Покращення якості синтез-газу при висхідній газифікації кукурудзяних качанів з використанням каталізатора на основі CaO/активованого вугілля на пальмовому волокні

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2026.352281

Ключові слова:

газифікація, висхідний потік, кукурудзяні качани, синтез-газ, CaO, активоване вугілля

Анотація

Об’єктом дослідження є процес газифікації біомаси кукурудзяних качанів у фіксованому шарі з висхідним потоком за допомогою подвійної каталітичної системи, що складається з оксиду кальцію (CaO) та активованого вугілля, отриманого з пальмового волокна (AC-PF). У цьому дослідженні розглядаються питання низької теплоти згоряння синтез-газу з кукурудзяних качанів та високої вартості каталізаторів для його очищення. У цьому дослідженні використовується характеристика подвійної каталітичної системи разом із коефіцієнтом еквівалентності (0,2; 0,25; 0,3 та 0,35), завантаженням каталізатора (4%; 6%; 8% та 10%) і, нарешті, масовим співвідношенням CaO/AC–PF (0:1; 1:0; 1:1, 2:1), крім того, отримані кінцеві продукти були додатково проаналізовані для подвійних каталітичних систем за допомогою скануючого електронного мікроскопа, інфрачервоної спектроскопії з Фур'є-перетворенням та методу Брунауера-Еммета-Теллера. Ці результати вказують на те, що зі збільшенням коефіцієнта еквівалентності (ER) частки H2 та CH4 зростають, тоді як CO2 зменшується, а нижча теплота згоряння синтез-газу збільшується, однак CO досягає оптимуму при ER = 0,3. Більше навантаження каталізатора, як правило, зменшує H2 та CH4, але збільшує CO, що потенційно знижує теплоту згоряння при високих навантаженнях. Характеристика каталізатора показує, що AC-PF має пористу структуру та більший контакт газу з твердим тілом з посиленими вторинними реакціями, тоді як додавання CaO створює композит з поверхневими видами, пов'язаними з сорбцією CO2. Низька теплотворна здатність синтез-газу зростає при високому коефіцієнті виходу (ER), тоді як при збільшенні завантаження каталізатора вона знижується через мінімальний внесок CH4. Отримані нами результати демонструють функціональний синергетичний механізм між пористим AC–PF та сорбцією CO2 на основі CaO, що дозволяє одночасно здійснювати каталітичне збагачення та уловлювання CO2 в одній недорогій системі з подвійним каталізатором. Такі емпіричні спостереження стануть належним підґрунтям для майбутніх потенційних проектів та експлуатації маломасштабних установок газифікації біомаси, зокрема реакторів з висхідним потоком, для переробки відходів кукурудзяних качанів при КК та завантаженні каталізатора, досліджених у цьому дослідженні

