UNIVERZITET U TUZLI
TEHNOLOŠKI FAKULTET
Na osnovu člana 18. Pravilnika o završnom magistarskom radu na II ciklusu studija Univerziteta u Tuzli, Tehnološki fakultet
OBJAVLJUJE
Kenan Hadžić, bachelor – inženjer hemijskog inženjerstva i tehnologije će javno braniti završni magistarski rad na II ciklusu studija pod naslovom: “Analiza brzorastućeg drveća kao alternativnog goriva u cementnoj industriji” na Tehnološkom fakultetu Univerziteta u Tuzli, 21.09.2021. godine u 14:00 sati, pred Komisijom u sastavu:
- dr.sci. Samira Huseinović, vanredni profesor
uža naučna oblast „Biosistematika i morfologija biljaka“
Prirodno-matematički fakultet Univerziteta u Tuzli, predsjednik - dr.sci. Zehrudin Osmanović, redovni profesor
uža naučna oblast „Hemijsko inženjerstvo“
Tehnološki fakultet Univerziteta u Tuzli, član - dr.sci. Nedžad Haračić, docent
Predmet: Neorganska tehnilogija II
Metalurško-tehnološki fakultet Univerziteta u Zenici, član.
Pristup javnosti je slobodan.
Završni magistarski rad može se pogledati u Sekretarijatu Tehnološkog fakulteta Univerziteta u Tuzli radnim danom od 08:00 do 16:00 sati.
REZIME RADA
U prijavi rada postavljen je hipoteza da li se Paulownija elongata može koristiti kao djelomično ili potpuna zamjena alternativnim gorivima u cementnoj industriji odnosno da li se upotrebom ove vrste biogoriva, djelomično ili potpuno može smanjiti emisija CO2 iz cementne industrije u okolinu.
Poglavlje Uvod navodi značaj cementa te kratak opis energetske potrošnje procesa proizvodnje cementa i glavna goriva. Korištenje rotacionih peći u cementnoj industriji je pogodno za alternativna goriva zbog visokih temperatura i mogućnosti sagorijevanja različitih materija. Paulownia elongata je jedno od najbrže rastućih drveća i u nekoliko ispitivanja pokazalo se da se može koristiti za proces fitoremedijacije, odnosno oporavka zagađenog tla. Jedno od tih istraživanja provedeno je na području Lukavca, na oglednoj parceli i pokazalo je odlične rezultate. Postavljen je cilj ovog rada a to je da se utvrdi da li se paulovnija samostalno ili u smjesi može koristiti kao alternativno gorivo u cementnoj industriji. Prvi korak u tome je bila analiza energetske vrijednosti a nakon toga određivanje koncentracije elemenata prisutnih u drvetu paulovnije. Postavljena je predstavka da će se povećati koncentracija metala u paulovniiji zbog veće koncentracije metala u zemljištu odnosno usljed bioremedijacije da će doći do „transfera“ metala iz zemljišta u drvo. Na osnovu proračuna utvrđeno je da prisutne koncentracije metala mogu smanjiti potrebne količine dodataka korištenih pri proizvodnji klinkera.
Poglavlje Teoretski dio započinje sa kratkim opisom procesa proizvodnje cementa odnosno tzv. „suhog procesa“ koji je najzastupljeniji. Zatim su u dijelu alternativna goriva opisana najčešća alternativna goriva u cementnoj industriji. Kriteriji za goriva su drugačiji od firme do firme, ali navedeni su neki od najčešćih kriterija. Navedene su regije koje najviše koriste alternativne oblike goriva u cementnoj industriji te alternativna goriva koja se koriste u najvećim firmama koje proizvode cement. Dat je pregled istraživanja koja su sprovedena sa biomasom i komentarisani njihovi rezultati. Na osnovu referentnih naučnih radova dokazano je da se da se drvo i slična biomasa može koristiti kao gorivo u industriji. Opisane su prednosti upotrebe alternativnih goriva u industriji. U ovom dijelu magistarskog rada dato je više informacija o samom drvetu Paulovnija, porijeklo ovog drveta te njegovim vrstama i postepenom širenje u svijetu. Također su date njegove karakteristike, vrsta i odgovarajući uvjeti rasta. Navedena su istraživanja o upotrebi paulovnije kao goriva. Dio fitoremedijacija opisuje procese bioremedijacije i fitoremedijacije, te slične i povezane procese. Istraživanja fitoremedijacije povezana sa paulovnijom ukazuje da je ovo drvo perspektivno za ovakav način poboljšanja tla.
U Poglavlju Eksperimentalni dio navodi se da je u ovom radu korišteno drvo vrsta Paulownia elongata. Prikupljeni su uzorci otpadnih taloga iz raznih hemijskih industrija, kako organske tako i neorganske industrije. Odabrana je eksperimentalna lokacija za sadnju i u takvim „supstratima“ zasađene su sadnice Paulownije elongate. Nakon par godina rasta prikupljeni su uzorci i izvršena je njihova analiza. Prvo je sprovedena XRF analiza taloga na kojem su sadnice rasle i rezultati tih analiza nalaze se u ovom dijelu rada. Opisuje sa i proces pripreme uzorka za XRF analizu. Zatim se atomskom spektroskopijom odradila analiza uzoraka sadnica nakon jedne i dvije godine rasta, kako bi se ustanovio udio prisutnih elemenata koji bi mogli uticati na proces proizvodnje klinkera. Za ovakav oblik analize također je opisan proces pripreme uzoraka. Na kraju je odrađena ogrjevna moć uzoraka paulovnije. Tu se ustanovilo da uzorci drveta paulovnije imaju dovoljnu ogrjevnu moć kako bi se mogli koristiti u cementnoj industriji kao gorivo. Ustanovljeno je da prosječna ogrjevna moć ispitivanih uzorka iznosi oko 16829.8 kJ/kg.
