Development, properties and potential applications of high-energy fuel briquettes incorporating coal dust, biowastes and post-consumer plastics

Abstract

The conversion of waste to energy through briquetting has the potential for providing energy, while simultaneously reducing wastes and their environmental health risks. The current study developed and evaluated high-energy fuel briquettes from mixtures of coal dust, biowastes and postconsumer plastics. Five waste mix ratios (wt%) of coal dust (C), postconsumer plastics (P) and sawdust (S) were tested: (1) C50-40-S10, (2) C-60-P30-S10, (3) C70-P20-S10, (4) C-80-P20-S0 and (5) C-80A-P0-S20. Waste mix ratio had a significant effect (p < 0.05) on water absorption, shatter index, compressive strength and energy values, but had no effect on density. The densities (1.1-1.3 g/cm(3)) and shatter indices (94-98%) of all briquettes conformed to international standard specifications for fuel briquettes, indicating that the briquettes had acceptable handling properties. A waste mixture ratio of 50% coal dust, 40% plastics and 10% sawdust (C50-P40-S10) produced a briquette with the best overall combination of handling and energy properties. The high-energy briquettes had calorific values of 26.5-33.8 MJ/kg, which were significantly higher than or comparable to the maximum values reported for high-energy coal (27 MJ/kg), while the compressive strength was 0.7 MPa. Potential applications of the briquettes include (1) household and institutional heating and cooking and (2) industrial heating in kilns, furnaces, smelters, curing and drying of crops (e.g., tobacco barns. Further work is required to address the following: (1) evaluation of the detailed physicochemical, combustion and emission properties, (2) optimization of the briquetting process, (3) cost estimation of the briquettes relative to existing competing solid fuels and (4) comparative performance evaluation of the briquettes versus conventional solid fuels in the various applications.

TSC Opinion

Les polymères en plastiques sont riches en carbone organique au même titre que la cellulose ou la lignine du bois. Ce sont donc des matériaux ayant aussi un pouvoir calorifique élevé lorsqu’ils sont brûlés. D’où l’idée des auteurs de cette étude de transformer les débris de plastiques en briquettes condensées, mélangés avec de la sciure de bois et de la poussière de charbon, afin d’en faire un combustible pratique à utiliser. Le mélange le plus performant est constitué de 50% de poussière de charbon, 40% de débris plastiques et 10% de sciure de bois. Les gaz émis lors de la combustion n’ont pas été analysés, ni le modèle économique. La qualité des émissions gazeuses dépendra beaucoup des types de plastique et des additifs. Le PVC, par exemple émettra beaucoup de chlore. Si l’innocuité des émissions est gérée, cette approche « low cost » a le mérite de placer la fin de vie du plastique dans un circuit court qui produira plus d’énergie qu’il n’en consomme comparativement à son recyclage. Une analyse de cycle de vie serait à construire sur cette idée.