Name: טרנספורמציה של שאריות משק בית אורגניים לתחליף כבול (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-07-09T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 43 s
Description: למד להפוך שאריות מטבח אורגניות לחומר פחמני באמצעות קרבוניזציה הידרותרמית וטיפול תרמי. שיטה זו מייצרת הידרוצ'אר חקלאי תחליף לדשנים מתכלים ותורמת ללכידת פחמן.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

המחברים אסירי תודה על התמיכה הפיננסית שהתקבלה מהוועדה האירופית תחת הקסם והקסם של תוכנית האקלים-KIC ומהמשרד הספרדי למדע, חדשנות ואוניברסיטאות תחת RTC-2017-6087-5 של "החקירה", דסררולו-חדשנות מצפון לתוכנית "לוס ריטוס דה לה סודאדה" ובמסגרת התכנית הארוכה אוצ'ואה (צב-2016-0683).

1. הידרותרמית של שאריות משק הבית
<ol><li>חישוב הכמויות המתאימות של מים וביומסה לתערובת התגובה.<ol>
<li>תערובת התגובה חייב למלא חצי נפח של החיטוי. להניח כי צפיפות התערובת היא כ 1 g/mL ולחשב את הסכומים לפי משקל. כ 80 wt צריך להיות מים ואת החומר המלא. תוכן המים הכולל אינו קריטי והוא עשוי לנוע בין 70 ל 85 wt%.</li>
		<li>בחר את היומסה משאריות המטבח כגון קליפות פירות או חלקי ירקות לא אכילים. במטרה לחשב איזון מסה מדויק עבור סעיף 1, יבש מדגם של ביומסה ב 100-105 ° c בתנור עבור 2 h או בן לילה. המסה המתקבלת הוא העניין המלא של ביומסה. לחלופין, השתמש בנתוני ספרות (רמת הדיוק מופחתת).</li>
		<li>לחשב כמה ביומסה רטוב נדרש לחייב את החיטוי עם 20 wt% של חומר מוצק וכמה הרבה מים הוא להיות הציג יחד עם זה. לחשב כמה מים נדרש כדי להגיע לסכום הרצוי של המים בכור.</li>
	</ol>
</li>
	<li>. מטעין את החיטוי התראה: החיטוי יש לספק עם דיסק קרע עם לחץ פרץ של 50 bar.<ol>
<li>שוקלים ביומסה ומים כמחושב בשלב 1.1.3 ולהציג את שניהם לתוך החיטוי.</li>
		<li>סגור את החיטוי והלחץ אותו עם חנקן עד 20 בר. ודא כי אין אובדן הלחץ מעל 30 דקות. פעולה זו מבטיחה שכלי הקיבול ייסגר כהלכה ללא דליפות. . שחררו את הלחץ וסגרו שוב את הכלי</li>
	</ol>
</li>
	<li>. תגובת קרנון<ol>
<li>. הפעל את הערבוב מחממים את האוטוקלב עד 215 ° c בתוך 30 דקות ושומרים על טמפרטורה של לפחות 4 או לילה.</li>
		<li>. הפעילו את הלחץ בשביל ה -2 שעות הראשונות באופן כללי, הוא עוקב אחר עקומת לחץ האדים של מים עד 21 בר. אם הלחץ אינו מתגבר, החימום אינו פועל כראוי, או שכלי הקיבול אינו סגור כראוי. אם זה קורה, לעצור את התגובה ולבדוק את החימום והאיטום.</li>
		<li>במקרים נדירים, למשל, אם ביומסה נוטה decarboxylation, הלחץ המרבי עשוי להיות 5 עד 10 בר גבוה יותר מאשר 21 בר הנגרמת על ידי לחץ אדים ב 215 ° c. אם הלחץ עולה על 35 בר, לכבות את החימום ולקטוע את התגובה. לאחר שהוא התקרר למטה לטמפרטורת החדר לשחרר בזהירות את הלחץ הנותר ולהתחיל שוב משלב 1.3.1.</li>
	</ol>
</li>
	<li>התאוששות של הידרוchar raw.<ol>
<li>כאשר החיטוי התקרר למטה לטמפרטורת החדר על ידי קירור טבעי, לשחרר בזהירות כל לחץ שרידי ולפתוח את החיטוי.</li>
		<li>הפרד מוצק ונוזלי באמצעות סינון ואקום עם משפך של בוכנר. היפטר משלב הנוזלים כפתרון מימית בין פסולת מעבדה מסוכנת.</li>
		<li>מייבשים את המוצק ב-100 עד 105 ° c בתנור ב -2 או ללילה. לחשב את האיזון ההמוני של השלב הראשון, כלומר ההידרותרמית-הקרבון (סעיף 1). בשביל זה, לקחת בחשבון משקל יבש של ביומסה ומשקל יבש של המוצר.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. טיפול תרמי של הידרוchar raw במצב אצווה
<ol><li>שוקל 1 גרם של הידרוchar raw יבש ומניחים אותו על זכוכית frit של כור קוורץ צינורי (הכור אצווה).</li>
	<li>עבור כמויות גדולות יותר כגון 10 כדי 20 g, להשתמש בחומר משטח עם גודל החלקיקים של 0.2 כדי 6 מ"מ. אחרת, התרחשות של ערוצים מועדפים עלולה לעכב טיפול הומוגנית של המדגם.</li>
	<li>מניחים את מעטפת החימום של הכור ומחברים זרם חנקן למטה של 20 מ"ל/min. מניחים מיכל קטן מתחת לשקע הכור כדי לאסוף נוזלים מעובה. אין צורך בצינון.</li>
	<li>משנף גזים בשקע ומבצעים אותם לפליטה או מניחים את כל הכור במכסה הפליטה. מחממים את הכור עד 275 ° c עם כבש של 10 מעלות/מינימום.. שמרו על הטמפרטורה במשך 1 שעות</li>
	<li>כאשר מקורר שוב לטמפרטורת החדר, נתק את זרימת הגז. השמט את הנוזל שנאסף בגביע לשקעים אורגניים שאינם הלוגליים. לשחזר את החומר פחמן ולשקול אותו. לחשב את האיזון ההמוני עבור סעיף 2, כלומר הטיפול התרמי, מן ההמונים מועסקים ומתקבלים, ועל התגובה הכוללת מן המסה המתקבלים בטיפול תרמי ביומסה יבש המועסקים בשלב הקרנון.</li>
</ol>3. ניתוח המוצר הסופי באמצעות התרמוגרמטריה (TG)
<ol><li>לרסק את המוצר בחומר מליטה ולשקול מדגם 10 מ"ג בכור המצרף של המנגנון.</li>
	<li>הניחו את הכור בדגם האוטומטי של המנגנון הTG ובחרו בתנאי הניתוח: התאימו את הטמפרטורה המקסימלית ל-600 ° צ' והאוויר העובד כגז מטאטא ומכבש טמפרטורה של 10 מעלות/דקה.</li>
	<li>. התחל בניתוח</li>
	<li>מכמת את ההפסד ההמוני ב-275 ° c בעקומת TG על ידי חישוב ההפרש בין המשקל הראשוני והנצפה בטמפרטורה זו (ראה איור 2). בטא את אובדן המסה. כאחוז מהמשקל הראשוני השוואת הערכים של דגימות מטופלות ובדיקות raw. הפחתה ברורה היא נצפתה.</li>
</ol>

