Characterization of rice husks as a biofuel feedstock towards sustainable rural rice processing in Sub-Saharan Africa

Orsat, Valérie (Supervisor) Sustainability of rural rice processing will ensure self-sufficiency and food security in sub-Saharan Africa. Research, appropriate technology, and education (RATE) was used as a tool to effectively develop methods on how to increase sustainability of rice processing in the region. Utilization of rice husk waste from the predominant Engelberg and Milltop rice mills as biofuel feedstock was found to increase the sustainability of the process: considering the social, economic, and, environmental criteria. Process parameters including binder type and ratio, moisture content, and die pressure were found to affect the quality of densified rice husk. Rice husks from these two mills were characterized to investigate their viability as biofuel feedstock based on physical, chemical and thermochemical analyses. Physical analysis of the rice husk showed that the Engelberg rice husk is significantly different from the multistage Milltop rice husk (P<0.05). Particle size analysis of the Engelberg and Milltop produced rice husks showed that the Milltop husks have significantly higher geometric diameter with 95% of the samples by weight, retained by Standard sieve #20 (0.850 mm). The Engelberg rice husks were much smaller with 95% of the particles retained by sieve #100 (0.150 mm). The Engelberg rice husks were much finer with higher bulk and particle densities than the Milltop rice husk samples. Particle size analysis, microstructural analysis using SEM, and statistical analysis showed that the most important components of the Engelberg rice husk samples were immature paddies and broken kernels, while the most important components of the Milltop were unbroken Lemma and Palea with small broken kernels and bran present within the samples. The Engelberg and the Milltop rice husks form two significant groups of rice husks that will require two completely different design parameters to be utilized as biofuel, and it was found that even within the two groups there can be differences that are significant between the samples that could be due to rice ecology, variety, harvesting and other postharvest handling processes other than milling. However, this should not hinder the design of a versatile biofuel production system that will utilize the two as specific groups of rice husks based on their physical characterization. Chemical analysis of the Engelberg and Milltop rice husks showed that the Milltop samples have lower amounts of proximate starch, protein, and fat compared with the Engelberg samples. The FT-IR results also showed that the Engelberg and Milltop rice husks spectra have unique characteristics that define them as separate groups; with key differences being the quantity of the proximate components that confirmed what was observed during the starch, protein, and fat analyses of the samples. The FT-IR analysis also distinguished the samples with higher immature grains from the rest of the rice husk samples.Thermochemical characteristics of the Engelberg and the Milltop milled rice husks including proximate composition and higher heating value (HHV) were studied. An effective method for determination of the HHV of rice husk using oxygen bomb calorimeter coupled with comparative analysis of bomb calorimeter residuals, proximate ash, and densified pellet impact resistance was developed. HHV prediction models for the rice husks of the two milling machines were developed. Higher HHV values of the Engelberg milled rice husk samples compared to the Milltop samples were found to be consistent with their respective higher volatile proximate components. FT-IR and SEM analyses showed that there were no significant differences between the physico-chemical composition of the Engelberg and Milltop rice husk ash samples. .La pérennité de la transformation du riz en Afrique sub-Saharienne est l'un des aspects les plus importants pour assurer la sécurité alimentaire et l'autosuffisance dans cette région, tout en prenant en considération les critères sociaux, économiques, et environnementaux des processus. Le thème proposé (recherche, technologie appropriée, et de l'éducation (RTAE)), est un outil efficace pour augmenter la pérennité de la transformation de riz dans les régions rurales de l'Afrique sub-saharienne. Les écorces de l'Engelberg et de la Milltop sont les plus abondantes en termes de sous-produits les plus sous-utilisés de la transformation dans la région. Les écorces de ces deux ont été caractérisées pour étudier leur viabilité en tant que matière première de biocarburants basée sur L'analyses physique, chimique, et thermochimique. L'analyse physique des écorces de riz a montré une différence significative entre les deux moulins Engelberg et Milltop (P<0.05). L'analyse granulométrique a montré que le diamètre géométrique de la Milltop est significativement plus élevé avec 95% des échantillons en poids étant retenu par le tamis Standard #20 (0,850 mm). Les écorces Engelberg étaient beaucoup plus petites avec 95% des particules en poids retenu par un tamis Standard #100 (0,150 mm). Les écorces de riz Engelberg étaient plus fines et avaient une densité apparente plus élevée en comparaison avec l'écorce de riz Milltop. Les analyses statistiques de la granulométrie et de la microstructure ont montré que le principal composant de l'Engelberg contenait à la fois les composants internes et externes des grains de riz. Tandis que, les écorces de riz Milltop sont composées principalement de la coque extérieure. L'analyse chimique des écorces de riz Engelberg et Milltop ont montré que les échantillons Milltop avaient une plus petite quantité d'amidon, de protéines et de matières grasses en comparaison avec les échantillons Engelberg. Les résultats de l'analyse FTIR ont également montré que les deux écorces de riz ont des caractéristiques uniques qui les définissent comme groupes; avec les principales différences étant la quantité des composants chimiques qui ont confirmé ce que l'on a observé au cours des analyses de l'amidon, des protéines et des graisses. L'analyse thermochimique des écorces de riz Engelberg et Milltop impliquant les analyses immédiates et la détermination du pouvoir calorifique supérieur (HHV) a développé une méthode utilisant une bombe calorimétrique. Des modèles prédictifs pour la détermination du HHV des échantillons des écorces de riz ont été développés. Les analyses FTIR et de microscopie SEM ont montrés qu'il n'y avait pas de différences significatives physico-chimiques entre les cendres Engelberg et Milltop.