水葫芦与锯末生物燃料压块的制备与特性研究：优化混合比例与粒径对燃料性能的影响

为解决水葫芦(Eichhornia crassipes)入侵埃塞俄比亚水体及传统生物质燃料效率低下问题，研究人员通过混合水葫芦、锯末(SD)和废纸(WP)制备生物压块，系统分析不同混合比例(50:30:20至80:10:10)和粒径(0.25-2.4mm)对压块物理机械性能(密度、抗碎性)及热值(18.62MJ/kg)的影响，为生态治理与可再生能源开发提供双赢方案。

　　

在埃塞俄比亚最大的湖泊——塔纳湖，一种名为水葫芦(Eichhornia crassipes)的入侵水生植物正以惊人的速度蔓延，覆盖了约4万公顷的水面。这种"绿色瘟疫"不仅威胁水生生物多样性，还阻碍渔业和航运。与此同时，全球能源危机和化石燃料的不可持续性迫使人们寻找替代能源。传统生物质燃料如木柴燃烧效率低下且污染严重，如何将环境威胁转化为能源机遇？Alazar Sefefe Abie和Wondimhunegne Misganaw Alemu在《Results in Engineering》发表的研究给出了创新答案：用水葫芦、锯末(SD)和废纸(WP)制备高性能生物燃料压块。

研究人员采用热重分析(TGA)解析原料热解特性，通过碳化(425-525°C)去除挥发性物质，使用液压机(5MPa)压制不同比例(50:30:20至80:10:10)和粒径(0.25/1.2/2.4mm)的混合物料，最终对压块的物理特性(密度、抗碎性)、孔隙率和热值进行系统表征。

3.1 热重分析

TGA显示水葫芦和锯末在热解过程中分别损失68.25%和67.25%质量，主要发生在脱挥发分阶段(31.6%和31%)，证实两者适合碳化处理。

3.2 工业分析与燃料特性

压块水分(8.45-10.5%)符合5-15%的理想范围，挥发分(50.4-53.8%)和固定碳(26.27-30.99%)呈现负相关。值得注意的是，粒径减小会降低挥发分(因密实结构限制气体逸出)但提高固定碳含量。

3.3 密度与稳定性

0.25mm粒径压块展现最优性能：压缩密度达1.09g/cm³(S6)，松弛比仅1.83，表明结构稳定性显著优于2.4mm粒径样品(松弛比2.13)。

3.4 抗碎性与孔隙率

废纸粘结剂含量和细颗粒协同提升抗碎性(92.15-97.81%)，S6表现最佳；而1.2mm粒径的S3孔隙率最低(32.23%)，有利于燃烧控制。

3.5 能量特性

80:10:10配比的1.2mm压块(S3)热值达18.62MJ/kg，归因于其低水分(8.45%)和高可燃组分，较纯水葫芦压块(14.55MJ/kg)提升28%。

这项研究实现了环境治理与能源创新的双重突破：通过优化粒径(0.25-1.2mm)和混合比例，将入侵植物转化为高热值(18.62MJ/kg)、高耐久性(抗碎性>92%)的生物燃料。特别是80:10:10配比的1.2mm压块，其性能已接近商业燃料标准。该技术不仅为水葫芦治理提供可持续方案，更开创了"废物-能源"闭环模式，对发展中国家生物质能利用具有示范意义。未来需进一步研究压块燃烧排放特性，并推动压块设备的本地化普及。