世界銀行の統計によると、2014 年には化石燃料が全世界で消費される総エネルギーの 80.8% を供給しました。埋蔵量の枯渇に加えて、化石燃料の使用に関連する環境問題は、新しいクリーン エネルギーの開発に焦点を当てて、この依存を減らすいくつかの世界的な計画の理由です。
その一例が、バイオマスとリサイクル不可能な廃棄物からのエネルギー回収を優先する、欧州連合の「202020 目標」です。この計画の主要な行動の 1 つは、化石燃料の部分的または完全な代替物としてバイオマスを使用することです。
バイオマスは、化石燃料よりも温室効果ガスの排出量が少ない、広く利用可能なエネルギー源です。最近では、エネルギー利用のために特別に調製された木材チップから、貝殻や下水汚泥など、以前は廃棄物と見なされていた材料が現在エネルギー源として使用されているものまで、「バイオマス」という用語により多くの材料を含めるために多くの研究が行われています.
紙の上では、これらすべての利点は化石燃料をこれらの材料に置き換えるのに十分なはずですが、何が問題なのですか?なぜ世界はいまだに化石燃料のような汚染度の高い製品に依存しているのでしょうか?バイオマスはエネルギー密度が低いため、同じ量のエネルギーを生成するにはより多くの材料が必要であり、それを使用するには新しい産業施設への多額の投資が必要になります.
ただし、中間的な解決策がより一般的になりつつあります。混焼とは、2種類以上の異なる物質を同時に燃焼させることで、主に石炭とバイオマスを混合して大気への排出や粒子状物質を削減することで実施されてきました。バイオマスを使用する代わりに、混焼は廃棄物を使用し、エネルギーを回収し、廃棄量を減らし、有毒な有機残留物を安全に破壊することもできます。
固体燃料の処理について話しているので、考慮する必要がある産業上の危険があります。固体材料は、作業、取り扱い、または処理する前に完全に決定する必要がある発火のリスクを示します。粉塵物質が発火すると、粉塵爆発が発生するまで進化する可能性があります。このリスクを回避するために、産業施設はその固体材料を特徴付け、安全な作業スペースを確保するために対処する必要がある条件を知る必要があります。しかし、性質の異なる 2 種類の粉塵が混ざるとどうなるでしょうか。リスクは両方の合計ですか？最も危険な物質の特性だけを使用する必要がありますか?
これらの疑問に答えるために、ラボラトリオ オフィシアル マダリアガ (マドリッド工科大学) とリーズ大学の共同研究で、固体混合物の着火感度が研究されました。着火感度パラメータは、固体材料の着火のしやすさを定義します。 2 つの異なる状況を調査する必要があります:固体材料が層として堆積する場合と、粉塵雲に分散する場合です。
粉塵層は着火の際の着火源となる可能性があるため、着火を回避するために粉塵が到達できない温度を決定する必要があります。この温度がわかっている場合は、施設に設置されている機器がこの温度 (またはそれ以上) にならないようにする必要があります。粉塵層が乱されて空気中に分散すると、粉塵雲が形成され、高温または電気火花によって発火し、深刻な結果をもたらす粉塵爆発に発展します。これらの爆発を引き起こす可能性のある温度と、電気火花のエネルギーを定義する必要があります。層の場合と同様に、施設は粉塵爆発を防ぐために、これらの温度とエネルギーに決して到達しないようにする必要があります.
単一材料と混合物について、これらのプロセスに関連するパラメータを実験的に決定し、それらを比較しました。テストされた材料は、木質ペレット、熱乾燥した下水汚泥、および石炭で、10 の異なる組み合わせでした。比率の異なる 2 つの材料で形成された 9 つのバイナリ サンプルと、3 つのサンプルで形成された 1 つの三元サンプルです。この調査では、以前のコンポーネントの基本値を介してこれらのパラメーターを理論的に決定することは正確ではなく、これらの施設で必要な値よりも緩和された値が提供されることが示されました。これは、数学的平均を使用してリスクを決定すると、このリスクを過小評価し、関連する爆発を防ぐのに十分ではない測定値を設計することになることを意味します.
異なる種類の材料の影響は、雲層の場合、木質ペレットとしての軽くて細長い粒子が、分散と懸濁の容易さのためにサンプルの反応性を増加させることを示しました。それらはより長い時間浮遊状態に留まり、雲の発火を容易にし、温度とエネルギーが低くなるため、混合物中のこれらの材料の比率が高いほど、粉塵雲の発火が容易になります.一方、粉塵が層として堆積すると、石炭や下水汚泥などの重くて丸い粒子 (不活性成分が多い) が層を形成し、酸素のアクセスが困難になり、着火が促進されます。
これらの調査結果は、最近ジャーナル Fuel に掲載された「固体燃料混合物の着火感度」というタイトルの記事で説明されています。 この作業は、西ノルウェー応用科学大学の Nieves Fernandez-Anez、マドリード工科大学の Javier Garcia-Torrent、大学の David J.F. Slatter、 Muhammad Azam Saeed、 Herodotos N. Phylactou、および Gordon E. Andrews によって実施されました。
