A bioszén jellemzői

Bioszenek jellemzőiről általában

A bioszén minősége, valamint fizikai és kémiai tulajdonságai függnek az alapanyagtól (fa vagy növényi), a technológiától és a technológia paramétereitől (alacsony vagy magas hőmérséklet, tartózkodási idő, lassú vagy gyors pirolízis, hevítési sebesség, és az alapanyag előkészítése).

A bioszén minőségének megkülönböztetésére Joseph et al. (2009) egy osztályozási rendszert javasolt.

A bioszén termékek köre nagyon változó, az elem- és hamuösszetétel, a sűrűség, a porozitás, a póruseloszlás, a fajlagos felszín, a felületi kémiai tulajdonságok, a víz- és ion-adszorpció, a pH és a felszíni szerkezet tekintetében (Baldock and Smernik, 2002; Antal and Grǿnli, 2003; Downie et al., 2009; Chan and Xu, 2009).

A biomasszából gyártott bioszén tulajdonságait befolyásolja a pirolízis hőmérséklete, a biomassza lignin, cellulóz, és hemicellulóz tartalma és valamelyest az alapanyag további elemkoncentrációja. (McKay and Roberts, 1982; Antal and Grǿnli, 2003).

Nagy lignintartalmú fa-alapú biomasszából jobb minőségű bioszén keletkezik, mint a növényi alapanyagból. A hőmérséklet növekedésével, minden egyes pirolízis eljárás esetén a bioszén széntartalma nő (Antal and Grǿnli, 2003; Schnitzer et al., 2007; Zabaniotou et al., 2008).

400 - 600°C közötti pirolízis hőmérsékleten gyártott bioszenek nagy mennyiségben tartalmaznak polikondenzált aromás szerkezeteket (Antal and Grǿnli, 2003; Amonette and Joseph, 2009). Joseph et al. 2009 szerint az 500°C fölött gyártott bioszenek széntartalma 80% fölött van, míg a 400 és 500°C között keletkezett bioszenek széntartalma 60-80% és az alacsony hőmérsékleten (< 350°C) keletkezett bioszenek széntartalma 15 – 60% között változik.

A bioszén jellemzése során két frakciót különböztethetünk meg a bioszén összetétele tekintetében: a szerves „szenes” frakciót és a szervetlen hamu frakciót. A „szenes” frakcióban a szénhez kötődve jelen van a hidrogén, oxigén és más elemek és ezt a frakciót befolyásolják a legerőteljesebben a reaktorban végbemenő reakció körülményei. A tartózkodási idő, a hőmérséklet, a hevítési sebesség, stb hatására többnyire a szerves szénhidrát tartalmú vegyületek alakulnak át a bioszenet jellemző, aromás szerkezetű vegyületekké. A bioszén alapanyag tulajdonságai befolyásolják a legjobban a szervetlen frakciót: a reakció körülményei hatással vannak a hamu tulajdonságaira és a bioszén összetételét alkotó hamu-szén arányára, de általában a biomasszában található ásványi komponensek a hamuban dúsulnak fel (Brewer, 2012).

Az IBI (International Biochar Initiative) és további szakemberekből álló csoport együttesen meghatároztak egy általános módszert a bioszén stabilitásának felmérésére (Budai et al, 2013). Ugyanakkor a bioszén további tulajdonságainak felmérése valószínűleg hasonló általános módszereken fog alapulni. A bioszén tulajdonságainak felmérése egyszerű, többnyire lineáris kapcsolatot feltételez a gyártási körülmények és a komplex tulajdonságok között (Budai et al, 2014). Több tanulmány is utalt arra, hogy hasonló egyszerű kapcsolat létezik a kritikus kémiai összetétel és a felületi tulajdonságok indikátorai között. Például, a pirolízis hőmérsékletének növekedése, a pH, a kation-csere kapacitás (CEC)(Lehmann, 2007) és a felszíni felület (SA) (Lee et al, 2013) növekedéséhez vezetett, bár nem minden kutató támogatja ezt a felismerést. Egyes kutatások szerint a felszíni felület értéke eléri a maximumot, majd lecsökken a magas pirolízis hőmérséklet (HTT) esetén, úgy a fa, mint a gabona alapú bioszeneknél (Brown et al, 2006; Chun et al, 2004, Budai A. et al, 2014).