Différences de qualité du charbon de bois commercial

Introduction

L'été est synonyme de barbecue. Mais vous êtes-vous déjà demandé quel était le meilleur charbon de bois à utiliser ? La qualité du charbon de bois peut être caractérisée par la quantité de composés organiques qu'il contient, sa teneur en cendres et l'énergie dégagée lors de la combustion. Toutes ces propriétés peuvent être déterminées à l'aide de l'analyseur thermique simultané NETZSCH STA. À l'aide d'une mesure TGA-DSC, il est facile de vérifier si la différence de prix entre les produits est justifiée par la qualité.

Pour la comparaison, trois types de charbon de bois commercial ont été sélectionnés : du charbon de bois de hêtre, du charbon de bois de marque et du charbon de bois bon marché provenant d'un magasin discount.

Résultats et discussion

Les mesures TGA-DSC ont été effectuées avec un analyseur thermique simultané, STA, équipé d'un porte-échantillon TGA-DSC de type S. Les différents échantillons de charbon de bois ont été chauffés en vrac à 550°C dans une atmosphère inerte et de 550°C à 950°C dans une atmosphère oxydante. Pour les conditions de mesure détaillées, voir le tableau 1.

Tableau 1 : Paramètres de mesure

Les résultats pour l'échantillon de charbon de bois de hêtre sont présentés dans la figure 1. Les trois étapes de perte de masse ont été accompagnées d'effets énergétiques. La première étape de perte de masse, à 81°C, a probablement été causée par la libération d'eau, tandis que la deuxième perte de masse, à 411°C, est une indication de la PyrolyseLa pyrolyse est la décomposition thermique de composés organiques dans une atmosphère inerte.pyrolyse des composés organiques résiduels. Ces événements ont provoqué deux effets endothermiques à des températures maximales de 67°C et 394°C et des enthalpies de 30 J/g et 5 J/g. La combustion du carbone restant sous une atmosphère d'air synthétique a entraîné une perte de masse de 92 % et un effet ExothermiqueA sample transition or a reaction is exothermic if heat is generated.exothermique avec une enthalpie de -23 315 J/g. Il ne s'agit pas de l'enthalpie de combustion complète, mais d'un effet EndothermiqueA sample transition or a reaction is endothermic if heat is needed for the conversion.endothermique. Il ne s'agit pas de l'enthalpie de combustion complète, car une STA est un système ouvert qui émet une partie de l'énergie générée avec les gaz de purge et les gaz libérés. Cette valeur ne peut être utilisée que pour une comparaison relative. La masse résiduelle liée à la teneur en cendres s'élevait à 3 %.

La figure 2 illustre la comparaison des résultats de l'ATG pour les différents échantillons de charbon de bois. Le programme de température donné a conduit à deux étapes de perte de masse pour chaque échantillon sous atmosphère inerte. En termes de teneur en eau, le charbon de bois de marque a montré la valeur la plus élevée, suivi par le charbon de bois de discounter et le charbon de bois de hêtre. Les différences de teneur en eau sont très probablement dues à des conditions de stockage différentes, mais peuvent également être causées par des différences dans les propriétés des surfaces qui permettent l'absorption de l'eau.

En revanche, la proportion de composés organiques fournit des informations sur le degré d'achèvement du processus de production du charbon de bois et des briquettes : Plus la teneur en composés organiques est faible, plus la PyrolyseLa pyrolyse est la décomposition thermique de composés organiques dans une atmosphère inerte.pyrolyse du bois initial en charbon de bois est efficace au cours du processus de production, ce qui donne un charbon de bois de meilleure qualité. Si l'on compare les trois échantillons, le charbon de bois de hêtre présente à nouveau la valeur la plus faible, suivi par le charbon de bois de marque et le charbon de bois de discounter. Ce processus n'était pas encore terminé à 550°C pour le charbon de bois de discounter, ce qui signifie que l'échantillon contient encore des composés organiques à cette température.

Après le passage à une atmosphère oxydante, le carbone résiduel a été brûlé avec de l'oxygène et a libéré du dioxyde de carbone et du monoxyde de carbone. Ici aussi, des différences ont été observées entre les trois échantillons. Une teneur en carbone de plus de 90 % a été déterminée pour le charbon de bois de hêtre, tandis que le charbon de bois de marque et le charbon de bois du discounter présentaient des valeurs d'environ 75 % de carbone. Une teneur élevée en carbone indique une grande pureté du charbon de bois.

Par conséquent, les trois échantillons diffèrent également en termes de masse résiduelle, qui caractérise la teneur en cendres du charbon de bois. Il est surprenant de constater que le charbon de bois de marque contient plus de 10 % de cendres, alors que les deux autres échantillons présentent des valeurs comprises entre 3 et 5 %. La teneur en cendres peut également être considérée comme un critère de qualité. Plus la teneur en cendres est faible, moins la proportion initiale de produits secondaires non réactifs tels que les charges ou les minéraux est importante.

La comparaison des signaux DSC, décrite dans la figure 3, a montré que le charbon de bois de hêtre dégageait le plus de chaleur pendant la combustion oxydative. Comme les échantillons ont été mesurés dans un système ouvert et non AdiabatiqueAdiabatic describes a system or measurement mode without any heat exchange with the surroundings. This mode can be realized using a calorimeter device according to the method of accelerating rate calorimetry (ARC^®). The main purpose of such a device is to study scenarios and thermal runaway reactions. A short description of the adiabatic mode is “no heat in – no heat out”.adiabatique, ces valeurs ne peuvent pas être considérées comme la chaleur de combustion.

L'enthalpie mesurée est nettement inférieure à la chaleur de combustion, car les gaz chauds de réaction quittent l'échantillon et emportent avec eux la chaleur dégagée. Cependant, la chaleur libérée peut être utilisée comme une bonne comparaison relative des trois échantillons.

Une autre mesure a été effectuée sur un échantillon de bois de hêtre (voir figure 4). Comme prévu, la quantité d'eau et la teneur en matières organiques étaient beaucoup plus élevées. La première étape de la perte de masse, qui se rapporte à l'eau, a donné 5,13 %. L'augmentation de la température a entraîné une décomposition en deux étapes de la teneur organique, qui s'élève à 68,35 % au total. La comparaison avec le charbon de bois de hêtre a montré que le processus de production de charbon de bois par PyrolyseLa pyrolyse est la décomposition thermique de composés organiques dans une atmosphère inerte.pyrolyse du bois était presque terminé. La teneur en matière organique est passée d'environ 78 % à moins de 3 %. La faible teneur en carbone du bois se reflète également dans l'enthalpie ExothermiqueA sample transition or a reaction is exothermic if heat is generated.exothermique détectée lors de la combustion oxydative.

Résumé

Les caractéristiques de qualité des charbons de bois, telles que l'humidité, la teneur en cendres et la chaleur dégagée, peuvent être détectées à l'aide de l'analyseur thermique simultané STA de NETZSCH Analyzing & Testing. Il a été possible de démontrer la haute qualité du charbon de bois de hêtre en ce qui concerne ces propriétés, alors que le charbon de bois de marque n'a pas montré de valeurs significativement meilleures que celles d'un échantillon de charbon de bois vendu au rabais dans ce cas particulier. En outre, la méthode TGA-DSC est adaptée au contrôle de l'achèvement du processus de production du charbon de bois en ce qui concerne la PyrolyseLa pyrolyse est la décomposition thermique de composés organiques dans une atmosphère inerte.pyrolyse des matières organiques.

Bon barbecue !