البروتوكول التجريبي لإنتاج الديزل الحيوي مع عزل Alkenones كما Coproducts من التجاري

الهدف العام من هذا الإجراء هو إنتاج الديزل الحيوي من طحالب Isochyrsis المتوفرة تجارياً، مع السماح بالعزل المشترك للألكينونات طويلة السلسلة كمنتج ثانوي قيم. يمكن لهذه الطريقة أن تساعد في الإجابة على أسئلة رئيسية في مجال الطاقة المتجددة، مثل ما إذا كانت الوقود الحيوي الطحلبي بدائل قابلة للتطبيق للوقود القائم على البترول.

تتمثل الميزة الرئيسية لهذه التقنية في أن الطحالب التي نستخدمها تُزرع بالفعل صناعياً ويمكن شراؤها بكميات تصل إلى عدة كيلوغرامات من عدة موردين تجاريين. بالإضافة إلى ذلك، تقوم هذه الطحالب تحديداً بالتخليق الحيوي لمجموعة فريدة من الدهون المعروفة باسم الألكينونات طويلة السلسلة (long chain alkenones) والتي يمكن عزلها كمنتج ثانوي. سيقوم بتوضيح هذا الإجراء جون ويليامز، وهو طالب دراسات عليا في مختبري.

لتحضير عجينة *Isochrysis* الرطبة المتوفرة تجارياً، اصنع ثقباً صغيراً في عبوة تزن 1 kg واضغط لإخراج 300 g تقريباً على طبق تبلور مقاس 150 × 75 mm. تتكون العجينة من الماء بنسبة 80% تقريباً، ولونها أخضر داكن يميل إلى السواد ولها رائحة نفاذة. اترك العجينة لتجف في الهواء حتى تتكون طبقة بسمك 20 mm تقريباً.

اكشط الكتلة الحيوية الجافة وضعها في أنبوبة استخلاص السليلوز ذات الكتلة المعروفة. ثم سجل وزن الكتلة الحيوية لـ isochrysis. انقل حوالي 50 إلى 60 جراماً من isochrysis الجافة إلى جهاز استخلاص سوكسليت (Soxhlet).

بعد ذلك، املأ دورق سوكسليت بـ 400 milliliters من الهكسان. قم بتشغيل مياه المكثف ومصدر الحرارة، واترك جهاز سوكسليت يعمل في دورات استخلاص لمدة تتراوح من يوم إلى يومين. عندما يتحول لون المذيب من الأخضر الداكن إلى الأصفر الباهت، تكون عملية الاستخلاص قد اكتملت.

برّده حتى درجة حرارة الغرفة واستخدم المبخر الدوار لإزالة الهكسانات. وأخيراً، قم بوزن زيت الطحالب المستخلص بالهكسان. ابدأ بإذابة زيت الطحالب المستخلص بالهكسان في دورقه باستخدام 10 أحجام من مزيج ميثانول وديكلوروميثان بنسبة 2:1.

بعد ذلك، أضف قضيب تحريك وكمية من الماء تعادل ضعفين وثلثي حجم الزيت، ثم أضف كتلة من هيدروكسيد البوتاسيوم تعادل نصف وزن الزيت. الآن، قم بتوصيل الدورق بمكثف ارتدادي بطول 500 millimeter. سخن الخليط مع التحريك عند 60 °C لمدة ثلاث ساعات داخل خزانة استنشاق الغازات.

بعد تبريد التفاعل، قم بإزالة المذيبات العضوية باستخدام المبخر الدوار. بعد ذلك، صب الخليط المائي المتبقي في قمع فصل سعة لتر واحد وأضف حجماً مساوياً من الهكسانات. اشطف الدورق بالهكسانات لضمان انتقال جميع المواد إلى القمع.

قم برج القمع واترك الطبقات لتنفصل. بعد ذلك، قم بتصريف الطبقة المائية السفلية في دورق، واسكب الوجه العضوي العلوي في دورق ثانٍ. احتفظ بكلتا الطبقتين.

كرر عملية الاستخلاص بالهكسان حتى تصبح الطبقة العضوية ذات لون أخضر مصفر باهت. بعد ذلك، اجمع المستخلصات العضوية التي تم الحصول عليها وقم بتكثيفها باستخدام مبخر دوار لعزل الدهون المتعادلة. تظهر هذه الدهون على شكل مادة صلبة مخضرة وتتراوح درجة انصهارها بين 60 و 70 °C.

بعد ذلك، قم بتحميض الطور المائي حتى يصل الرقم الهيدروجيني pH إلى 2 باستخدام حمض الهيدروكلوريك بتركيز 6 molar. ثم استخلص الأحماض الدهنية الحرة من الطور المائي المحمض باستخدام الهكسانات وقمع فصل كما سبق. وأخيرًا، قم بإزالة الهكسانات من المستخلصات العضوية المجمعة باستخدام المبخر الدوار للحصول على أحماض دهنية حرة منقاة.

بقايا زيتية ذات لون أخضر داكن يقترب من الأسود تنصهر عند درجة حرارة أعلى بقليل من 30 °C. أذب الأحماض الدهنية باستخدام ستة أحجام من ميثانول الكلوروفورم، ثم اسكب المحلول في دورق تفاعل عالي الضغط ذي جدران سميكة يحتوي على قضيب تحريك، مع الشطف لضمان انتقال جميع الأحماض الدهنية إلى دورق التفاعل. بعد ذلك، وتحت خزانة استخلاص الأدخنة، أضف حمض الكبريتيك المركز.

