Name: Valutazione della gestione integrata digestione anaerobica e carbonizzazione idrotermale per Bioenergy Production (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-06-15T15:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 34 s
Description: Scopri la produzione integrata di biogas con reattore UASS e carbonizzazione idrotermica per ottenere biochar ad alto potere calorifico. Questo metodo aumenta la resa energetica complessiva fino al 70%.

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Questa ricerca è stata supportata dal Ministero Federale Tedesco della Ricerca e dell'Istruzione a Project Management Julich (PtJ). Gli autori ringraziano il signor Ulf Lüder, per il supporto tecnico nel laboratorio di biochar. Gli autori sono anche grati a Maria Sanchez e Jonas Nekat per le loro attività di volontariato rispettivamente nel laboratorio di biogas e nel laboratorio di analisi. Marcel Schmidt e Antje Schmidt sono anche riconosciuti per il loro prezioso impegno nel campo della videografia e del montaggio.

1. Digestione Anaerobica della paglia di grano Nota: Per la digestione anaerobica in 39 reattori L UASs, utilizzare 5-65 mm di lunghezza braciole di paglia di frumento crudo come mangime. Il contenuto di sostanza secca organica della materia prima in questo particolare esperimento è stato 85,9% e la frazione di fibra grezza è stata del 46,3%. I reattori UASs sono realizzati in acciaio inossidabile con una finestrella in vetro acrilico. Due 30 L filtro anaerobico (AF) sono combinati con ogni reattore UASs 39 L. AFS sono costruiti in vetro acrilico trasparente. Lo schema dei sistemi di reattori sono mostrati in Figura 2 e progettazione architettonica descritto altrove 4. Dettagli sulla inoculazione e la messa in reattori sono indicati altri 5. <ol><li> Riempire ogni AF con 325 vettori polietilene biofilm a forma di botte. Nota: I vettori biofilm utilizzati hanno una superficie di 305 m 2 / m 3. </li><li> Impostare le pompe d&#39;acqua per la circolazione del liquido di processoin entrambi i reattori mesofili e termofili per una portata di 1,15 l / h. </li><li> Impostare bagni riscaldamento al livello di temperatura del reattore desiderata, 37 ° C per la mesofila e 55 ° C per il reattore termofilo. </li><li> Per l&#39;alimentazione quotidiana dei reattori UASs, peso 120 g FM di paglia di grano (= 99,5 g VS) per ogni reattore per raggiungere un tasso di carico organico pari a 2,5 g VS / L · giorno. </li><li> Aperto UASs &#39;tubo di alimentazione e rimuovere il timbro. </li><li> Versare paglia di grano nel tubo di alimentazione diagonale e spingerlo nella parte inferiore del reattore con l&#39;aiuto del timbro alimentazione. Da lì, la paglia galleggia contro un setaccio e formare il letto a stato solido. </li><li> Pulire la superficie di tenuta per accertarsi, è a tenuta di gas e quindi chiudere il tubo di alimentazione. </li><li> Le pompe In continuo, trasmettendo 1.2 L / h liquore processo attraverso il sistema del reattore (UASs e AF). </li><li> Misurare il flusso di biogas continuamente tramite tamburo mete gasrs e conservare in un sacchetto di gas 20 L. Nota: l&#39;uscita dalla borsa del gas per l&#39;analizzatore di biogas. Nell&#39;analizzatore biogas, CH 4, H 2 S, O 2, CO 2 e H 2 sono misurate. Prima il biogas deve passare 3 diversi filtri per rimuovere l&#39;umidità, e altri composti tossici che sono nocivi per il rivelatore. L&#39;analizzatore deve essere tarato una volta in una settimana per un accurato composizione del biogas. </li><li> Misurare biogas composizione regolarmente utilizzando un analizzatore di biogas industriale. Nota: L&#39;analizzatore di biogas può misurare solo il biogas quando la borsa biogas è almeno mezzo pieno. Per la misurazione della composizione del biogas, la valvola al sacchetto gas deve essere aperto e attendere la composizione biogas costante (ci vogliono circa 20-30 sec). </li><li> Per il controllo di processo, misurare il pH e la temperatura online utilizzando installato pH-metro e termometro. </li><li> Rimuovere circa 3 kg di digestato (80-90% wet) una volta a settimana, che dà un tempo di ritenzione di solidi (SRT) of 2-3 settimane. Utilizzare questo digestato come mangime per il processo di HTC. Il biogas prodotto in seguito è sufficiente per estrudere l&#39;aria e creare condizioni anaerobiche entro poche ore. </li><li> Analizzare liquore di processo e di digestato su base settimanale per le loro proprietà chimiche (pH, EC, TS, VS, acidi grassi, CHNS, ammoniaca, oligoelementi, e da fibra grezza). </li></ol> 2. Idrotermale carbonizzazione della paglia di grano Digestato Nota: Per la carbonizzazione idrotermale del digestato dal punto 1, un lotto di 18 L agitata reattore viene utilizzato. Il controllo e la tempistica di processo viene effettuata tramite controller reattore 4848 e il software SpecView 32 849, in esecuzione su un computer. Nel programma, la temperatura del reattore, temperatura di camicia di riscaldamento, pressione e velocità di agitazione può essere mostrato. Inoltre, il programma per i parametri di processo (temperatura iniziare, temperatura impostata, velocità di riscaldamento, velocità di agitazione) può essere impostato per ogni esperimenti HTC. <ol><li> Pesare 2,5 kgdel digestato paglia con una bilancia con la precisione di 0,1 g e trasferire nel contenitore del reattore. </li><li> Utilizzare lo stesso equilibrio di misurare 10 kg make-up acqua e versarlo nel contenitore del reattore pure. Questo manterrà digestato, rapporto acqua 01:04. </li><li> Prima di chiudere pneumatico, mescolare manualmente il contenuto del reattore per impedire il blocco di elica agitatore. Chiudere il reattore e fissarlo trasversalmente stringendo i bulloni con una forza di 50 Nm. </li><li> Impostare la reazione seguente rampa ammollo: </li><li> Raggiungere la temperatura iniziale di 30 ° C in 15 min dalla temperatura ambiente. <ol><li> Impostare il tempo di riscaldamento per temperatura di reazione di 230 ° C è di 100 min. </li><li> Tenere la temperatura finale di reazione per 6 ore. </li><li> Dopo 6 ore di tempo tiene, raffreddare il reattore di 15 ore a partire da 230 ° C a temperatura ambiente. </li><li> Mescolare il contenuto del reattore a 30 rpm durante tutto il processo HTC completo. </li><li> Spegnere l&#39;agitatore dopo la fase di raffreddamento e psollecitare il gas in un sacchetto gas 20 L. </li><li> Assicurarsi che il gas passa attraverso un separatore di condensa e un filtro a carboni attivi. </li><li> Conservare il gas per ulteriori analisi. </li></ol></li><li> Dopo il campionamento gas, scaricare l&#39;impasto dal recipiente ad un contenitore attraverso una temperatura elevata, la valvola a sfera ad alta pressione e poi filtrare attraverso una maglia con dimensione dei pori di circa 0,5 mm. </li><li> Raccogliere il liquido e tarare il biochar HTC prodotta per determinare la quantità di char HTC-prodotto rispetto alle materie prime. </li></ol> 3. Analisi elementare di Raw, digestato, e HTC Biochar di paglia di grano Nota: Per qualsiasi analisi combustibile solido, un analizzatore o Chons elementare è spesso utilizzato. La composizione elementare del carbonio atomico, idrogeno, ossigeno, azoto, zolfo e può essere ottenuto da questa analisi. Da Chons, si può stimare il valore calorifico superiore o valore di energia del combustibile. Inoltre, il tenore di zolfo atomico sarà anche indicmangiato la qualità del combustibile. In questo studio, un analizzatore elementare viene utilizzata per determinare il valore di carburante HTC biochar, paglia di grano crudo e digestato. Come l&#39;analizzatore consente solo un campione molto piccolo, analizzare ciascun campione almeno tre volte per una migliore riproducibilità. <ol><li> In un portacampione (stagno, 6 x 6 x 12 mm), pesare 30 mg di tungsteno (VI) ossido utilizzando il saldo specifico nel pacchetto elementare. Nota: La precisione di un tale equilibrio è di solito 1 mg. Tungsteno (VI) ossido funziona come catalizzatore nell&#39;analizzatore elementare. </li><li> Pesare 5-10 mg di campione secco e mettere nella stessa padella del campione, mescolare, e avvolgerlo. Il campione di dimensione pan avvolto dovrebbe essere di circa 2 x 2 x 5 mm 3. </li><li> Posizionare i campioni nel campionatore automatico. Nota la posizione di ciascun campione e utilizzando acido solfonico in questa analisi elementare come riferimento </li><li> Avviare il software Vario nel computer collegato all&#39;analizzatore Elemental, definire le condizioni, il flusso di gas campione, temperature del2 forni (i due forni sono a 1.150 e 850 ° C, rispettivamente). Quindi, definire i nomi dei campioni secondo le posizioni autosampling. Avviare il programma. La macchina funziona automaticamente, esegue l&#39;analisi, e memorizza i risultati nel computer. Nota: Elemental CHNS sono l&#39;output dell&#39;analizzatore elementare e di solito sono riportati direttamente sullo schermo del computer. </li></ol>

