作為一個專注于開發(fā)可通過管道運輸?shù)念w粒項目，模制了一種新型碳化顆粒，其提高了體積能量密度、耐久性和耐濕性。

　　加拿大金斯敦皇后大學（Queen’s University）研究項目的最初想法是開發(fā)一種能夠滿足管道輸送理想特性的木屑顆粒。金斯頓皇后大學機械與材料工程系教授Andrew Pollard為了做到這一點，要求是球狀，以最大限度地提高管道內(nèi)的填料。顆粒還需要高度耐用，并且經(jīng)受得住與管道和其他顆粒的沖擊和磨損。當然，它們必須能夠長時間地被淹沒在管道中的載體 - 水中。當時，這樣一個顆粒根本不存在，所以皇后大學的團隊自行發(fā)起了一個研究項目。

　　碳化過程十分有意思，因為使用這個過程制成的顆粒不僅增加了能量密度，而且改善了硬度，最重要的是疏水性。然而，現(xiàn)有圓柱形的碳化顆粒在管道中并不是最佳的，斷裂端是容易進水和產(chǎn)生微粒或細粒的部位。為了通過管道運輸，顆粒將需要連續(xù)、光滑和不透水的外表面，以最大限度地減少損壞和進水。

　　為了實現(xiàn)這一目標，該團隊通過壓縮兩個半球形模具之間的生物質(zhì)來制成顆粒，而不是像傳統(tǒng)顆粒那樣通過模具擠壓材料。常規(guī)加工的另一變型涉及在壓縮之前，通過在一段時間內(nèi)將模具加熱至設定溫度，碳化模腔中的生物質(zhì)，然后壓制顆粒。

　　有趣的是，研究小組發(fā)現(xiàn)，樣品脫氣在模具內(nèi)產(chǎn)生了一個阻止空氣與加熱樣品相互作用的環(huán)境，從而在碳化期間不需要惰性環(huán)境。產(chǎn)生的第一個顆粒顏色為深棕色，與碳化的顆粒一樣，并具有光滑、堅硬且有光澤的外表面。不幸的是，他們也有脆弱的赤道平面，因此容易分裂成兩半。

　　由于顆粒半部的其他屬性克服了圓柱形顆粒的許多弱點，研究團隊將注意力集中在壓縮過程中模具內(nèi)生物質(zhì)顆粒之間的相互作用，并確定脆弱的赤道面是由于粒子間接觸不足造成的。需要改善生物質(zhì)纖維之間的混合，因此Pollard和團隊重新設計了模具，其功能類似于冰淇淋勺。隨后制成的顆粒具有相同的不透水的外表面，也更堅實，如通過改進的沖擊測試就能證明- 例如將顆粒投擲到混凝土地板上；它們反彈，對表面沒有影響。

　　然而，對模具中的生物質(zhì)進行碳化使得將工藝規(guī)模擴大到工業(yè)生產(chǎn)能力變得很困難，因此團隊將焦點轉向確定碳化和制粒步驟是否可以分離，同時仍然實現(xiàn)相同的堅固顆粒。

　　為了得到幫助，這個團隊請來了皇后大學教授、自然科學和工程研究委員會設計工程主席David Strong。Strong的評估認為，如果要應用在工業(yè)上的話，團隊需要最小化生物質(zhì)在模具中花費的時間，這意味著要么在生物質(zhì)預熱之后將其裝載到模具中，要么顯著提高模具內(nèi)生物質(zhì)的加熱速率。

　　第一個方案難度在于要應對材料處理方面的挑戰(zhàn)，特別是在大學的實驗室環(huán)境中，所以團隊專注于第二方案。然而，當時的傳統(tǒng)思想是碳化過程中的溫度不能超過50攝氏度，并且一旦冷卻，碳化材料就“凝固”了，就不能形成堅固顆粒。研究人員對這些假設提出質(zhì)疑，并通過一系列實驗證明，之前經(jīng)過加熱和冷卻的生物質(zhì)可以迅速重新加熱并壓縮，以形成與使用原始工藝獲得的質(zhì)量一致的堅固顆粒。