<ol><li>Titirici, M. M., Thomas, A., Yu, S. H., Mueller, J. O., Antonietti, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+Synthesis+of+Mesoporous+Carbons+with+Bicontinuous+Pore+Morphology+from+Crude+Plant+Material+by+Hydrothermal+Carbonization%5BTitle%5D)+AND+%22Chemistry+of+Materials%22%5BJournal%5D)">Direct Synthesis of Mesoporous Carbons with Bicontinuous Pore Morphology from Crude Plant Material by Hydrothermal Carbonization.</a> Chemistry of Materials. 19 (17), 4205-4212 (2007).</li>
<li>Düdder, H., Wütscher, A., Stoll, R., Muhler, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+and+characterization+of+lignite-like+fuels+obtained+by+hydrothermal+carbonization+of+cellulose%5BTitle%5D)+AND+%22Fuel%22%5BJournal%5D)">Synthesis and characterization of lignite-like fuels obtained by hydrothermal carbonization of cellulose.</a> Fuel. 171, 54-58 (2016).</li>
<li>Funke, A., Ziegler, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrothermal+carbonization+of+biomass%3A+a+summary+and+discussion+of+chemical+mechanisms+for+process+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22Biofuels%2C+Bioproducts+and+Biorefining%22%5BJournal%5D)">Hydrothermal carbonization of biomass: a summary and discussion of chemical mechanisms for process engineering.</a> Biofuels, Bioproducts and Biorefining. 4 (2), 160-177 (2010).</li>
<li>Titirici, M. M., Thomas, A., Antonietti, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Back+in+the+black%3A+Hydrothermal+carbonization+of+plant+material+as+an+efficient+chemical+process+to+treat+the+CO2+problem%3F%5BTitle%5D)+AND+%22New+Journal+of+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Back in the black: Hydrothermal carbonization of plant material as an efficient chemical process to treat the CO2 problem?</a> New Journal of Chemistry. 31 (6), 787-789 (2007).</li>
<li>Gruda, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Current+and+future+perspective+of+growing+media+in+Europe%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Horticulturae%22%5BJournal%5D)">Current and future perspective of growing media in Europe.</a> Acta Horticulturae. 960, 37-43 (2012).</li>
<li>Benavente, V., Calabuig, E., Fullana, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Upgrading+of+moist+agro-industrial+wastes+by+hydrothermal+carbonization%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Analytical+and+Applied+Pyrolysis%22%5BJournal%5D)">Upgrading of moist agro-industrial wastes by hydrothermal carbonization.</a> Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 113, 89-98 (2015).</li>
<li>Volpe, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((One+stage+olive+mill+waste+streams+valorisation+via+hydrothermal+carbonisation%5BTitle%5D)+AND+%22Waste+Management%22%5BJournal%5D)">One stage olive mill waste streams valorisation via hydrothermal carbonisation.</a> Waste Management. 80, 224-234 (2018).</li>
<li>Sabio, E., Álvarez-Murillo, A., Román, S., Ledesma, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Conversion+of+tomato-peel+waste+into+solid+fuel+by+hydrothermal+carbonization%3A+Influence+of+the+processing+variables%5BTitle%5D)+AND+%22Waste+Management%22%5BJournal%5D)">Conversion of tomato-peel waste into solid fuel by hydrothermal carbonization: Influence of the processing variables.</a> Waste Management. 47, 122-132 (2016).</li>
<li>Lucian, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+of+hydrothermal+carbonization+conditions+on+the+formation+of+hydrochars+and+secondary+chars+from+the+organic+fraction+of+municipal+solid+waste%5BTitle%5D)+AND+%22Fuel%22%5BJournal%5D)">Impact of hydrothermal carbonization conditions on the formation of hydrochars and secondary chars from the organic fraction of municipal solid waste.</a> Fuel. 233, 257-268 (2018).</li>
<li>Mäkelä, M., Forsberg, J., Söderberg, C., Larsson, S. H., Dahl, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Process+water+properties+from+hydrothermal+carbonization+of+chemical+sludge+from+a+pulp+and+board+mill%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresource+Technology%22%5BJournal%5D)">Process water properties from hydrothermal carbonization of chemical sludge from a pulp and board mill.</a> Bioresource Technology. 263, 654-659 (2018).</li>
<li>Ulbrich, M., Preßl, D., Fendt, S., Gaderer, M., Spliethoff, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+of+HTC+reaction+conditions+on+the+hydrochar+properties+and+CO2+gasification+properties+of+spent+grains%5BTitle%5D)+AND+%22Fuel+Processing+Technology%22%5BJournal%5D)">Impact of HTC reaction conditions on the hydrochar properties and CO2 gasification properties of spent grains.</a> Fuel Processing Technology. 167, 663-669 (2017).</li>
<li>Hu, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Engineering+carbon+materials+from+the+hydrothermal+carbonization+process+of+biomass%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Engineering carbon materials from the hydrothermal carbonization process of biomass.</a> Advanced Materials. 22 (7), 813-828 (2010).</li>
<li>Sevilla, M., Fuertes, A. B., Rezan, D. C., Titirici, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Applications+of+Hydrothermal+Carbon+in+Modern+Nanotechnology%5BTitle%5D)+AND+%22Sustainable+Carbon+Materials+from+Hydrothermal+Processes%22%5BJournal%5D)">Applications of Hydrothermal Carbon in Modern Nanotechnology.</a> Sustainable Carbon Materials from Hydrothermal Processes. , 213-294 (2013).</li>
<li>Sánchez, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Greenhouse+gas+emissions+from+organic+waste+composting%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Chemistry+Letters%22%5BJournal%5D)">Greenhouse gas emissions from organic waste composting.</a> Environmental Chemistry Letters. 13 (3), 223-238 (2015).</li>
<li>Andersen, J. K., Boldrin, A., Christensen, T. H., Scheutz, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Greenhouse+gas+emissions+from+home+composting+of+organic+household+waste%5BTitle%5D)+AND+%22Waste+Management%22%5BJournal%5D)">Greenhouse gas emissions from home composting of organic household waste.</a> Waste Management. 30 (12), 2475-2482 (2010).</li>
