ارزیابی عملکرد اجاق زیست‌توده‌سوز مجهز به سیستم هوادهی اجباری به‌منظور گازی‌سازی پوسته برنج

مقالات آماده انتشار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی انگلیسی

نویسندگان

زینب ابراهیمی

جلال برادران مطیع

محمدعلی ابراهیمی نیک

مهدی خجسته پور

گروه مهندسی بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

https://doi.org/10.22067/jam.2026.97465.1464

چکیده

پوسته برنج یکی از پسماندهای کشاورزی رایج در بسیاری از کشورهای در حال توسعه است. گازی‌سازی آن در اجاق‌های میکروگازیفایر، روشی عملی برای تولید انرژی پاک به شمار می‌رود. با این حال، شکل منحصربه‌فرد و چگالی خاص پوسته برنج باعث پل‌زنی سوخت و جریان ضعیف هوا می‌شود؛ این امر، در صورت عدم تامین مصنوعی و کافی هوا، به گازی‌سازی ناقص می‌انجامد. در این تحقیق، اصلاحات طراحی بر روی یک اجاق میکروگازیفایر اعمال گردید و یک سیستم هوادهی اجباری به‌منظور اطمینان از تامین اکسیژن کافی در طول احتراق به آن افزوده شد. آزمایش به‌صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار اجرا شد. محفظه احتراق اجاق دارای قطر 150 میلی‌متر و ارتفاع 225 میلی‌متر بود. ارزیابی‌ها طی آزمون جوشش آب در مرحله شروع سرد، در سه سطح جرم سوخت (200، 300 و 400 گرم) که به‌ترتیب معادل 45، 68 و 90 درصد حجم بارگیری محفظه بودند، و سه سرعت هوا (0.6، 0.7 و 0.8 متر بر ثانیه) تامین‌شده توسط یک فن الکتریکی انجام گرفت. نتایج نشان داد که سرعت هوای تزریقی و جرم سوخت به‌طور معنی‌داری بر شاخص‌های عملکرد اجاق، از جمله توان حرارتی، بازده حرارتی، نرخ مصرف سوخت و زمان جوشش تاثیر می‌گذارند. بیشترین بازده حرارتی (51.7 درصد) با 200 گرم سوخت و در سرعت هوای 0.6 متر بر ثانیه به‌دست آمد، در حالی که بیشترین توان حرارتی (5420 وات) در سرعت هوای 0.8 متر بر ثانیه ثبت شد.

کلیدواژه‌ها

اجاق گازی‌ساز

بازده حرارتی

پوسته برنج

توان حرارتی

زیست‌توده

موضوعات

• پایداری، زیست‌اقتصاد چرخشی و تاب‌آوری محیطی

---

Authors retain the copyright. This is an open access article distributed under Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0)

