31.05.2023 by Dr. Carolin Fischer
Είναι ώρα για μπάρμπεκιου! Επιλέξτε για το καλύτερο Charcoal!
Το καλοκαίρι είναι η εποχή του μπάρμπεκιου. Αναρωτηθήκατε όμως ποτέ ποιο charc oalείναι καλύτερο να χρησιμοποιήσετε; Η ποιότητα του charcoal μπορεί να χαρακτηριστεί από την ποσότητα που περιέχει οργανικές ενώσεις, την περιεκτικότητα σε τέφρα και την ενέργεια που απελευθερώνεται κατά την καύση. Όλες αυτές οι ιδιότητες μπορούν να προσδιοριστούν με τη χρήση του ταυτόχρονου θερμικού αναλυτή NETZSCH STA. Με τη βοήθεια μιας μέτρησης TGA-DSC, είναι εύκολο να ελεγχθεί αν η διαφορά τιμής μεταξύ των προϊόντων δικαιολογείται από την ποιότητα.
selectΓια λόγους σύγκρισης, χρησιμοποιήθηκαν τρία διαφορετικά είδη εμπορικού charcoal: charcoal από ξύλο οξιάς, επώνυμο charcoal και ένα φτηνό charcoal από εκπτωτικό κατάστημα.
Οι μετρήσεις TG-DSC πραγματοποιήθηκαν με τον ταυτόχρονο θερμικό αναλυτή NETZSCH STA εξοπλισμένο με δειγματοφορέα TG-DSC τύπου S. Τα διαφορετικά δείγματα charcoal θερμάνθηκαν ως χύμα δείγματα στους 550 °C σε αδρανή ατμόσφαιρα και από τους 550 °C στους 950 °C σε οξειδωτική ατμόσφαιρα. Για λεπτομερείς συνθήκες μέτρησης βλέπε πίνακα 1.
Τα αποτελέσματα για το δείγμα ξύλου οξιάς charcoal απεικονίζονται στο σχήμα 1. Τα τρία στάδια απώλειας μάζας συνοδεύονταν από ενεργειακές επιδράσεις. Το πρώτο βήμα απώλειας μάζας, στους 81°C, προκλήθηκε πιθανώς από την απελευθέρωση νερού, ενώ η δεύτερη απώλεια μάζας, στους 411°C, αποτελεί ένδειξη της πυρόλυσης των υπολειπόμενων οργανικών ενώσεων. Τα γεγονότα αυτά προκάλεσαν δύο ενδόθερμες επιδράσεις με μέγιστες θερμοκρασίες 67°C και 394°C και ενθαλπίες 30 J/g και 5 J/g. Η καύση του εναπομείναντος άνθρακα υπό ατμόσφαιρα συνθετικού αέρα οδήγησε σε απώλεια μάζας 92% και σε εξώθερμο φαινόμενο με ενθαλπία -23.315 J/g. Αυτή δεν είναι η πλήρης ενθαλπία καύσης, καθώς η ΣΤΑ είναι ένα ανοικτό σύστημα που εκπέμπει μέρος της παραγόμενης ενέργειας με τα αέρια καθαρισμού και τα εκλυόμενα αέρια. Η τιμή αυτή μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο για σχετική σύγκριση. Η υπολειμματική μάζα που σχετίζεται με την περιεκτικότητα σε τέφρα ανήλθε σε 3%.
Στο Σχήμα 2 απεικονίζεται η σύγκριση των αποτελεσμάτων της TGA για τα διάφορα δείγματα charcoal. Το συγκεκριμένο πρόγραμμα θερμοκρασίας οδήγησε σε δύο στάδια απώλειας μάζας για κάθε δείγμα υπό αδρανή ατμόσφαιρα. Όσον αφορά την περιεκτικότητα σε νερό, το επώνυμο charcoal παρουσίασε την υψηλότερη τιμή, ακολουθούμενο από το discounter charcoal και το charcoal από ξύλο οξιάς. Η διαφορετική περιεκτικότητα σε νερό οφείλεται πιθανότατα στις διαφορετικές συνθήκες αποθήκευσης, αλλά μπορεί επίσης να οφείλεται σε διαφορές στις ιδιότητες των επιφανειών που επιτρέπουν την απορρόφηση νερού.
Αντίθετα, η αναλογία των οργανικών ενώσεων παρέχει πληροφορίες σχετικά με το επίπεδο ολοκλήρωσης της διαδικασίας παραγωγής για το χarcoal και τις μπρικέτες: Όσο χαμηλότερη είναι η περιεκτικότητα σε οργανικές ουσίες, τόσο καλύτερη είναι η πυρόλυση του αρχικού ξύλου σε charcoal κατά τη διαδικασία παραγωγής, αποδίδοντας charcoal υψηλότερης ποιότητας. Συγκρίνοντας τα τρία δείγματα, και πάλι το charcoal από ξύλο οξιάς παρουσίασε τη χαμηλότερη τιμή, ακολουθούμενο από το επώνυμο charcoal και το discounter charcoal. Η διαδικασία αυτή δεν είχε ακόμη ολοκληρωθεί στους 550 °C για το charcτου discounter, πράγμα που σημαίνει ότι το δείγμα περιέχει ακόμη οργανικές ενώσεις σε αυτή τη θερμοκρασία.