<li>Owsianiak, M., Brooks, J., Renz, M., Laurent, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluating+climate+change+mitigation+potential+of+hydrochars%3A+compounding+insights+from+three+different+indicators%5BTitle%5D)+AND+%22GCB+Bioenergy%22%5BJournal%5D)">Evaluating climate change mitigation potential of hydrochars: compounding insights from three different indicators.</a> GCB Bioenergy. 10, 230-245 (2018).</li>
<li>Lorenz, K., Lal, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biochar+application+to+soil+for+climate+change+mitigation+by+soil+organic+carbon+sequestration%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Plant+Nutrition+and+Soil+Science%22%5BJournal%5D)">Biochar application to soil for climate change mitigation by soil organic carbon sequestration.</a> Journal of Plant Nutrition and Soil Science. 177 (5), 651-670 (2014).</li>
<li>Solomon, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Indigenous+African+soil+enrichment+as+a+climate-smart+sustainable+agriculture+alternative%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Ecology+and+the+Environment%22%5BJournal%5D)">Indigenous African soil enrichment as a climate-smart sustainable agriculture alternative.</a> Frontiers in Ecology and the Environment. 14 (2), 71-76 (2016).</li>
<li>Glaser, B., Haumaier, L., Guggenberger, G., Zech, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+%E2%80%9CTerra+Preta%E2%80%9D+phenomenon%3A+a+model+for+sustainable+agriculture+in+the+humid+tropics%5BTitle%5D)+AND+%22Naturwissenschaften%22%5BJournal%5D)">The “Terra Preta” phenomenon: a model for sustainable agriculture in the humid tropics.</a> Naturwissenschaften. 88 (1), 37-41 (2001).</li>
<li>Fornes, F., Belda, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acidification+with+nitric+acid+improves+chemical+characteristics+and+reduces+phytotoxicity+of+alkaline+chars%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Environmental+Management%22%5BJournal%5D)">Acidification with nitric acid improves chemical characteristics and reduces phytotoxicity of alkaline chars.</a> Journal of Environmental Management. 191, 237-243 (2017).</li>
<li>Fornes, F., Belda, R. M., Fernández de Córdova, P., Cebolla-Cornejo, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessment+of+biochar+and+hydrochar+as+minor+to+major+constituents+of+growing+media+for+containerized+tomato+production%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+Science+of+Food+and+Agriculture%22%5BJournal%5D)">Assessment of biochar and hydrochar as minor to major constituents of growing media for containerized tomato production.</a> Journal of the Science of Food and Agriculture. 97 (11), 3675-3684 (2017).</li>
<li>Busch, D., Kammann, C., Grünhage, L., Müller, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simple+biotoxicity+tests+for+evaluation+of+carbonaceous+soil+additives%3A+Establishment+and+reproducibility+of+four+test+procedures%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Environmental+Quality%22%5BJournal%5D)">Simple biotoxicity tests for evaluation of carbonaceous soil additives: Establishment and reproducibility of four test procedures.</a> Journal of Environmental Quality. 41 (4), 1023-1032 (2012).</li>
<li>Dalias, P., Prasad, M., Mumme, J., Kern, J., Stylianou, M., Christou, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low-cost+post-treatments+improve+the+efficacy+of+hydrochar+as+peat+replacement+in+growing+media%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Environmental+Chemical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Low-cost post-treatments improve the efficacy of hydrochar as peat replacement in growing media.</a> Journal of Environmental Chemical Engineering. 6 (5), 6647(2018).</li>
<li>Busch, D., Stark, A., Kammann, C. I., Glaser, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Genotoxic+and+phytotoxic+risk+assessment+of+fresh+and+treated+hydrochar+from+hydrothermal+carbonization+compared+to+biochar+from+pyrolysis%5BTitle%5D)+AND+%22Ecotoxicology+and+Environmental+Safety%22%5BJournal%5D)">Genotoxic and phytotoxic risk assessment of fresh and treated hydrochar from hydrothermal carbonization compared to biochar from pyrolysis.</a> Ecotoxicology and Environmental Safety. 97, 59(2013).</li>
<li>Hitzl, M., Mendez, A., Owsianiak, M., Renz, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Making+hydrochar+suitable+for+agricultural+soil%3A+A+thermal+treatment+to+remove+organic+phytotoxic+compounds%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Environmental+Chemical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Making hydrochar suitable for agricultural soil: A thermal treatment to remove organic phytotoxic compounds.</a> Journal of Environmental Chemical Engineering. 6 (6), 7029-7034 (2018).</li>
<li>Hitzl, M., Corma, A., Pomares, F., Renz, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+hydrothermal+carbonization+%28HTC%29+plant+as+a+decentral+biorefinery+for+wet+biomass%5BTitle%5D)+AND+%22Catalysis+Today%22%5BJournal%5D)">The hydrothermal carbonization (HTC) plant as a decentral biorefinery for wet biomass.</a> Catalysis Today. 257 (P2), 154-159 (2015).</li>
<li>Burguete, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fuel+and+chemicals+from+wet+lignocellulosic+biomass+waste+streams+by+hydrothermal+carbonization%5BTitle%5D)+AND+%22Green+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Fuel and chemicals from wet lignocellulosic biomass waste streams by hydrothermal carbonization.</a> Green Chemistry. 18 (4), 1051-1060 (2016).</li>
<li>Zucconi, F., Monaco, A., Forte, M., De Bertoldi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phytotoxins+during+the+stabilization+of+organic+matter%5BTitle%5D)+AND+%22Composting+of+Agricultural+and+Other+Wastes%22%5BJournal%5D)">Phytotoxins during the stabilization of organic matter.</a> Composting of Agricultural and Other Wastes. , (1985).</li>
</ol>

