌ها صورت بگیرد. به دلیل آن که سوخت زیست‌توده جامد از ضایعات درختان و گیاهان است، پس از سوخته‌شدن همان مقدار کربن‌دی‌اکسید جذب شده توسط گیاهان را به محیط باز می­گرداند و این ویژگی سبب پاک بودن این سوخت شده­است. طبق اعلام وزارت انرژی ایالات متحده که در تحقیقاتی به بررسی تأثیر دو سوخت زیستی و سوخت‎های‌فسیلی بر گرمایش جهانی پرداخته است، هنگامی که تمام جوانب مورد توجه قرار می­گیرند، استفاده از سوخت‌های‌زیستی به جای زغال سنگ، منجر به کاهش 148 درصدی پتانسیل گرم شدن زمین در نیروگاه می‌شود]9[. سوخت جامد مشتق شده از پسماند به مواد پسمانده­ای گفته می­شود که پس از انجام پروسه­های مختلف بازیافت به عنوان سوخت حاصل از مواد زائد تولید می­شود یک نوع بازیافت انرژی است. هر فرد روزانه بطور میانگین یک کیلوگرم زباله تولید می­کند. که پس از استحصال اولیه توسط افراد غیرمسئول حدود 800 گرم آن باقی­می­ماند. یعنی یک شهر ده میلیونی مانند تهران روزی 8 میلیون کیلو یا هشت هزار تن زباله دارد، که اگر 60 درصد آن مناسب تبدیل به سوخت ­باشد حدود 5 هزار تن زباله برای­تبدیل به سوخت وجود دارد. حال با یک ضرب و تقسیم ساده­ می­توان پی به اهمیت اقتصادی آن­برد. بدیهی­است از این طریق می­توان به میلیون­ها کیلو انرژی دست یافت. شکل شماره 1 مربوط به مقایسه روش­های مختلف مدیریت پسماند درسال 2014 است. همان­طور که مشاهده ­می­شود کشورهایی نظیر تایوان، ژاپن، آلمان، سوئد و دانمارک در طرح تبدیل زباله به سوخت پیشگام هستند]10[.

 

 

 

References
[1] A.Neville,The Growing Role of Waste-to-Energy in the U.S. Power Magazine,vol.153,no.7,pp.46-47, July 2009.
[2] J.S.Tumuluru, A review of biomass densification systems to develop uniform feedstock commodities for bioenergy application. Biofuels, Bioproducts and Biorefining,vol.5,no.6,pp.683-707,2011.
[3] Gilan Science and Technology Park., “Comprehensive Waste Management Plan”, Central Gilan Region, Rasht Municipality Waste Management Organization,pp.10-30,2010.)In Persian).
[4] J.Nasiri, Study and comparison of electricity generation technologies from municipal solid waste, Third National Conference on Waste Management in Tehran, Organization of Municipalities and Village Administrations of the Country, Environmental Protection Organization, 2007. )In Persian)
[5] F.Abedinzadeh,M. Monavari, Study of Solid Waste Management in Industrial Estate of Rasht, Environmental Sciences ,vol.4,no.4,pp.101-118 ,2007 )In Persian).
[6] D.Indrawati, M.Lindu, P.Denita, Potential of solid waste utilization as source of refuse derived fuel (RDF) energy (case study at temporary solid waste disposal site in West Jakarta). The 4th International Seminar on Sustainable Urban Development. IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 106 (2018) 012103, 2018.   doi :10.1088/1755-1315/106/1/012103
[7] A.Mohammadi, A.Ebrahimi,M.Amin, Feasibility energy recovery potential of municipal solid waste in Northwest of Iran,Journal of Environmental health engineering,vol.1,pp.71-74, 2012. )In Persian)
[8] O. A.Oyelaran, B.O.Bolaji, M. A.Waheed and M. F. Adekunle, Characterization of Briquettes Produced from Groundnut Shell and Waste Paper Admixture. Iranica Journal of Energy and Environment, vol.6,no.1,pp. 34-38, 2015. DOI:10.5829/idosi.ijee.2015.06.01.07
[9] A.R.D.Romallosa and E.Kraft,Feasibility of Biomass Briquette Production from MunicipalWaste Streams by Integrating the Informal Sector in the Philippines. Resources,vol.6,no.1,pp.1-19,2017. doi:10.3390/resources6010012
[10] F.Aliaghaei, M.Pazoki, F.Farsad, I.Tajfar, Evaluating of Refuse Derived Fuel (RDF) Production from Municipal Solid Waste (Case Study: Qazvin Province). Environmental Energy and Economic Research,vol.4,no.2, pp.97-109,2020. DOI 10.22097/eeer.2020.187286.1088
[11] A. Panahandeh, G.Asadollahfardi,M.Mirmohammadi,Technical and economic study of using Tehran rejected solid waste as a fuel in cement kilns. Journal of Environmental Science Technology,vol.19,no.4,pp.495-506,2017)In Persian)
[12] T.Dong and B.K.Lee, Analysis of potential RDF resources from solid waste and their energy values in the largest industrial city of Korea,Waste Management,vol.29,pp.1725-1731, 2009.
[13] Z.Q. AlKhayat, Bio-charcoal production from municipal organic solid wastes. Materials Science and Engineering, 2017, doi:10.1088/1757-899X/227/1/012003
[14] T.Espinoza-Tellez, J.Bastías, R.Quevedo-León, E.Valencia-Aguilar, H.Aburto, D.Díaz-Guineo, M.Ibarra-Garnica, O.Díaz-Carrasco, Agricultural, forestry, textile and food waste used in the manufacture of biomass briquettes: a review. Scientia Agropecuaria ,vol.11,no.3, pp.427-437, 2020
[15] B.Boundy, S.W.Diegel,  L.Wright  and S.C.Davis , Biomass Energy Data Book, Office of the biomass program energy efficiency and renewable energy U.S. department of energy, Roltek, Inc., USA, 2011, 254 p.
[16] N.Mohammadi,E.Afra, Briquettes and pellets, Solid fuels from biomass, Alternative energy sources, Journal of Renewable and New Energy,vol.7,no.1,pp.12-19,2020. )In Persian)
[17] S.Mahdavi,Comparison of thermal energy production from different wood biomass. Iranian Journal of Wood and Paper Science Research , vol.34,no.3,pp.313-325,2019. )In Persian)
[18]S.Mahdavi,Compariison off non--woody biiomass properttiies ffor energy generattiion. Iranian Journal of Wood and Paper Industries, vol.10,no.4,pp.617-628,2020. )In Persian)
[19] M. Beckmann, M.Pohl, D.Bernhardt and K.Gebauer; “Criteria For Solid Recovered Fuels As a Substitute For Fossil Fuels – A Review”,Technische Universität Dresden, Faculty of Mechanical Engineering, Institute of Power Engineering, Dresden, Germany,Waste Management & Research, vol.30, pp. 354 – 369, April 2012.
[20] P.Krizan,M.Matus,L.Soos, J.Kers, P.Peetsalu,U. Kask  and A.Menind, Briquetting of municipal solid waste by different technologies in order to evaluate its quality and properties, Agronomy Research Biosystem Engineering, Special Issue 1, 115-123. 2011