　　這是一個關鍵的發(fā)現(xiàn)，使團隊能進一步發(fā)展，無論是原料或預處理的生物質(zhì)，在壓縮循環(huán)中保持時間接近于零。在這個過程中已經(jīng)成功地使用了多種類型的生物質(zhì)，涵蓋木本和非木本生物質(zhì)，如楊樹、柳枝稷、燕麥殼和***。

　　事實證明，皇后大學研發(fā)的顆粒（以下簡稱Q'Pellets）的特性也非常適合更傳統(tǒng)的應用，例如在發(fā)電時與煤共燒，在水泥生產(chǎn)中作為低碳燃料替代物。與傳統(tǒng)碳化顆粒一樣，與白色或未碳化的顆粒相比，Q'Pellets具有更高的能量密度，硬度以及疏水性更強。

　　然而，用于Q'Pellets的壓縮成型工藝導致密度增加，其球形和改進的填充材料導致體積密度增加，因此體積能量密度增加。 Q'Pellets也有一個連續(xù)、光滑和不透水的外表面，最大限度地減少粉塵的產(chǎn)生，從而減輕粉塵爆炸的問題。此外，它們的貝殼狀表面最大限度地減少了水的進入 - 有趣的是，團隊發(fā)現(xiàn)Q'Pellet淹沒在水中一年半的時間，對其耐久性沒有任何影響。

　　為了評估Q'Pellets的商業(yè)潛力，開發(fā)了基于電子表格的模型，以便對Q'Pellets、圓柱形碳化顆粒和圓柱形白色顆粒進行技術經(jīng)濟分析和簡化的生命周期分析。基于以下這個假設的案例研究，在不列顛哥倫比亞省威廉姆斯湖建造的一個商業(yè)規(guī)模的工廠，在荷蘭鹿特丹完成產(chǎn)品交付，根據(jù)其內(nèi)部收益率、生命周期溫室氣體排放來比較每種顆粒類型的生產(chǎn)。

　　Q'Pellets的模擬內(nèi)部收益率最高為12.7％，白色顆粒為11.1％，碳化顆粒為8％。簡化的生命周期分析表明，Q'Pellets是三種產(chǎn)品中生命周期溫室氣體排放量最低，為6.96 kgCO2eq / GJ，而白色顆粒為21.50kgCO2eq / GJ，碳化顆粒為10.08kgCO2eq / GJ。在這些生命周期溫室氣體排放水平上，白色顆粒高于歐盟法規(guī)規(guī)定的可持續(xù)最大生命周期排放量。通過修改輸入變量對模型進行敏感性分析，表明白色顆粒對不可控制的市場變量更為敏感，特別是顆粒銷售價格、生物質(zhì)原料價格和運輸成本。還進行了蒙特卡羅分析，結果表明，與Q'Pellet生產(chǎn)相比，白色顆粒生產(chǎn)的可預測性較差，并且更可能導致負內(nèi)部收益率。

　　Q'Pellet的優(yōu)勢非常明顯，體積能源密度增加，性能優(yōu)越，溫室氣體排放周期縮短。然而，Q'Pellet技術還處于相對較早的發(fā)展階段，需要做更多的工作來提高其技術水平。Pollard和Strong都認為，通過與有技術基礎的工業(yè)合作伙伴合作能夠最好的實現(xiàn)這一目標，從而推動技術向前發(fā)展。

　　因此，該大學的技術轉移辦公室一直致力于幫助確定有興趣開發(fā)和商業(yè)化Q'Pellet技術的工業(yè)合作伙伴。擁有一項涵蓋Q'Pellet模具設計的美國專利，以及大量的加工技術和專業(yè)知識，該團隊相信，它已經(jīng)建立了一個強大的基礎，可以建立一個新的專有制粒平臺。