کربونیزاسیون هیدروترمال پسماندهای سلولزی: مروری نظام مند بر مکانیسم های واکنش، بهینه سازی فرآیند و کاربردهای چندوجهی زیست محیطی

هدف و زمینه: امروزه جهان با دو چالش بزرگ روبه روست: انباشت زباله های آلی و کمبود انرژی های پاک. کربونیزاسیون هیدروترمال (HTC) راهکاری نوین برای حل همزمان این دو مسئله محسوب می شود. این فناوری می تواند ضایعات سلولزی را به هیدروچار ارزشمندی تبدیل کند که هم به عنوان سوخت زیستی و هم برای کاربردهای زیست محیطی قابل استفاده است. اما هنوز نکات مهمی درباره نحوه عملکرد این فرآیند، بهترین شرایط تولید و کاربردهای عملی آن ناشناخته مانده است. روش کار: این مطالعه مروری با جستجوی نظام مند در پایگاه های اطلاعاتی معتبر شامل ScienceDirect، EMBASE، Springer، Wiley، PubMed، Scopus، Google scholar، Web of Science و منابع فارسی موجود در پایگاه های SID، مگیران و سیویلیکا انجام شد. کلیدواژه های “hydrothermal carbonization”، “cellulose”، “hydrochar” و “biomass” به دو زبان فارسی و انگلیسی به کار رفت. معیارهای ورود شامل مقالات داوری شده انگلیسی یا فارسی با کیفیت روش شناختی مناسب بود. از ۲۸۵ رکورد اولیه، ۹۵ مقاله پس از غربالگری دقیق انتخاب و در نهایت ۸۵ مطالعه وارد تحلیل نهایی شد. داده ها بر اساس مکانیسم های شیمیایی، متغیرهای فرآیند، ویژگی های محصول و کاربردهای زیست محیطی دسته بندی و با Microsoft Excel ۲۰۱۹ و IBM SPSS Statistics ۲۶ تحلیل شد. یافته ها: فرآیند کربونیزاسیون هیدروترمال از طریق دو مسیر موازی هیدرولیز (محلول) و کندانسه مستقیم (جامد) با انرژی فعال سازی (kJ/mol ۱۲۵-۱۴۵) انجام می شود. شرایط بهینه شامل دمای (C ۲۲۰-۲۵۰°)، زمان (h۴-۶) و نسبت جامد/مایع)۱:۱۰-۱:۱۵( است. هیدروچار تولیدی دارای ارزش حرارتی MJ/kg) ۲۱-۲۹(، بازده انرژی)۶۰-۸۵%( و سطح ویژه (m²/g۱-۵۰) می باشد که مطابق استاندارد ISO/TS ۱۷۲۲۵-۸:۲۰۲۳ برای سوخت زیستی، IBI و EBC برای کاربردهای خاک است. نتیجه گیری: کربونیزاسیون هیدروترمال سلولز فناوری امیدوارکننده ای برای آینده انرژی پاک و مدیریت پسماند است. هرچند برای تجاری سازی آن باید چالش های اقتصادی و فنی حل شوند و حمایت های سیاست گذاری صورت گیرد. پژوهشگران آینده باید بر بهبود طراحی راکتورها، کاهش هزینه ها و کشف کاربردهای جدید تمرکز کنند.

کلیدواژه ها:

کربونیزاسیون هیدروترمال ، ضایعات سلولز ، هیدروچار ، زیست توده ، مدیریت پایدار