מריסה הרננדז ו Borja אוליבר-תומאס הם עובדי Ingelia SL כי הפיק דגימות הידרוchar בשימוש במאמר זה. . ולמייקל רן אין מה לגלות

הקרבון ההידרותרמי היא שיטה מאוד גמישה ומספקת תמיד מוצר קרבונאכאאוס, כלומר ההידרוchar. עם זאת, תשואה ומאפיינים של ההידרוchar עשוי להשתנות, לא רק בשל תנאי התגובה או בקרת התגובה, אלא בשל הטרוגניות והווריאציה של ביומסה. לדוגמה, התשואה ההמונית ותוכן ה-C עשויים להיות גבוהים יותר עבור ביומסה ליגנותאית עם תוכן ליגנין גבוה יותר או חומרים מודי.
במקרה של מידת הקרנון גבוהה יותר (ככמת על-ידי ניתוח היסודות) רצוי, ניתן לשלוח את ההידרוchar לתגובת הקרנון. לחילופין, בעתיד תגובות התגובה יכול להיות ממושך או טמפרטורה התגובה ניתן להגדיל (זהירות, לחץ מים אוטוגניים מגביר אקספוננציאלית עם טמפרטורה).
תוצאת הטיפול התרמי תלויה גם בקומפוזיציה של חומר הגלם. למשל, אם ביומסה כרוך רכיבים אורגניים אחרים כגון שמן צמחי, הטיפול התרמי יהיה להפריד תרכובות נדיפות אלה מתוך אובדן מוצק והמוני יהיה גדול יותר.
בפרוטוקול הנוכחי, שני השלבים מתבצעים במצב אצווה. עבור יישום תעשייתי, כל תהליך הייצור צריך להתבצע במצב רציף. הקרבון ההידרותרמי כבר מבוצע כתהליך רציף26,27, אך הטיפול התרמי עדיין צריך להתפתח עוד. המטרה הסופית היא להמיר את OFMSW לתוך חומר קרבונאכאאוס עם מאפיינים כבול כך העסקת כבול (נחשב לחומר מאובנים) מגדילה בחקלאות וגננות עם יתרונות ברורים עבור הסביבה כתורם לאקלים שינוי הפחתת הסיכון.