Μετά τη μετάβαση σε οξειδωτική ατμόσφαιρα, ο υπολειπόμενος άνθρακας κάηκε με οξυγόνο και απελευθέρωσε διοξείδιο του άνθρακα και μονοξείδιο του άνθρακα. Και εδώ παρατηρήθηκαν διαφορές μεταξύ των τριών δειγμάτων. Για το charcoal από ξύλο οξιάς προσδιορίστηκε περιεκτικότητα σε άνθρακα άνω του 90%, ενώ τόσο το επώνυμο charcoal όσο και το discounter charcoal έδειξαν τιμές άνθρακα γύρω στο 75%. Η υψηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα υποδηλώνει υψηλή καθαρότητα του charcoal.
Κατά συνέπεια, τα τρία δείγματα διαφέρουν επίσης ως προς την υπολειμματική τους μάζα, η οποία χαρακτηρίζει την περιεκτικότητα του charcoal σε τέφρα. Παραδόξως, το επώνυμο charcoal απέδωσε περισσότερο από 10% τέφρα, ενώ τα άλλα δύο παρουσίασαν τιμές μεταξύ 3% και 5%. Η περιεκτικότητα σε τέφρα μπορεί επίσης να θεωρηθεί ως κριτήριο ποιότητας. Όσο χαμηλότερη είναι η περιεκτικότητα σε τέφρα, τόσο μικρότερο είναι το αρχικό ποσοστό των μη αντιδραστικών παράπλευρων προϊόντων, όπως τα πληρωτικά υλικά ή τα ανόργανα άλατα.
Η σύγκριση των σημάτων DSC , που απεικονίζεται στο σχήμα 3, έδειξε ότι το ξύλο οξιάς charcoal απελευθέρωσε τη μεγαλύτερη θερμότητα κατά την οξειδωτική καύση. Καθώς τα δείγματα μετρήθηκαν σε ανοικτό, μη αδιαβατικό σύστημα, οι τιμές αυτές δεν μπορούν να θεωρηθούν ως η θερμότητα καύσης. Η μετρούμενη ενθαλπία είναι σημαντικά χαμηλότερη από τη θερμότητα καύσης, καθώς τα θερμά αέρια της αντίδρασης εγκαταλείπουν το δείγμα και παίρνουν μαζί τους την εκλυόμενη θερμότητα. Ωστόσο, η εκλυόμενη θερμότητα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μια καλή σχετική σύγκριση μεταξύ των τριών δειγμάτων.
Μια περαιτέρω μέτρηση έγινε με δείγμα ξύλου οξιάς, βλέπε σχήμα 4. Όπως αναμενόταν, η ποσότητα του νερού και η περιεκτικότητα σε οργανικά συστατικά ήταν πολύ υψηλότερες. Το πρώτο βήμα απώλειας μάζας, το οποίο αναφέρεται στο νερό, κατέληξε σε 5,13%. Η αύξηση της θερμοκρασίας οδήγησε σε αποσύνθεση σε δύο στάδια του οργανικού περιεχομένου, το οποίο ανήλθε συνολικά σε 68,35%. Η σύγκριση με το ξύλο οξιάς charcoal έδειξε ότι η διαδικασία παραγωγής charcoal με πυρόλυση του ξύλου ήταν σχεδόν πλήρης. Το οργανικό περιεχόμενο μειώθηκε από περίπου 78% σε λιγότερο από 3%. Η χαμηλότερη περιεκτικότητα του ξύλου σε άνθρακα αντικατοπτρίζεται επίσης στην εξώθερμη ενθαλπία που ανιχνεύθηκε κατά την οξειδωτική καύση.
Περίληψη
Τα ποιοτικά χαρακτηριστικά τωνarcoals, όπως η υγρασία, η περιεκτικότητα σε τέφρα και η εκλυόμενη θερμότητα, μπορούν να ανιχνευθούν με τη βοήθεια του ταυτόχρονου θερμικού αναλυτή STA της NETZSCH Analyzing & Testing. Ήταν δυνατόν να καταδειχθεί η υψηλή ποιότητα του charcoal από ξύλο οξιάς όσον αφορά τις ιδιότητες αυτές, ενώ το επώνυμο charcoal δεν παρουσίασε σημαντικά καλύτερες τιμές από ένα δείγμα charcoal από εκπτωτική αλυσίδα στη συγκεκριμένη περίπτωση. Επιπλέον, η μέθοδος TG-DSC είναι κατάλληλη για τον έλεγχο της ολοκλήρωσης της διαδικασίας παραγωγής charcoal όσον αφορά την πυρόλυση του οργανικού υλικού.
Ελπίζουμε να απολαύσετε το μπάρμπεκιου σας!
