31.05.2023 by Dr. Carolin Fischer
Det er tid til at grille! Vælg det bedste grillkul!
Sommertid er grilltid. Men har du nogensinde spekuleret på, hvilket trækul der er bedst at bruge? Kvaliteten af trækul kan karakteriseres ved mængden af organiske forbindelser, askeindholdet og den energi, der frigives under forbrændingen. Det er alle egenskaber, som kan bestemmes ved hjælp af den simultane termiske analysator NETZSCH STA. Ved hjælp af en TGA-DSC-måling er det nemt at kontrollere, om prisforskellen mellem produkter er berettiget i forhold til kvaliteten.
Til sammenligning blev der valgt tre forskellige slags kommercielt trækul: bøgetræskul, mærkevarekul og et billigt trækul fra en discountbutik.
TG-DSC-målingerne blev udført med den simultane termiske analysator NETZSCH STA udstyret med en TG-DSC-prøvebærer type S. De forskellige trækulsprøver blev opvarmet som bulkprøver til 550 °C i inert atmosfære og fra 550 °C til 950 °C i oxiderende atmosfære. Se tabel 1 for detaljerede målebetingelser.
Resultaterne for trækulsprøven af bøgetræ er vist i figur 1. De tre massetabstrin blev ledsaget af energetiske effekter. Det første massetab ved 81 °C skyldtes sandsynligvis frigivelse af vand, mens det andet massetab ved 411 °C er et tegn på PyrolysePyrolyse er den termiske nedbrydning af organiske forbindelser i en inert atmosfære.pyrolyse af resterende organiske forbindelser. Disse begivenheder forårsagede to endoterme effekter med spidstemperaturer på 67 °C og 394 °C og entalpier på 30 J/g og 5 J/g. Forbrændingen af det resterende kulstof i en atmosfære af syntetisk luft resulterede i et massetab på 92 % og en EksotermEn prøveovergang eller en reaktion er eksoterm, hvis der udvikles varme.eksoterm effekt med en entalpi på -23.315 J/g. Dette er ikke den komplette forbrændingsentalpi, da en STA er et åbent system, som udsender en del af den genererede energi med rensegasserne og de frigjorte gasser. Denne værdi kan kun bruges til relativ sammenligning. Restmassen relateret til askeindholdet udgjorde 3 %.
Figur 2 viser sammenligningen af TGA-resultaterne for de forskellige trækulsprøver. Det givne temperaturprogram førte til to massetabstrin for hver prøve under en inert atmosfære. Med hensyn til vandindhold viste mærkevarekullet den højeste værdi, efterfulgt af discounterkullet og bøgetræskullet. Det forskellige vandindhold skyldes sandsynligvis forskellige opbevaringsforhold, men kan også være forårsaget af forskelle i overfladernes egenskaber, som gør det muligt at optage vand.
Derimod giver andelen af organiske forbindelser information om, hvor langt man er nået i produktionsprocessen for trækul og briketter: Jo lavere det organiske indhold er, jo bedre er pyrolysen af det oprindelige træ til trækul under produktionsprocessen, hvilket giver trækul af højere kvalitet. Ved sammenligning af de tre prøver viste bøgetræskullet igen den laveste værdi, efterfulgt af mærkevarekullet og discountkullet. Denne proces var endnu ikke afsluttet ved 550 °C for discounterkullet, hvilket betyder, at prøven stadig indeholder organiske forbindelser ved denne temperatur.
Efter at have skiftet til en oxiderende atmosfære blev det resterende kulstof brændt med ilt og frigav kuldioxid og kulilte. Også her blev der observeret forskelle mellem de tre prøver. Et kulstofindhold på over 90 % blev bestemt for bøgetræskullene, mens både mærkevarekullene og discountkullene viste værdier på omkring 75 % kulstof. Et højt kulstofindhold indikerer en høj renhed af kullet.
