مطالعه تولید هیدروژن از باگاس نیشکر به روش گازیفیکاسیون در آب فوق ‏بحرانی

باگاس نیشکر یکی از عمده‏ترین منابع ضایعات کشاورزی استان خوزستان است. با هدف تولید هیدروژن، گازیفیکاسیون آب فوق‏بحرانی این ماده لیگنوسلولزی در یک رآکتور ناپیوسته در فشار 25 مگاپاسکال مورد مطالعه قرارگرفت. تاثیر دمای واکنش (800-400 °c)، زمان ماند (285-15 دقیقه) و کاتالیزور (5 نوع نمک قلیا، رانی‏نیکل و کربن فعال) بر میزان، ترکیب و ارزش حرارتی گاز تولیدی، بازده گازیفیکاسیون کربن و بازده گازیفیکاسیون هیدروژن مورد بررسی قرار گرفت. نسبت ماده خام به کاتالیزور برابر با 2 و میزان ماده جامد برابر 9% برای تمامی آزمایش‏ها ثابت بود. آنالیز گازهای تولیدی توسط دو دستگاه گازکروماتوگراف صورت گرفت. نتایج آنالیزها نشان داد که واکنش‏پذیری باگاس نیشکر در دمای پایین - اما فوق‏بحرانی- کم است. در دمای 400 درجه سانتی‏گراد، درصد هیدروژن و متان کم بود و افزایش زمان ماند تا 285 دقیقه نیز تاثیری بر مقدار آن نداشت. بااین‏حال، بازده گازیفیکاسیون کربن از 7/13% در 15 دقیقه به 7/22% در 285 دقیقه رسید. درمقابل، میزان منوکسیدکربن با افزایش زمان ماند کاهش یافت به‏طوری‏که با افزایش زمان ماند تا 105 دقیقه، اثری از آن در گاز تولیدی وجود نداشت. تمامی کاتالیزورهای قلیایی باعث افزایش معنی‏دار هیدروژن تولیدی و کاهش منوکسیدکربن شدند. ترتیب اثرگذاری کاتالیزورها به نفع تشکیل گاز هیدروژن به‏صورت به‏دست آمد؛ koh > naoh = k2co3 > khco3 > nahco3 > activated carbon. کاربرد رانی‏نیکل باعث افزایش 17 برابری تولید متان شد. میزان هیدروژن با افزایش دمای واکنش زیادتر شد به‏طوری‏که بدون حضور کاتالیزور، بازده گازیفیکاسیون هیدروژن از 45/21% در دمای 500 درجه سانتی‏گراد به 155% در دمای 800 درجه سانتی‏گراد رسید. بیشترین میزان هیدروژن تولیدی (6/75 مول بر کیلوگرم) در دمای 800 درجه سانتی‏گراد و با حضور کاتالیزور هیدروکسیدپتاسیم به‏دست آمد. گازیفیکاسیون کامل باگاس نیشکر در همین شرایط رخ داد. بدون کاتالیزور، بیشترین بازده گازیفیکاسیون کربن در دمای 800 درجه سانتی‏گراد به میزان 91% حاصل شد. براساس نتایج به‏دست آمده از آزمایش‏ها، پتانسیل تولید هیدروژن از باگاس نیشکر استان خوزستان 470 میلیون مترمکعب نرمال در سال محاسبه گردید.