הידרותרמית (HTC) היא טכנולוגיה המתעוררים לניהול פסולת של רטוב, משאבים ליגונתאית. הטכנולוגיה הזאת התגלתה על ידי אנטונטי וTitirici והוחלה על מחטי אורן, אצטרובלים, עלי אלון וקליפות תפוז1. ובכך, ביומסה מומר הידרוchar, פחמן מוצק הדומה ליגניט2,3 או כבול4,5. מאז, רבים מזון מזון שיורית יש כבר מעובד כמו אגרו-תעשייתי פסולת6,7,8, החלק האורגני של פסולת מוצקה עירונית (ofmsw)9, או נייר טחנת בוצה10. הטכנולוגיה משמשת גם כטיפול ביומסה טרום פירוליזה ו-גיזוז11. בנוסף, ההליך מספק חומרים ננוטכנולוגיה מודרנית ממקורות מתחדשים הומוגנית כגון סוכרים או תאית. לחומרים מתקדמים אלה יש פוטנציאל ליישומים עתידיים כאלקטרודות לסוללות נטענות, לתאי דלק או לקיבלטורים, אחסון גז, חיישנים או משלוח סמים12,13.
הידרוchar הוא חומר פחמן וככזה זה יכול לשמש דלק מוצק מתחדשת, במיוחד כאשר מופק מתוך ערך נמוך, הטרוגנית משאבים עם משתנה (עונתית או אזורית) הרכב. עם זאת, ייצור הידרוchar ויישומו לקרקע, במקום הבעירה המיידית שלה, תהיה תרומה משולשת להפחתת שינויי האקלים. ראשון, בחירת HTC כמו הטכנולוגיה לניהול פסולת נמנעת פליטה של גז החממה חזק מתאן במהלך התפרקות או בלתי נשלטת14,15. שנית, הימנעות הבעירה של הידרוchar לאחר תקופה קצרה של זמן והחלת אותו על הקרקע, מסיר את דו תחמוצת הפחמן מהאווירה לתקופה ארוכה יותר של זמן, כלומר, היא מורכבת לכידת פחמן אמיתי ואחסון (סמ ק)16,17. שלישית, באופן כללי, קרקעות מתוקן char הן קרקעות פוריות יותר (קרקעות שחורות) וצמיחה צמח גדל. מיכל בן 18 , 19 זה מפחית את השימוש בדשן פליטת פחמן דו חמצני הקשורים הייצור שלהם, מלבד שמירה על משאבים. יתר על כן, צמיחה צמח נוסף מסיר יותר פחמן דו חמצני מהאווירה.
למרות שזה די ברור שיש הרבה טיעונים גלויים ליישום של הידרוchar לקרקע, החומר כולל אי נוחות: הידרוchar raw אינו מתנהג בדיוק כמו biochar המיוצר על ידי פירוליזה. הידרוchar לא ברור להגדיל את הצמיחה הצמח או אפילו גרוע יותר, לעתים קרובות זה גורם להשפעה שלילית למדי20,21,22. לכן, לא מעודדים חקלאים ליישם אותה, ואפילו פחות לשלם עבורו כסף. למרבה המזל, החיסרון הזה יכול להיות מוחלט או מסולק. הגישה הקלה ביותר היא פשוט לחכות למחזור הטיפוח השני22. גם שטיפה20,21,22,23 או co-קומעוקץ24 הם טיפולים מוצלחים למטרה זו. עם זאת, כל ההליכים הללו דורשים זמן או לייצר זרם מים מימית הזקוקים לטיפול נוסף.
לאחרונה, זה הוכח כי הידרוchar raw יכול להיות נתון לטיפול תרמי רך לאחר25. מטרת ההליך הזה היא פשוט desorb חומרים נדיפים ומזיקים לא רצויים. הזרימה מרוכזת וכתוצאה של חומר אורגני בעיקר יכול להיות מוחרקת באתרו. ככזה, מאזן האנרגיה של הצמח HTC משופר וכל סיכון סביבתי של זרם הצד נמנעת. בדיקות נביטה מראות כי הטיפול מוצלח כאשר מבוצע בטמפרטורות של 275 ° c או גבוה יותר.
הפרוטוקול הנוכחי (ראה איור 1) כולל שני צעדי תגובה ושיטה אנליטית אחת פשוטה להערכת תוצאת התגובה. במהלך הצעד הראשון, ביומסה מומר הידרוchar raw ב החיטוי ב 215 ° c ו-21 בר לחץ. כאן, שאריות משק הבית מועסקים כחומר התחלתי. אלה כוללים כל מיני חומרים צמחיים כגון קליפות פירות, אבני פרי, חלקי ירקות לא אכילים, בית קפה, נייר מטבח, שקיות פלסטיק compostable, וכו '. חומר הקרבונאאוס נאסף על ידי סינון וייבוש. בשלב השני, היא מונחת על זכוכית frit של כור אנכי צינורי החלת זרימת הגז בכיוון זרימה כלפי מטה. הצינור מחומם ל 275 ° c עבור 1 h. המוצק המתקבל מנותח על ידי התרמוגרמטריה (TG) באוויר. אובדן החומר עד 275 ° c הוא ככמת ולעומת אובדן שנצפו עם הידרוchar מטופל. חומר הפחמן ניתן לאפיין נוסף על ידי ניתוח היסודות (C, H, N, S), תוכן אפר הרכב אפר (בעיקר Ca, אל, Si, ו P).

<table><tbody><tr><td>חיטוי בנפח כלי של 100 עד 500 מ"ל</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>כור סידן צינורי זרימה רציפה עם צינור זכוכית</td><td></td><td></td><td>Cuartz: אורך 37 ס"מ, קוטר חיצוני 20 מ"מ, פריט זכוכית (עובי 3 מ"מ) בגובה 22 ס"מ מהחלק העליון של הצינור</td></tr><tr>מערכת <td></td><td></td><td>סינון ואקום</td><td>משפך בוכנר, נייר סינון, בקבוק פילטר</td></tr><tr><td>תנור לייבוש דגימות ב-100 מעלות; מנתח</td> תרמוגרבימטרי C <td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>למשל Netzsch STA 449F3 Jupiter עם תוכנת Netzsch STA 449F3 ותוכנת Netzsch ASC Manager לבקרת דגימה אוטומטית</td><td></td> כל מלך של ביומסה צמחית (לדוגמא ראה טבלאות 1 ו-2) כולל: שקיות ניילון הניתנות לקומפוסטציה מבית BASF <td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>שקיות ניילון לאיסוף החלק האורגני במשקי בית, המסופקות על ידי מנהלי</td><td></td><td></td><td></td>פסולת מקומיים</tr><tr><td>קפסולות קפה הניתנות לקומפוסטציה ecovio (BASF)</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

