สำหรับวิทยาศาสตร์การเผาไหม้ชีวมวล ไม่มีอะไรซับซ้อนไปกว่าพารามิเตอร์ฟิวชั่นเถ้า (ถ่านโค้ก) เมื่อลักษณะการเผาไหม้ดี ขี้เถ้าก็ยังคงเป็นขี้เถ้า และสิ่งเดียวที่ท้าทายคือขี้เถ้าไม่ได้ถูกกำจัดออกจากระบบเผาไหม้มากเกินไปโดยการสะสม ตรงกันข้าม เมื่อคุณสมบัติการหลอมรวมของเถ้าไม่เป็นที่พอใจ มีสิ่งแปลกประหลาดเกิดขึ้น - เถ้ารวมตัวกันเป็นก้อนและจำเป็นต้องหักหรือแม้แต่สกัดออกจากถาดรองเถ้า ต่อมาสามารถก่อตัวเป็นอิฐที่ดูเหมือนเศษแก้วหลอมเหลวหรือแม้กระทั่งรังผึ้ง เมื่อสะสมในเตาอุตสาหกรรม สถานะของขี้เถ้านี้เรียกว่าถ่านโค้กหรือตะกรัน ไม่ว่าคุณจะเรียกมันว่าอะไรก็ตาม มันค่อนข้างง่ายที่จะทำเพราะมันเป็นเพียงหน้าที่ของจุดหลอมเหลว
ขั้นแรก เรามาพิจารณากันก่อนว่าเถ้าที่ "สะอาด" (ปราศจากสิ่งสกปรก หิน คาร์บอนที่ยังไม่เผาไหม้ ฯลฯ) ส่วนใหญ่เป็นส่วนผสมของอนินทรีย์ออกไซด์ เมื่อชีวมวลถูกเผาไหม้ สารอินทรีย์ (โดยพื้นฐานแล้วคือคาร์บอน ไฮโดรเจน ไนโตรเจน และออกซิเจนทั้งหมด) จะถูกปล่อยออกมา ในขณะที่แร่ธาตุอนินทรีย์ยังคงอยู่ในรูปแบบออกซิไดซ์ ซึ่งเราถือว่าเป็นเถ้า จากการตรวจจับ เถ้าชีวมวลส่วนใหญ่ประกอบด้วยแคลเซียม ซิลิกอนไดออกไซด์ อะลูมิเนียม แมกนีเซียม โพแทสเซียม แมงกานีส โซเดียม เหล็ก ฟอสฟอรัส และแร่ออกไซด์ในรูปแบบอื่นๆ แร่ธาตุออกซิไดซ์แต่ละชนิดมีอยู่ในรูปของของแข็ง และมีจุดหลอมเหลวเช่นเดียวกับของแข็งอื่นๆ ช่วงของจุดหลอมเหลวของออกไซด์ของแร่ต่างๆ ที่มีอยู่อาจแตกต่างกันมาก โดยจุดหลอมเหลวรวมของเถ้าที่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงเป็นหน้าที่ของส่วนประกอบของแร่ทั้งหมดและปฏิกิริยาทางเคมี ผลก็คือ เถ้ามักจะละลายภายในช่วงอุณหภูมิหนึ่ง ไม่ใช่อุณหภูมิเฉพาะ ช่วงสามารถมีตั้งแต่ไม่กี่องศาไปจนถึง 50 หรือ 100 องศาเซลเซียส นี่คือเหตุผลที่เมื่อคุณเห็นผลการทดสอบการหลอมเถ้า จึงมีการรายงานเป็นช่วงอุณหภูมิ (เช่น อุณหภูมิการเสียรูป = 1310 °C อุณหภูมิซีกโลก = 1330 °C อุณหภูมิการไหล = 1350 °C) ในกรณีนี้ เถ้าละลายที่อุณหภูมิ 40 องศาเซลเซียส
อุณหภูมิการเสียรูป (DT) ถือเป็นตัวแปรหลักในการทดสอบการหลอมเถ้า เนื่องจากเป็นอุณหภูมิที่เถ้าจะเริ่มหลอมละลายและกลายเป็น "เหนียว" ขี้เถ้าเหนียวจะสะสมอยู่บนพื้นผิวเกือบทั้งหมดในระบบเผาไหม้ มีผลเป็นฉนวน ส่งผลให้อุณหภูมิของระบบเผาไหม้ทั้งหมดเพิ่มขึ้น อุณหภูมิที่สูงขึ้นนำไปสู่การหลอมเหลวมากขึ้น