Derfor adskiller de tre prøver sig også med hensyn til deres restmasse, som kendetegner trækullets Indhold af askeAsken er et mål for indholdet af mineralske oxider på vægtbasis. Termogravimetrisk analyse (TGA) i en oxidativ atmosfære er en velafprøvet metode til at bestemme den uorganiske rest, almindeligvis kaldet aske, i organiske materialer som polymerer, gummi osv. Derfor vil TGA-målingen Identify, hvis et materiale er fyldt og beregner det samlede fyldstofindhold. askeindhold. Overraskende nok gav mærkevarekullet mere end 10 % aske, mens de to andre viste værdier på mellem 3 og 5 %. Askeindholdet kan også ses som et kvalitetskriterium. Jo lavere Indhold af askeAsken er et mål for indholdet af mineralske oxider på vægtbasis. Termogravimetrisk analyse (TGA) i en oxidativ atmosfære er en velafprøvet metode til at bestemme den uorganiske rest, almindeligvis kaldet aske, i organiske materialer som polymerer, gummi osv. Derfor vil TGA-målingen Identify, hvis et materiale er fyldt og beregner det samlede fyldstofindhold. askeindhold, jo mindre er den oprindelige andel af ikke-reaktive sideprodukter som fyldstoffer eller mineraler.
Sammenligningen af DSC-signalerne , som er vist i figur 3, viste, at bøgetræskullene frigav mest varme under den oxidative forbrænding. Da prøverne blev målt i et åbent, ikke-AdiabatiskAdiabatisk beskriver et system eller en målemetode uden nogen form for varmeudveksling med omgivelserne. Denne tilstand kan realiseres ved hjælp af en kalorimeteranordning i henhold til metoden for accelererende hastighedskalorimetri (ARC®). Hovedformålet med et sådant apparat er at studere scenarier og termiske runaway-reaktioner. En kort beskrivelse af den adiabatiske tilstand er "ingen varme ind - ingen varme ud".adiabatisk system, kan disse værdier ikke betragtes som forbrændingsvarmen. Den målte entalpi er betydeligt lavere end forbrændingsvarmen, da varme reaktionsgasser forlader prøven og tager den frigjorte varme med sig. Den frigjorte varme kan dog bruges som en god relativ sammenligning mellem de tre prøver.
Der blev foretaget en yderligere måling med en prøve af bøgetræ, se figur 4. Som forventet var mængden af vand og det organiske indhold meget højere. Det første massetabstrin, som refererer til vand, resulterede i 5,13 %. Stigningen i temperaturen førte til en to-trins NedbrydningsreaktionEn nedbrydningsreaktion er en termisk induceret reaktion af en kemisk forbindelse, der danner faste og/eller gasformige produkter. nedbrydning af det organiske indhold på i alt 68,35 %. Sammenligningen med trækul af bøgetræ viste, at processen med at producere trækul ved at pyrolysere træet næsten var afsluttet. Det organiske indhold blev reduceret fra omkring 78 % til mindre end 3 %. Det lavere kulstofindhold i træet afspejles også i den eksoterme entalpi, der blev registreret under den oxidative forbrænding.
Sammenfatning
Kvalitetsegenskaber for trækul som fugt, Indhold af askeAsken er et mål for indholdet af mineralske oxider på vægtbasis. Termogravimetrisk analyse (TGA) i en oxidativ atmosfære er en velafprøvet metode til at bestemme den uorganiske rest, almindeligvis kaldet aske, i organiske materialer som polymerer, gummi osv. Derfor vil TGA-målingen Identify, hvis et materiale er fyldt og beregner det samlede fyldstofindhold. askeindhold og frigivet varme kan registreres ved hjælp af den simultane termiske analysator, STA, fra NETZSCH Analyzing & Testing. Det var muligt at påvise bøgetræskullets høje kvalitet med hensyn til disse egenskaber, hvorimod mærkevarekullet ikke viste væsentligt bedre værdier end en discountkulprøve i dette særlige tilfælde. TG-DSC-metoden er desuden velegnet til at kontrollere færdiggørelsen af trækulsproduktionsprocessen med hensyn til PyrolysePyrolyse er den termiske nedbrydning af organiske forbindelser i en inert atmosfære.pyrolyse af organisk materiale.
Vi håber, du nyder din grillaften!