טרנספורמציה של שאריות משק בית אורגניים לתחליף כבול

Transformation of Organic Household Leftovers into a Peat Substitute

הליך דו-שלבים מתואר לסינתזה של חומר פחמן עם קומפוזיציה דומה ותכונות כבול. הידרוchar המיוצר נעשה מתאים ליישומים חקלאיים על ידי הסרת הצמח הצומח חומרים מעכבות. פסולת ביתית רטובה כגון קליפת פירות, בית קפה, חלקי ירקות לא אכילים, או חומר רטוב ליגנותאית בכלל, מטופלים בנוכחות מים ב-215 ° c ו -21 בר בחיטוי, כלומר, על ידי הידרותרמית. כל השאריות הללו יש תוכן מים ניכר של עד 90 משקל% (wt%). הוספת מים מרחיבה את ההליך לחומרים יבשים כגון משוגעים או אפילו מזמרה גינה ופולימרים compostable, כלומר, שקית ניילון לאיסוף השאריות.
בדרך כלל, חומר הפחמן שנוצר, הנקרא הידרוchar, מייצרת השפעה שלילית על גידול הצמח כאשר הוסיף לקרקע. זה אמור כי השפעה זו נגרמת על ידי השפעת תרכובות רעילות. לאחר טיפול פשוט תחת אווירה אינרטי (העדר חמצן) ב 275 ° c מסיר את החומרים האלה. לכן, ההידרוchar raw מונחת על זכוכית frit של כור אנכי צינורי קוורץ. זרימת גז חנקן מוחל בכיוון הזרימה למטה. הצינור מחומם לטמפרטורה הרצויה באמצעות מעטפת חימום עד שעה אחת.
הצלחת הטיפול התרמי מתבצעת בקלות על-ידי התרמוגרבימטריה (TG), הנעשית באוויר. ירידה במשקל נקבע כאשר הטמפרטורה של 275 ° c הוא הגיע, מאז התוכן הנדיף הוא desorbed. הכמות שלו מופחתת בחומר הסופי, בהשוואה הידרוchar מטופל.
הטיפול שני השלבים ממיר שאריות ביתיים, כולל compostable שקיות מועסקים עבור האוסף שלהם, לתוך חומר פחמן שעשוי לשמש מקדם צמיחה צמח, באותו זמן, כמו כיור פחמן עבור הפחתת שינוי האקלים.

פרוטוקול של הידרותרמי בזבוז מזון ירקות בחיטוי מוצג, עם טיפול תרמי יבש בעקבות 275 ° c בכור זרימה רציפה desorbing חומרים אורגניים נדיפים. המטרה היא לייצר חומר פחמן מתאים כמוצר תיקון אדמה או מרכיב מצע.

A two-step procedure is described for the synthesis of a carbon material with a similar composition and properties as peat. The produced hydrochar is made ...