กระบวนการนี้ดำเนินต่อไปจนกว่าขี้เถ้าจะกลายเป็นของไหลและเป็นตะกรัน ที่น่าสนใจคือคุณสมบัติของตะกรันสามารถบอกคุณได้บางอย่าง หากขี้เถ้าเป็นก้อนก็ยังสามารถหักด้วยมือได้ หากคุณพบแก้วจริง แสดงว่าขี้เถ้าละลายหมดแล้ว ชิ้นส่วนของถ่านโค้กมักจะตกอยู่ระหว่างนั้น กุญแจสำคัญในการป้องกันการหลอมรวมของเถ้า (ถ่านโค้ก) คือการรักษาอุณหภูมิของระบบการเผาไหม้ให้ต่ำกว่า DT ของเถ้า เนื่องจากระบบการเผาไหม้ของชีวมวลส่วนใหญ่ทำงานที่ 1,200 องศาเซลเซียสหรือต่ำกว่า เชื้อเพลิงจึงมักได้รับการประเมินโดยการตรวจสอบ DT ที่สูงกว่าอุณหภูมินี้ โชคดีสำหรับไม้ที่ "สะอาด" (ไม่มีเปลือกไม้ ทราย ดินหรือเศษอื่นๆ) การเผาถ่านมักไม่เป็นปัญหา การหลอมรวมกันของเถ้าและมวลชีวภาพจากไม้มักเกี่ยวข้องกับวัตถุดิบบางรูปแบบ ไม่สามารถพูดได้เช่นเดียวกันกับชีวมวลรูปแบบอื่น (เปลือกถั่ว หญ้าเกษตร พืชพลังงาน ฯลฯ) วัสดุเหล่านี้มักมีปริมาณเถ้าสูง เพิ่มโอกาสในการเกิด DT ต่ำ กล่าวคือ ปริมาณเถ้าสูงเพียงอย่างเดียวไม่ใช่ตัวทำนายที่ดีของปัญหาการหลอมรวมเถ้า (coking) กับมวลชีวภาพในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่ง ธรรมชาติขององค์ประกอบแร่ของเถ้าเป็นปัจจัยร่วม ตัวอย่างเช่น ถ้าปริมาณแคลเซียมในเถ้าสูง อุณหภูมิหลอมละลายของเถ้ามักจะสูง ปัญหาการละลายของเถ้ามีโอกาสมากขึ้นหากระดับซิลิกาสูง แต่ก็ไม่เสมอไป สิ่งที่น่าสนใจเกี่ยวกับซิลิกาคือถ้าอยู่ในรูปของซิลิกา อุณหภูมิหลอมเหลวจริงจะสูงมาก (1710 องศาเซลเซียส) อย่างไรก็ตาม ซิลิกามีอิเลคตรอนสี่ตัวที่สามารถสร้างพันธะกับแร่ธาตุอื่นๆ ได้ ซึ่งมักทำให้เกิดซิลิเกตที่ซับซ้อนซึ่งมีจุดหลอมเหลวต่ำ เช่นเดียวกับคาร์บอน ด้วยเหตุนี้ เมื่อเราเห็นปัญหาการหุงต้ม ร้อยละ 90 เกี่ยวข้องกับซิลิกา มีแร่ธาตุอื่น ๆ ที่อาจเป็นปัญหาเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น มีปัจจัยอื่น ๆ อีกมากมายที่สามารถทำให้ถ่านโค้กซับซ้อนได้ ระบบการเผาไหม้อาจมีออกซิเจนมากหรือมีออกซิเจนน้อย เงื่อนไขจุดหลอมเหลวจะแตกต่างกันไป ชีวมวลสามารถปนเปื้อนด้วยวัสดุที่ไม่ชัดเจน เช่น ปุ๋ยและเกลือ ซึ่งมักเกิดจากการใช้ระบบขนส่งที่ไม่สะอาด สารปนเปื้อนมักจะเปลี่ยนแปลงเป็นระยะๆ ดังนั้นการทดสอบเชื้อเพลิงชุดถัดไปจึงไม่จำเป็นต้องช่วยให้คุณทราบได้ว่าอะไรเป็นสาเหตุของปัญหาถ่านโค้กที่เกี่ยวข้องกับชุดก่อนหน้า สรุปแล้ว หากคุณเข้าใจหลักการข้างต้น คุณน่าจะมีโอกาสดีขึ้นในการพิจารณาวิธีจัดการกับปัญหาการถ่านโค้กของอนุภาค