Біографії авторів

Purbo Suwandono, Widya Gama University

Master

Department of Mechanical Engineering

Widya Wijayanti, Brawijaya University

PhD

Department of Mechanical Engineering

Nova Risdiyanto Ismail, Widya Gama University

PhD

Department of Mechanical Engineering

Dzulfikar Johan Akbar, Brawijaya University

Master Student

Department of Mechanical Engineering

Muhammad Reza, Widya Gama University

Bachelor Student

Department of Mechanical Engineering

Посилання

  1. Yadav, V. K., Sharma, A. K., Gacem, A., Pandit, J., Wany, A., Kumar, A. et al. (2025). Emerging Trends in the Valorization of Agricultural Waste and Their Utilization in Agricultural, Pharmaceuticals, and Environmental Cleanup. Waste and Biomass Valorization, 16 (6), 2779–2833. https://doi.org/10.1007/s12649-025-03002-y
  2. Lewandowski, W. M., Ryms, M., Kosakowski, W. (2020). Thermal Biomass Conversion: A Review. Processes, 8 (5), 516. https://doi.org/10.3390/pr8050516
  3. Ariyanti, D., Rimantho, D., Leonardus, M., Ardyani, T., Lisnawati, Fiviyanti, S. et al. (2025). Valorization of corn cob waste for furfural production: A circular economy approach. Biomass and Bioenergy, 194, 107665. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2025.107665
  4. Zhang, J., Chu, Z., Cao, R., Wu, X., Han, K. (2026). A review of resource recovery from waste plastics via pyrolysis and gasification. Fuel, 404, 136319. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2025.136319
  5. Tangke Tosuli, Y., Cahyadi, Dafiqurrohman, H., Hermawan, R., Surjosatyo, A. (2024). Gasification of sago dreg waste in a top-lit updraft fixed bed gasifier: Syngas composition and its effect with additional Al2O3 as catalyst. Energy Conversion and Management: X, 24, 100775. https://doi.org/10.1016/j.ecmx.2024.100775
  6. Tuan, P. D., Minh Quan, L., Nhi, V. T., Huong, H. M., Phung, L. T. K., Feng, D. (2022). Enrichment of hydrogen in product gas from a pilot-scale rice husk updraft gasification system. Carbon Resources Conversion, 5 (3), 231–239. https://doi.org/10.1016/j.crcon.2022.07.003
  7. Yousef, S., Eimontas, J., Zakarauskas, K., Striūgas, N. (2025). Oxygen updraft gasification-catalytic reforming of cigarettes butts for hydrogen-rich syngas production. International Journal of Hydrogen Energy, 171, 150650. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2025.150650
  8. Bilbao, D. C., Machin, E. B., Pedroso, D. T., Hernández, D., Aburto-Hole, J., Muñoz, L. (2025). Experimental assessment of the energy potential of pellets produced from beekeeping wastes by updraft gasification. Energy Conversion and Management, 343, 120206. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2025.120206
  9. Yesilova, N., Tezer, O., Ongen, A., Ayol, A. (2024). Enhancing biomass gasification: A comparative study of catalyst applications in updraft and modifiable-downdraft fixed bed reactors. International Journal of Hydrogen Energy, 76, 290–303. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.05.075
  10. Jančauskas, A., Striūgas, N., Zakarauskas, K., Skvorčinskienė, R., Eimontas, J., Buinevičius, K. (2024). Experimental investigation of sorted municipal solid wastes producer gas composition in an updraft fixed bed gasifier. Energy, 289, 130063. https://doi.org/10.1016/j.energy.2023.130063
  11. Junga, R., Tańczuk, M., Sobek, S., Chabiński, M., Ziółkowski, Ł., Werle, S. (2023). Effect of the addition of laying hens manure to the straw on gasification efficiency in updraft gasifier under air atmosphere. Applied Thermal Engineering, 226, 120269. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2023.120269
  12. Tezer, Ö., Karabağ, N., Öngen, A., Ayol, A. (2023). Gasification performance of olive pomace in updraft and downdraft fixed bed reactors. International Journal of Hydrogen Energy, 48 (60), 22909–22920. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.02.088
  13. Işık, K. E., Dogru, M., Erdem, A. (2023). Gasification of MDF residue in an updraft fixed bed gasifier to produce heat and power via an ORC turbine. Waste Management, 169, 43–51. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2023.06.025
  14. Gorthy, S., Verma, S., Sinha, N., Shetty, S., Nguyen, H., Neurock, M. (2023). Theoretical Insights into the Effects of KOH Concentration and the Role of OH– in the Electrocatalytic Reduction of CO2 on Au. ACS Catalysis, 13 (19), 12924–12940. https://doi.org/10.1021/acscatal.2c06115
  15. Wang, X., Zeng, W., Xin, C., Kong, X., Hu, X., Guo, Q. (2022). The development of activated carbon from corncob for CO2 capture. RSC Advances, 12 (51), 33069–33078. https://doi.org/10.1039/d2ra05979g
  16. Zhou, B., Bai, B., Zhu, X., Guo, J., Wang, Y., Chen, J. et al. (2024). Insights into effects of grain boundary engineering in composite metal oxide catalysts for improving catalytic performance. Journal of Colloid and Interface Science, 653, 1177–1187. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2023.09.148
