编辑推荐：
研究人员针对食物垃圾热解挥发动力学未知问题，开展相关研究，得出动力学模型及相关参数，意义重大。
食物垃圾热解动力学研究：为可持续能源发展开辟新道路
在全球对可持续能源的追求愈发迫切的当下，生物质作为一种极具潜力的可持续能源来源，正受到越来越多的关注。生物质的热解和气化过程能够将其转化为液体、生物炭和气体，这一转化过程对于能源领域的发展意义重大。然而，目前在描述生物质热解过程的动力学模型方面，仍存在诸多问题。
食物垃圾作为一种丰富的有机废物，每年全球产量高达 16 亿吨，却大多被填埋处理，不仅造成资源浪费，还对环境产生负面影响。但从另一个角度看，它是生产生物燃料的优质原料，尤其是在那些木质生物质和能源作物供应稀缺的干旱和半干旱地区。不过，现有的研究对消费后食物垃圾的挥发动力学了解甚少，这一知识缺口严重制约了食物垃圾热解技术的发展和应用。
为了填补这一空白，来自美国大学沙迦分校（American University of Sharjah）和英国爱丁堡大学（University of Edinburgh）的研究人员 Nihal Yasir、Yassir Makkawi 等人展开了深入研究。他们的研究成果发表在《BioEnergy Research》上，为食物垃圾热解的研究和应用提供了重要的理论支持。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先是热重分析（TGA），通过测量原料样品在不同加热速率下热解时的重量损失，获取了丰富的数据，这些数据对于推导动力学信息和反应速率模型至关重要。其次是利用 Kissinger–Akahira–Sunose（KAS）、Flynn–Wall–Ozawa（FWO）和 Starink（ST）等无模型等转化率方法，计算出反应的活化能。最后，运用主曲线法（master plot method）确定反应动力学参数，并将得到的挥发速率方程整合到计算流体动力学（CFD）模型中，以模拟流化床反应器中的食物垃圾热解过程。
在研究结果方面，研究人员对食物垃圾的原料特性进行了详细分析。与植物源生物质不同，食物垃圾成分复杂，包含大量脂质、蛋白质、碳水化合物、矿物质以及植物细胞聚合物等。热重分析数据显示，食物垃圾的热解过程可分为多个阶段，在约 110°C 以下主要是水分损失，110 - 500°C 为活跃热解阶段，该阶段又可细分为三个不同的热解阶段，有两个明显的失重峰。第一个峰出现在 270 - 300°C，主要是纤维素、半纤维素和部分蛋白质的分解；第二个峰出现在 350 - 400°C，主要是脂质的分解。
通过无模型等转化率方法，研究人员得到了一致的活化能数值，平均值为Ea=219.23 kJ/mol，这一数值高于传统 Kissinger 方法得到的结果，表明传统方法在假设反应为一级反应时可能会产生误导。利用主曲线法，研究发现食物垃圾热解反应遵循基于反应级数的模型，平均反应级数n=10.3，阿累尼乌斯频率因子A=1.16×1019[(kmol/m3)1?n/s] 。
研究人员将得到的热解反应速率方程应用到 CFD 模型中进行模拟。结果显示，预测的热解产物分布与实验数据基本吻合，虽然在某些成分的预测上存在一定偏差，如H2被低估 7.4%，CO 的预测偏差较大，生物油产量略微低估 6.8%，生物炭产量高估 33%，但考虑到反应器类型和操作条件的差异，这些偏差在可接受范围内。
总的来说，该研究成功推导了食物垃圾热解的动力学模型和速率模型。无模型等转化率方法确定了活化能，TGA 数据揭示了分阶段分解过程，早期阶段与木质纤维素分解相关，第三阶段与脂肪酸分解相关。推导的挥发速率模型符合基于反应级数的模型，并在 CFD 模型中得到应用和验证。这一研究成果为进一步研究食物垃圾及其他不同原料的热解提供了坚实的基础，有助于推动生物质热解技术在可持续能源领域的广泛应用，为解决全球能源问题和环境问题提供了新的思路和方法。