أغلق القارورة بإحكام، وسخن الخليط إلى 90 °C مع التقليب لمدة ساعة. وبعد تبريد التفاعل حتى درجة حرارة الغرفة، صبه في قمع فصل وأضف ضعفي حجمه من الماء. الآن، رج قمع الفصل، واترك الأطوار تنفصل، ثم صفي الطبقة السفلية في قارورة مستديرة القاعدة موزونة مسبقاً.

بعد ذلك، قم بتركيز المحلول باستخدام مبخر دوار وسجل كتلة الديزل الحيوي الناتج؛ حيث يمكن الآن تحليل المادة باستخدام أجهزة كروماتوغرافيا الغاز. يمكن كشط الدهون المتعادلة من القاع المستدير، ووزنها، ثم نقلها إلى دورق للتنقية. ابدأ بإذابة الدهون المتعادلة في كمية قليلة من dichloromethane.

بعد ذلك، قم بصب المحلول في رأس عمود كروماتوغرافيا يحتوي على 100 grams من هلام السيليكا. ثم، استخدم ضغطاً خفيفاً لشطف المحلول عبر السيليكا باستخدام حوالي 150 milliliters من ثنائي كلورو ميثان. تُضاف طبقة صغيرة من الرمل إلى أعلى العمود لمنع تخلخل السيليكا عند التعبئة بالمذيب.

اجمع المادة الناتجة في دورق مستدير القاع سعة 250 milliliter. ثم قم بإزالة dichloromethane باستخدام مبخر دوار. يجب أن تكون النتيجة مادة صلبة ذات لون برتقالي.

أعد بلورة المواد الصلبة في الهكسانات المغلية. أولاً، أضف 100 milliliters أولية، ثم استمر في إضافة الهكسانات المغلية حتى يصبح المحلول متجانساً. الآن، برد المحلول ببطء إلى درجة حرارة الغرفة لتحفيز عملية البلورة، ثم اجمع الألكينونات المبلورة باستخدام جهاز ترشيح.

استخدم كمية صغيرة من الهكسانات المبردة بالثلج لشطف الدورق. وقبل البدء في المعالجة، جُففت عجينة الإيزوكريسيس (isochrysis) أولاً للحصول على مادة قشرية سوداء مخضرة ذات رائحة تشبه رائحة الأعشاب البحرية. وفي المقابل، كان مسحوق الإيزوكريسيس عبارة عن مسحوق جاف مطحون بدقة ولونه بني مصفر، وقد استُخدم دون معالجة إضافية.

أدى الاستخلاص من كلتا المادتين باستخدام جهاز سوكسليت (soxhlet) مع الهكسانات إلى الحصول على زيوت طحلبية كانت عوائدها من العجينة أعلى بكثير منها من المسحوق. تم تحويل الأسيل غليسيرولات في الزيت الطحلبى إلى كربوكسيلات ذائبة في الماء، والتي استُخلصت منها الدهون المتعادلة والأحماض الدهنية الحرة بحجم شبه كمي من أي من المواد البدائية. ومع ذلك، كانت نسبة المنتجات مختلفة.

أنتجت عملية الأسترة استرات ميثيل الأحماض الدهنية. وتُعرف أيضاً بالديزل الحيوي، وهي عبارة عن سائل زيتي أخضر داكن يميل إلى السواد. وقد تجاوز العائد نسبة 90%. تم إزالة اللون من المنتج كما هو موضح في البروتوكول المكتوب.

أظهر تحليل FAME لوقود الديزل الحيوي المنقى ملامح متشابهة ولكن غير متطابقة من المادتين الخام. وأدى ترشيح الدهون المتعادلة المذابة عبر السيليكا باستخدام DCM إلى الحصول على مادة صلبة ذات لون برتقالي محمر، والتي أعيد بلورتها باستخدام الهكسانات للحصول على ألكينونات نقية تحليلياً. بعد مشاهدة هذا الفيديو، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية معالجة طحالب isochyrsis المتاحة تجارياً لتحويلها إلى ديزل حيوي مع عزل الألكينونات النقية كمنتج ثانوي.

بمجرد إتقان هذه التقنية، يمكنها توليد كميات كبيرة من الديزل الحيوي الطحلبي والألكينونات بشكل مستمر لإجراء مزيد من الدراسات. وقد مهد تطوير هذه التقنية الطريق أمامنا لفحص خصائص وقود الديزل الحيوي الطحلبي بشكل دقيق، وذلك من خلال توفير كميات كافية لإجراء مختلف اختبارات الوقود بدلاً من الاعتماد على التنبؤات أو المحاكاة. لا تنسَ أن التعامل مع الأحماض أو القواعد القوية وتسخين المحتويات داخل وعاء مغلق يمكن أن يكون خطيراً للغاية.

تأكد من ارتداء معدات الوقاية الشخصية المناسبة والعمل داخل خزانة استرداد الأبخرة أثناء تنفيذ هذه الخطوات.