مراجع

1. Alvarez, J., Lopez, G., Amutio, M., Bilbao, J., & Olazar, M. (2014). Bio-oil production from rice husk fast pyrolysis in a conical spouted bed reactor. Fuel, 128, 162-169. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2014.02.074
2. Bodie, A. R., Micciche, A. C., Atungulu, G. G., Rothrock, Jr. M. J., & Ricke, S. C. (2019) Current Trends of Rice Milling Byproducts for Agricultural Applications and Alternative Food Production Systems. Frontiers in Sustainable Food Systems, 3, 47. https://doi.org/10.3389/fsufs.2019.00047
3. Della, V. P., Kuhn, I., & Hotza, D. (2002). Rice husk ash as an alternative source for silica production. Materias Letters, 57(4), 818-821. https://doi.org/10.1016/s0167-577x(02)00879-0
4. Ebrahimi-Nik, M.A., & Rohani, A. (2019). Fabrication and Evaluation of a Portable Biomass Stove for Implementing in Regions without Access to Natural Gas Distribution Network. Journal of Agricultural Machinery, 9(1), 209-220. https://doi.org/10.22067/jam.v9i1.66670
5. Eliche-Quesada, D., Felipe-Sesé, M. A., López-Pérez, J. A., & Infantes-Molina, A. (2017). Characterization and evaluation of rice husk ash and wood ash in sustainable clay matrix bricks. Ceramics International, 43(1), 463-475. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2016.09.181
6. Global Alliance for Clean Cookstoves. (2014). The water boiling test, version 4.2.3: Cookstove emissions and efficiency in a controlled laboratory setting. Washington, DC: Author. Retrieved from https://cleancooking.org/binary-data/DOCUMENT/file/000/000/399-1.pdf
7. Food and Agriculture Organization of the United Nations. (2024). FAOSTAT statistical database: Crops and livestock products (Rice production) [Data set]. Retrieved from https://www.fao.org/faostat
8. Fathurahman, R., & Surjosatyo, A. (2022). Utilization of rice husks as a fuel for gasification: A review. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1034(1), Article 012065.‏ https://doi.org/10.1088/1755-1315/1034/1/012065
9. Jha, S. K., & Singh, A. (2007). Physical and Thermal Properties of Untreated and Chemically Treated Rice Husk. Journal of Agricultural Engineering, 44(4). Retrieved from https://epubs.icar.org.in/index.php/JAE/article/view/14468
10. Lertsatitthanakorn, C., Jamradloedluk, J., & Rungsiyopas, M. (2014). Study of combined rice husk gasifier thermoelectric generator. Energy Procedia, 52, 159-166. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2014.07.066
11. Makwana, J. P., Pandey, J., & Mishra, G. (2019). Improving the properties of producer gas using high temperature gasification of rice husk in a pilot scale fluidized bed gasifier (FBG). Renewable Energy, 130, 943-951. https://doi.org/10.1016/j.renene.2018.07.011
12. Mohammed, S. U., Samuel, M., Solomon, W. C., Sa’ad, A., Haruna, A., & Kingsley, O. (2024). Gasification of Rice Husk for Domestic Energy Generation. Academy Journal of Science and Engineering, 18(1), 118-134.‏
13. Nawaz, S., Jamil, F., Akhter, P., Hussain, M., Jang, H., & Park, Y. K. (2023). Valorization of lignocellulosic rice husk producing biosilica and biofuels—A review. Journal of Physics: Energy, 5(1), 012003.‏ https://doi.org/10.1088/2515-7655/aca5b4
14. Osei, I., Kemausuor, F., Commeh, M. K., Akowuah, J. O., & Owusu-Takyi, L. (2020). Design, Fabrication and Evaluation of Non-Continuous Inverted Downdraft Gasifier Stove Utilizing Rice husk as feedstock. Scientific African, 8, e00414. https://doi.org/10.1016/j.sciaf.2020.e00414
15. Park, S. J., Son, S. H., Kook, J. W., Ra, H. W., Yoon, S. J., Mun, T. Y., et al. (2021). Gasification operational characteristics of 20-tons-Per-Day rice husk fluidized-bed reactor. Renewable Energy, 169, 788-798. https://doi.org/10.1016/j.renene.2021.01.045
16. Parmigiani, S. P., Vitali, F., Lezzi, A. M., & Vaccari, M. (2014). Design and performance assessment of a rice husk fueled stove for household cooking in a typical sub-Saharan setting. Energy for Sustainable Development, 23(1), 15-24. https://doi.org/10.1016/j.esd.2014.01.003
17. Pode, R. (2016). Potential applications of rice husk ash waste from rice husk biomass power plant. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 53, 1468-1485. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.09.051
18. Quispe, I., Navia, R., & Kahhat, R. (2017). Energy potential from rice husk through direct combustion and fast pyrolysis: A review. Waste Management, 59, 200-210. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2016.10.001
19. Raman, P., Murali, J., Sakthivadivel, D., & Vigneswaran, V. S. (2013). Performance evaluation of three types of forced draft cook stoves using fuel wood and coconut shell. Biomass and Bioenergy, 49, 333-340. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2012.12.028
20. Rasoulkhani, M., Ebrahimi-Nik, M., Abbaspour-Fard, M. H., & Rohani, A. (2019). Design, Manufacture, and Optimization of a Micro-Gasifier Biomass Cook Stove. Iranian Journal of Biosystem Engineering, 49(4), 679-689. https://doi.org/10.22059/ijbse.2018.252346.665038
21. Roth, C. (2011). Micro-gasification: Cooking with gas from biomass. Eschborn, Germany: GIZ-HERA Poverty-Oriented Basic Energy Service.
22. Sofán-Germán, S. J., Acuña-Izquierdo, F. L., Rhenals-Julio, J. D., Cacua Madero, K. P., & Mendoza-Fandiño, J. M. (2025). Thermochemical Characterization of Coconut Husk, Rice Husk, and Mineral Coal: A Comparative Assessment for Energy Applications. Biomass, 5(4), 77. https://doi.org/10.3390/biomass5040077
23. Susastriawan, A. A. P., & Saptoadi, H. (2019). Comparison of the gasification performance in the downdraft fixed-bed gasifier fed by different feedstocks: Rice husk, sawdust, and their mixture. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 34, 27-34. https://doi.org/10.1016/j.seta.2019.04.008
24. Tanpaiboonkul, N., Asavapisit, S., & Sungwornpatansakul, W. (2010). Effect of chemical and thermal activations on the properties of rice husk ash-based solidified wastes. Journal of Environmental Sciences, 22(12), 1993-8. https://doi.org/10.1016/S1001-0742(09)60351-X
25. Wang, X., Lv, W., Guo, L., Zhai, M., Dong, P., & Qi, G. (2016). Energy and exergy analysis of rice husk high-temperature pyrolysis. International Journal of Hydrogen Energy, 41(46), 21121-21130. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.09.155
26. Yunusa, S. U., Mensah, E., Preko, K., Narra, S., Saleh, A., Sanfo, S., … Abdulsalam, M. (2023). Biomass cookstoves: A review of technical aspects and recent advances. Energy Nexus, 11, 1128-1166. https://doi.org/10.1016/j.nexus.2023.100225