U poglavlju Rezultati i diskusija ustanovljeni su uslovi rada rotacione peći na osnovu referentnog postrojenja. Referentni slučaj oslanja se na standard najbolje dostupne tehnike, odnosno BAT (Best Available Technique) kako je definiran u evropskom BREF-dokumentu za proizvodnju cementa. Dato postrojenje radi 330 dana u godini, pri tome radi 22h u toku dana.
Pri tome proizvede 3030 t/dan klinkera, odnosno 137.73 t/h klinkera, gdje omjer sirovina/klinker iznosi 1.6. Za toliku proizvodnju potrebno je 13.9 t/h uglja što predstavlja potrebu od 377.4 GJ/h energije. Za takvo postrojenje napravljen je proračun za sastav klinkera na osnovu Bogue jednačina, te je prikazan u magistarskom radu. Za potrebe ovog rada urađen je proračun gdje se dio energije dobivene iz uglja zamjeni paulovnijom. Kao što je prije navedeno, referentno postrojenju troši se 13.9 t/h uglja, što je jednako 377385 MJ/h energije.
Prilikom zamjene određenog dijela uglja sa paulovnijom vodilo se računa da se potrebna energija održi na istom nivou. Prilikom ispitivanja uzoraka paulovnije dobivene su količine prisutnih elemenata. Međutim, sastav klinkera u ovom radu se računa preko prethodno navedenih Bogue jednačina. Za te jednačine koriste se udjeli oksida. Stoga su prisutne količine elemenata Ca, Si, Al i Fe u uzorcima pretvorene u njihove okside, odnosno CaO, SiO2, Al2O3 i Fe2O3; sa pretpostavkom da sva količina elementa u potpunosti oksidira u odgovarajući oksid. Nakon pretvaranja elemenata u njihove okside odrađen je proračun za sastav klinkera, korištenjem istih Bogue jednačina, za isto postrojenje kada se dio uglja zamjeni drvom paulovnije iz uzoraka. Podaci su predstavljeni u radu za svaki uzorak i proračun sastava klinkera. Za svaki uzorak urađen je proračun kada se udio uglja u gorivu smanji za 10 %, 20 % i 40 %. Uz to prikazane su i potrebne količine drveta pri datim smanjenjem uglja. Na kraju urađen je proračun i poređenje za nastale gasove (CO2 i SO2) kada se samo sagorijeva ugalj i kada se koristi mješavina drveta paulovnije i uglja. Za taj proračun polazi se od pretpostavke da sve količine elemenata C i S oksidiraju u CO2, odnosno SO2.
U poglavlju Zaključci navodi se da je na osnovu predstavljenih podataka u radu moguće koristiti drvo Paulownia elongata kao alternativno gorivo pri proizvodnji klinkera za cement. Ustanovljeno je da fitoremedijacija predstavlja moguće rješenje za problem zagađenog tla. Drveće, u blizini ovih mjesta, svojim rastom bi „pokupilo“ određene nepoželjne spojeve iz tla. Naravno pored toga drveće prilikom fotosinteze „kupi“ CO2 iz zraka i stvara kisik, što je pozitivna stvar za svaku okolinu. Paulovnija je odlična vrsta drveća za to, jer je relativno otporno drvo i brzo raste. Nakon određenog vremena to drveće se može posjeći i na njegovo mjesto opet se mogu zasaditi nove sadnice. Tako posječeno drvo se onda može iskoristiti kao alternativno gorivo u cementari, jer je obogaćeno elementima koji se dodaju u proces proizvodnje klinkera.
Na osnovu urađenog ispitivanja i proračuna ustanovljeno je da se mineraloška struktura klinkera znatno ne mijenja kada se koriste uzorci drveta kao gorivo, ali dolazi do primjetnog prirasta u nastaloj količini klinkera posmatrano na godišnjem nivou. Također, pokazalo se da prilikom djelomične zamjene uglja sa drvetom dolazi do znatnog smanjenja nastalog SO2. Hipoteza iz prijave rada je potvrđena.
Pregledom dostupnih naučnih publikacija iz oblasti teme završnog magistarskog rada utvrđeno je da tehnološki procese proizvodnje cementa omogućava upotrebu raznih goriva, uključujući i drvo paulovnije. Izvorni doprinos ovog magistarskog rada nauci bi se ogledao u sljedećem:
Eksperimentalni rezultati dobijeni ovim istraživanjem mogu poslužiti kao naučna osnova za upotrebu drveća, sa područja fitoremedijacije, kao goriva za proizvodnju klinkera. Rezultati istraživanja u ovom Završnom magistarskom radu mogu dati snažan podsticaj ne samo za nova i slična istraživanja, te za primjenu alternativnih goriva pomoću kojeg bi se smanjila zagađenost
zraka.
Završni magistarski rad, posebno njegov eksperimentalni dio ima značaj zbog činjenice da, eksperimentalni rezultati dobijeni u ovom istraživanju mogu poslužiti kao naučna osnova pri dizajniranju parkova za fitoremedijaciju.
Magistarski rad je rezultat samostalnog naučno-istraživačkog rada kandidata. Rad je dobro organiziran, a zaključci su povezani sa postavljenim ciljevima i izvedeni na osnovu velikog broja rezultata i temeljito urađene rasprave.