אנו מייצרים תחליף כבול משאריות. הליך זה יש פוטנציאל כלשהו לארגון של פסולת אורגנית. הרכב מדויק לא משנה וריאציות עונתיות נסבלות.הוא מספק חלופה לשימוש הידרוצ'ר כדלק מוצק וכתוצאה מבכך הוא מסייע למתן את שינוי האקלים על ידי לכידת פחמן ואחסון וחיסכון דשנים מאובנים. חשוב מאוד לסגור את המהדקים החיצוניים חזק או הרכב החוטים עשוי להשתנות במהלך החימום בגלל אובדן מים ואת התגובה חייב לחזור על עצמו עם תערובת טרייה. לא אכפת לי יותר מדי על הלחץ שיורית לאחר פחמן הידרותרמי.עבודה עם ביומסה, זה בלתי צפוי. אנו מתבוננים הן בלחץ נמוך מאוד והן בלחץ שיורית גבוה מאוד. באר לטיפול התרמי צריך להיות רזה.אם הוא עבה מדי, מסלולים מועדפים יכולים להתרחש עם סיבה טובה וטיפול הטרוגניים ולייצר חומרים לא מתאימים. כדי להתחיל, בחר את הביומסה משאריות מטבח כגון קליפות פירות או חלקי ירקות בלתי אכילים. יבש את המדגם של הביומסה ב 100-105 מעלות צלזיוס בתנור במשך שעתיים או לילה.לשקול את הדגימה המיובשת. לחשב את כמויות מתאימות של מים וביומסה עבור תערובת התגובה. יש את נפח תערובת התגובה מחצית נפח autoclave ותכולת המים במהלך פחמן הידרותרמי כמו 85 אחוז משקל.נניח כי צפיפות התערובת היא כ 1g/ml. הצג את הביומסה והמים לתוך autoclave, אשר מסופק עם דיסק קרע להגדיר בלחץ פרץ של 50 בר. סגור את autoclave ולפתוח את קו החנקן כדי ללחוץ עליו עד 20 בר.במהלך 30 הדקות הבאות, בדוק את המדחום כדי לוודא שאין אובדן לחץ, המציין כלי סגור כראוי ללא דליפות. לאחר מכן, פתח את שסתום השקע כדי לשחרר את הלחץ ולסגור את כלי השיט שוב. עכשיו, תדליק את ההתערבבות.מחממים את האוטוקלאב ל-215 מעלות בתוך 30 דקות ושומרים על הטמפרטורה לפחות ארבע שעות או לילה לתגובת הפחמן. לפקח על הלחץ במשך השעתיים הראשונות, אשר מגביר עד 21 בר, בעקבות עקומת לחץ האדים למים. כאשר האוקטקלאב התקרר לטמפרטורת החדר על ידי קירור טבעי, שחרר בזהירות כל לחץ שיורית ופתח את המקלבה האוטומטית.כדי לשחזר את ההידרוכר, על משפך בוכנר עם ואקום, יוצקים את התערובת כדי להפריד את המוצק והנוזל. השלך את השלב הנוזלי כפסולת מעבדה מסוכנת. יבש את המוצק בטמפרטורה של 100-105 מעלות צלזיוס בתנור במשך שעתיים או לילה.לאחר מכן, לשקול את הדגימה המיובשת. חשב את מאזן המסה של הפחמן ההידרותרמי. קח בחשבון את המשקל היבש של הביומסה ואת המשקל היבש של מוצר ההידרו-צ'אר.על פריט זכוכית של כור אצווה קוורץ צינורי, לשקול 2-3 גרם של הידרוצ'ר יבש, גלם לטיפול הומוגני. עבור כמויות גדולות יותר, כגון 10-20g, להשתמש בחומר גלולה עם גודל חלקיקים של 0.2-6mm. במכסה המנוע אדים, להכניס מזוג תרמי דרך גם תרמית לתוך כור קוורץ צינורי עם הקצה להגיע למיטה להציב על פריט.מניחים את הכור לתוך המעטפת חימום ולחבר את הכור זרימת חנקן של 20 מ"ל לדקה. מניחים בקבוק זכוכית קטן מתחת לשקע הכור כדי לאסוף נוזלים מרוכזים. מחממים את הכור ל-275 מעלות צלזיוס עם רמפה של 10 מעלות לדקה.שמור על טמפרטורה זו במשך שעה אחת. כאשר מקורר לטמפרטורת החדר, לנתק את זרימת הגז. השלך את הנוזל שנאסף בפקיק לפסולת האורגנית שאינה הלוגנית.הפוך את הכור כדי לשחזר את חומר הפחמן לתוך כור היתוך ולשקול אותו. לחשב את איזון המסה לטיפול התרמי. מהמסה המתקבלת בטיפול התרמי והביומסה היבשה המועסקים בשלב הפחמן.ראשית, לרסק את המוצר במכתש ולשקול 10 מ"ג של המדגם בכור היתוך של מנגנון TG. מניחים את כור ההיתוך המכיל את הדגימה במדגם האוטומטי של מנגנון TG ולהתאים את הטמפרטורה המרבית ל 600 מעלות צלזיוס. השתמש באוויר כגז לטאטא רמפת טמפרטורה של 10 מעלות לדקה.לחץ על לחצן העכבר כדי להתחיל את הניתוח. לכמת את האובדן ההמוני ב 275 מעלות צלזיוס בעקומת TG על ידי חישוב ההבדל בין המשקל הראשוני לבין המשקל שנצפה בטמפרטורה זו. פרוטוקול זה הופך שאריות מטבח להידרוכר המתאים ליישומים חקלאיים בשני שלבים.פחמן הידרותרמי ואחריו טיפול תרמי לאחר הטיפול. בתגובת הפחמן, ביומסה lignocellulosic רטוב הופך לחומר פחמני בצבע חום. ככל שהצבע החום כהה יותר, כך תגובת הפחמן מתקדמת יותר.הלחץ במהלך תגובת הפחמן צריך לעלות לפחות 21 בר, שהוא לחץ קיטור אוטוגני ב 250 מעלות צלזיוס. עם זאת, באופן כללי, הלחץ הוא איכשהו בלתי צפוי. זה תלוי בסוג הביומסה וזה מצב של השפלה.התשואה ההמונית של הפחמן כרוכה בטווח רחב של 30-90 אחוזי משקל. תפוקת המסה בדרך כלל גבוהה יותר עבור חומר מיוער עם תכולת ליגנין גבוהה ונמוך יותר עבור פולימרים סוכר טהור כגון עמילן. ניתוח תרמוגרבימטרי של דגימות הידרוכר מראה את אובדן נדיפים בין 200 ל 300 מעלות צלזיוס טיפול תרמי הוא פחות מאשר אובדן הידרוצ'ר גלם.ב 275 מעלות צלזיוס, האובדן ההמוני היה 34.6 אחוז משקל עבור מדגם הידרוצ'ר מטופל. לאחר הטיפול ב 200 מעלות צלזיוס, הושגה הפחתה של תוכן נדיף של 17.5%. לאחר טיפולים ב 250, 275 ו 300 מעלות צלזיוס, הירידה ההמונית המקבילה הייתה 6.01, 5.17 ו 4.22 אחוזי משקל של המסה הכוללת, בהתאמה.כמו כן, תוכן המים הראשוני אינו חיוני לתוצאות התגובה. קח בחשבון כי פתרון מרוכז יותר מספק תשואה גבוהה יותר של חומר מוצק אורגני. החל ממלאי האכלה הומוגני יותר בגרגר עט של מבשלות בירה או שאריות אגרו-תעשייתיות, ניתן לייצר חומרים בעלי ערך גבוה יותר.החלת טמפרטורות גבוהות יותר במהלך הטיפול השני מגבירה את תוכן הפחמן. הידרוצ'אר הוצע ליישום מגוון. למשל, כממס, מופעל פחמנים או אלקטרודות בסוללות.הכנת חומר מתקדם זה כרוכה לעתים קרובות צעד תרמי גמר. טכנולוגיית הפחמן ההידרותרמי כבר עלתה בקנה מידה תעשייתי. בגודל זה, חומר הגלם הוא הטרוגניים מאוד משתנה.כאן, אתה יכול לראות שאריות גינון להיות מעובד. נכון להווה, המוצר המסחרי הם כדורי, אמרת, דלק מוצק, עם טיפול שני, מוצר מוצק מיוצר, הגדלת התרומה של מלאי האכלה להקלה על שינוי האקלים.

transformation-of-organic-household-leftovers-into-a-peat-substitute

Research

JoVE Journal

Chemistry

כימיה

התחל עם מעכל אנאירובי, כור אטום ונטול חמצן שנזרע בבוצה סינתטית המחקה את המוצקים השקועים ממי שפכים.הבוצה מכילה חיידקים אנאירוביים מזופיליים, קהילה מיקרוביאלית מעורבת.חיידקים אלה משגשגים בטמפרטורות מתונות ומניעים את עיכול החומר האורגני של הבוצה.מערבבים ברציפות את הבוצה כדי לשמור על פעילות החיידקים ולקדם את העיכול.מאוחר יותר, הוסיפו לבוצה ביו-פלסטיק, שהם פולימרים מתכלים.במהלך הדגירה, חיידקים הידרוליטיים נצמדים לביו-פלסטיק וממירים אותם לתרכובות מסיסות.לאחר מכן חיידקים מותססים הופכים את התרכובות...

