Chemické zpracování a využití dřevních odpadů se zaměřením na biochar

Jaroslav Šulc

Bachelor's thesis

Chemical processing and utilization of wood waste focusing on biochar

Abstract:

Tato bakalářská práce pojednává o využití odpadní hmoty na bázi ligninu a celulózy a jejím dalším zpracování za použití strojní techniky a chemikálií. Jedná se o zpracování dřevních odpadů vznikajících opracováním živých zdravých, nemocných, či zcela odumřelých stromů po jejich skácení těžebním strojem, o odpady především z dřevozpracujícího průmyslu, ze zemědělství apod. Tento lignocelulózový materiál může být vstupní surovinou např. pro výrobu aglomerovaných materiálů, dřevoplastových (WPC) kompozitů, sulfátové buničiny, bioethanolu či mnohých chemických látek. Velmi perspektivním materiálem je v současnosti i nanocelulóza, kterou lze z těchto sekundárních zdrojů též dobře připravit. Zmíněny jsou i mnohé aplikace a využití odpadního ligninu, který vzniká ve velkém množství v celulózo-papírenském průmyslu. Pyrolýzou zbytkové dřevní biomasy vzniká nejen pyrolýzní plyn či bio-olej, ale i biouhel, tzv. biochar, který má hojné využití především v oblasti zlepšování půdních vlastností. Praktická část se věnuje stanovení sorpčních vlastností biocharu dodaného firmou ENERGO Zlatá Olešnice s.r.o. Experiment průběhu navlhání a vysoušení vzorků při různých relativních vlhkostech vzduchu (33, 55, 75, 85 a 97 %) a teplotě 20 °C byl realizován v klimatické komoře. Z relativních změn vlhkostí vzorků při sorpci a desorpci byla sestrojena sorpční a desorpční izoterma a z nich nakonec zkonstruována hysterezní smyčka vyjadřující závislost desorpční izotermy na průběh sorpce. Potvrdilo se, že biochar při desorpci zpomaluje vypařování vody, což je významné např. z hlediska stabilizace půdního prostředí a zachování biologických funkcí půdy. Bylo stanoveno, že analyzovaný vzorek biocharu při desorpci v intervalu relativních vlhkostí vzduchu 97–33 % zadržuje množství vody v rozsahu 6,2–13,3 hm. % oproti původnímu stavu. Nejvyšší množství vody, tj. právě 13,3 hm. % je vzorkem biocharu zadržováno při relativní vlhkosti vzduchu 85 %.

Abstract:

This bachelor thesis deals with the utilization of waste material based on lignin and cellulose and its further processing using machinery and chemicals. It concerns the processing of wood waste resulting from the processing of living healthy, diseased or completely dead trees after their felling by a mining machine, waste mainly from the wood-processing industry, from agriculture, etc.This lignocellulosic material can be an input raw material e.g. for the production of agglomerated materials, wood-plastic (WPC) composites, sulphate pulp, bioethanol or many chemical substances. Nowadays, nanocellulose is a very promising material, which can also be well prepared from these secondary sources. Mention is also made of many applications and uses of waste lignin, which is produced in large quantities in the pulp-paper industry. Pyrolysis of residual wood biomass produces not only pyrolysis gas or bio-oil, but also biochar, the so-called biochar, which has a lot of use especially in the field of soil properties improvement. Practical part is devoted to determination of sorption properties of biochar supplied by ENERGO Zlatá Olešnice s.r.o. Experiment of the process of watering and drying of samples at various relative humidities (33, 55, 75, 85 and 97 %) and temperature 20 °C was realized in the climatic chamber. From the relative changes in humidity of samples during sorption and desorption was constructed sorption and desorption isotherm and from them was finally constructed hysteresis loop expressing the dependence of desorption isotherm on the course of sorption. It was confirmed that biochar during desorption slows the evaporation of water, which is important e.g. in terms of stabilization of the soil environment and preservation of biological functions of the soil. It was determined that the analyzed biochar sample during desorption in the range of relative humidities of 97–33 % holds the amount of water in the range of 6,2–13,3 mm. % compared to the original state. The highest amount of water, i.e. just 13,3 mm. % is retained by the biochar sample at a relative humidity of 85 %.

Keywords

biochar, sorpce, odpadní lignin, kompozitní materiály, biopaliva, nanocelulóza

Keywords

sorption, waste lignin, composite materials, biofuels, nanocellulose, biochar

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 30. 3. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 1. 6. 2023
• Supervisor: Ing. Tereza Jurczyková, PhD.
• Reader: Tomáš Kytka, Ing.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Forestry and Wood Sciences

Bachelor programme / specializace:
Forestry / Forest Ecosystems Protection and Silviculture