  17. Zhu, Y., Wu, J., Zhang, Y., Miao, Z., Niu, Y., Guo, F., Xi, Y. (2024). Preparation of hierarchically porous carbon ash composite material from fine slag of coal gasification and ash slag of biomass combustion for CO2 capture. Separation and Purification Technology, 330, 125452. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2023.125452
  18. Ilić, M., Haegel, F.-H., Lolić, A., Nedić, Z., Tosti, T., Ignjatović, I. S. et al. (2022). Surface functional groups and degree of carbonization of selected chars from different processes and feedstock. PLOS ONE, 17 (11), e0277365. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0277365
  19. Ali, R., Aslam, Z., Shawabkeh, R. A., Asghar, A., Hussein, I. A. (2020). BET, FTIR, and RAMAN characterizations of activated carbon from wasteoil fly ash. Turkish Journal of Chemistry, 44 (2), 279–295. https://doi.org/10.3906/kim-1909-20
  20. Stanienda-Pilecki, K. J. (2019). The importance of Fourier-Transform Infrared Spectroscopy in the identification of carbonate phases differentiated in magnesium content. Spectroscopy, 34 (6). Available at: https://www.spectroscopyonline.com/view/spec0619-pilecki
  21. Dai, F., Zhuang, Q., Huang, G., Deng, H., Zhang, X. (2023). Infrared Spectrum Characteristics and Quantification of OH Groups in Coal. ACS Omega, 8 (19), 17064–17076. https://doi.org/10.1021/acsomega.3c01336
  22. Martínez de Salazar Martínez, E., Alexandre-Franco, M. F., Nieto-Sánchez, A. J., Cuerda-Correa, E. M. (2024). Exploring the role of surface and porosity in CO2 capture by CaO-based adsorbents through response surface methodology (RSM) and artificial neural networks (ANN). Journal of CO2 Utilization, 83, 102773. https://doi.org/10.1016/j.jcou.2024.102773
  23. Tavizón-Pozos, J. A., Cervantes-Cuevas, H., Garcia-Camacho, G. G., Chavez-Esquivel, G., Acosta-Najarro, D. R. (2025). Biodiesel Production Using K–Sr/CaO and CaO Catalysts Derived from Eggshells by Canola Oil Transesterification. ACS Omega, 10 (7), 6827–6838. https://doi.org/10.1021/acsomega.4c09118
  24. Koo-amornpattana, W., Phadungbut, P., Kunthakudee, N., Jonglertjunya, W., Ratchahat, S., Hunsom, M. (2023). Innovative metal oxides (CaO, SrO, MgO) impregnated waste-derived activated carbon for biohydrogen purification. Scientific Reports, 13 (1). https://doi.org/10.1038/s41598-023-31723-4
  25. Quan, C., Wang, M., Gao, N., Yang, T., Li, R. (2023). In situ adsorption of CO2 to enhance biomass gasification for hydrogen production using Ca/Ni based composites. Journal of the Energy Institute, 108, 101229. https://doi.org/10.1016/j.joei.2023.101229
  26. Micheli, F., Mattucci, E., Courson, C., Gallucci, K. (2021). Bi-Functional Catalyst/Sorbent for a H2-Rich Gas from Biomass Gasification. Processes, 9 (7), 1249. https://doi.org/10.3390/pr9071249
  27. Zhu, M., Wang, Q., Wang, S. (2025). Recent Advances and Future Perspectives in Catalyst Development for Efficient and Sustainable Biomass Gasification: A Comprehensive Review. Sustainability, 17 (16), 7370. https://doi.org/10.3390/su17167370
  28. Cerone, N., Zimbardi, F., Contuzzi, L., Baleta, J., Cerinski, D., Skvorčinskienė, R. (2020). Experimental investigation of syngas composition variation along updraft fixed bed gasifier. Energy Conversion and Management, 221, 113116. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2020.113116
  29. Mohanty, R., Mahanta, P., Mahapatro, A., Sharma, R. P. (2025). Catalytic gasification of pinewood biomass in a fluidized bed reactor with dolomite, limestone, and activated carbon: An experimental study. Energy, 325, 136131. https://doi.org/10.1016/j.energy.2025.136131
  30. Liu, C., Huang, Y., Niu, M., Pei, H., Liu, L., Wang, Y. et al. (2018). Influences of equivalence ratio, oxygen concentration and fluidization velocity on the characteristics of oxygen-enriched gasification products from biomass in a pilot-scale fluidized bed. International Journal of Hydrogen Energy, 43(31), 14214–14225. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.05.154
Покращення якості синтез-газу при висхідній газифікації кукурудзяних качанів з використанням каталізатора на основі CaO/активованого вугілля на пальмовому волокні

##submission.downloads##

Опубліковано

2026-04-30

Як цитувати

Suwandono, P., Wijayanti, W., Ismail, N. R., Akbar, D. J., & Reza, M. (2026). Покращення якості синтез-газу при висхідній газифікації кукурудзяних качанів з використанням каталізатора на основі CaO/активованого вугілля на пальмовому волокні. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(6 (140), 36–50. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2026.352281

Номер

Том 2 № 6 (140) (2026): Технології органічних та неорганічних речовин

Розділ

Технології органічних та неорганічних речовин

Ліцензія

Авторське право (c) 2026 Purbo Suwandono, Widya Wijayanti, Nova Risdiyanto Ismail, Dzulfikar Johan Akbar, Muhammad Reza

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.