עיכול אנאירובי של ביו-פלסטיק לייצור ביוגז

סרטי פלסטיק שכותרתו "מתכלה" זמינים מסחרי לשימוש חקלאי כmulches. עבוד האדמה מייצגת שיטת סילוק אטרקטיבית, אבל השפלה בתנאי שדה הוא הבין היטב. מטרתו של מחקר זה הייתה לפתח שיטות לבידוד פטריות וחיידקים אדמת מולדת שליישב סרטים מאלצים פלסטיק לאחר קבורת שדה.

בידוד של מיקרואורגניזמים באדמה אינדיאני עם פוטנציאל לפירוק סרטים מאלצים פלסטיק מתכלים המשמש בחקלאות

כור מוצק רומן Upflow אנאירובית מדינה (UASS) שימש לייצור ביוגז מחומרי גלם סיבי. נוזל עיכול מכור UASS היה המפוח hydrothermally לbiochar HTC בכור אצווה בלחץ. שילובם של שני המושגים יואנרגיה יושם במחקר זה כדי להגדיל את ייצור Bioenergy כולל.

הערכה משולבת אנאירובי העיכול והידרותרמיים פחום ליואנרגיה הפקה

מוצג נוהל להמרה תרמוכימית של שאריות ביומסה שמטרתו למקסם את התפוקה של מוצרים נוזליים (פירוליזה מהירה). הוא מבוסס על טכנולוגיה מוכחת בקנה מידה תעשייתי ומתאים במיוחד לטיפול בביומסה מסוג קש.

פירוליזה מהיר של שאריות ביומסה בכור ערבוב דו-מדחפית

פרוטוקול עבור דלדול הפליטה מקודמן ביומסה באיכות נמוכה על ידי מיקרוגל טמפרטורה נמוכה בסיוע הידרותרמי טיפול בקרנון מוצג. פרוטוקול זה כולל את הפרמטרים של המיקרוגל ואת הניתוח של מוצר ביו-פחם והדפסת מים.

הפחתת הדלק של ווילו ווד על ידי מיקרוגל טמפרטורה נמוכה בסיוע הידרותרמי פחמון

פרוטוקול זה מתאר תפוקת יחיד של שיטות אנליטיות, טכנולוגיות משלימים לשיאה אפיון מלא-זוגי של חומר אורגני טבעי, פרוטאומיקס מיקרוביאלית של מערכות אקולוגיות. גישה זו מאפשרת השוואות חזקים לזיהוי מסלולים מטבוליים והעתקות חשוב המתאר הפקת גז חממה, חיזוי תגובות השינוי הסביבתי.

יחיד-תפוקה משלימים שיטות אנליטיות ברזולוציה גבוהה עבור אפיון תערובות מורכבות חומר אורגני טבעי

שיטות חדשות לסילוק ערימות ייעור במקום מייצרות פחמן פירוגני לשיקום בריאות אדמת היער ולהסרת פחמן ותפיסתו. כאן, אנו מציגים שיטת ייצור ביו-פחם המשלבת מתודולוגיה חשבונאית חדשה להסרת פחמן ויישום דיגיטלי.

ייצור, אפיון וכימות ביו-פחם ביער באמצעות כבשני כובעי להבה ניידים

זיהום אוויר משפיע על איכות החיים של כל האורגניזמים. במאמר זה נתאר את השימוש בביוטכנולוגיה של מיקרו-אצות לטיפול בביו-גז (סילוק סימולטני של פחמן דו-חמצני ומימן גופרתי) ואת ייצור הביו-מתאן באמצעות בריכות אצות פתוחות חצי-תעשייתיות בקצב גבוה, וניתוח עוקב של יעילות הטיפול, pH, חמצן מומס וגידול מיקרו-אצות.

טיהור ביוגז באמצעות שימוש במערכת מיקרו-אצות-חיידקים בבריכות אצות חצי תעשייתיות בקצב גבוה

פרוטוקול זה מתאר שיטות עבודה מומלצות לקביעת ייצור מתאן ופרמטרים קינטיים מיקרוביאליים באמצעות רספירומטריה עבור מיקרוביוטה אנאירובית, עיכול משותף, פסולת מזון ובוצה המופעלת על ידי פסולת.

מדידת פוטנציאל ביו-מתאן של פסולת שאריות מזון המתעכלת באופן אנארובי עם בוצה המופעלת על ידי פסולת באמצעות רספירומטריה

כאן, אנו מציגים מתודולוגיה אופטימלית לייצור חומרים מרוכבים מבוססי תפטיר (MBC) מפטרוכימיקלים וחומרים מזהמים ליישומי בידוד תרמי. כדי להפוך לניטרלי פחמן ובר קיימא, חומרים מבוססי ביו וניתנים לקומפוסטציה כמו תפטיר ביו-מרוכב יכולים להיות הפתרון. כדי לקבוע אם הם עומדים בתקני הבנייה, נערכו מספר ניסויים.

ייצור ובדיקה של התנהגות לחות ותכונות תרמיות של קש לפתית וביו-קומפוזיטים של תפטיר Ganoderma resinaceum

פרוטוקול זה מציג שיטה ניתנת להרחבה להמרת פסולת מזון לביו-פלסטיק מתכלה (PHA). הוא משתמש בעיכול אנאירובי עצור לטיפול מקדים בפסולת מזון, תסיסה מיקרוביאלית הלופילית לביוסינתזה של PHA, ותהליך נטול כימיקלים במורד הזרם לשחזור PHA.

גישה ניתנת להרחבה צעד אחר צעד של ייצור ביו-פלסטיק בר קיימא מפסולת מזון

למד להפוך שאריות מטבח אורגניות לחומר פחמני באמצעות קרבוניזציה הידרותרמית וטיפול תרמי. שיטה זו מייצרת הידרוצ'אר חקלאי תחליף לדשנים מתכלים ותורמת ללכידת פחמן.

טרנספורמציה של שאריות משק בית אורגניים לתחליף כבול

גלה סרטונים נוספים