<ol><li>Edenhofer, O., Pichs-Madruga, R., Sokona, Y., Seyboth, K., Arvizu, D., Bruckner, T. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aEdenhofer%2C+O+%22IPCC+Special+Report+on+Renewable+Energy+Sources+and+Climate+Change+Mitigation-+Summary+for+Policy+Makers%22">IPCC Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation- Summary for Policy Makers</a>. , Cambridge University Press. Cambridge, UK. (2011).</li>
<li>Karlsson, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sustainable+Bioenergy%3A+A+Framework+for+Decision+Maker%5BTitle%5D)+AND+%22UN-Energy+report%22%5BJournal%5D)">Sustainable Bioenergy: A Framework for Decision Maker.</a> UN-Energy report. , (2007).</li>
<li>Eastman, J. A., Ferguson, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solubilization+of+particulate+organic-carbon+during+the+acid+phase+of+anaerobic-digestion%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Water+Pollution+Control+Federation%22%5BJournal%5D)">Solubilization of particulate organic-carbon during the acid phase of anaerobic-digestion.</a> Journal of Water Pollution Control Federation. 53, 352-366 (1981).</li>
<li>Mumme, J., Linke, B., Toelle, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Novel+upflow+anaerobic+solid+state+%28UASS%29+reactor%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresource+Technology%22%5BJournal%5D)">Novel upflow anaerobic solid state (UASS) reactor.</a> Bioresource Technology. 101, 592-599 (2010).</li>
<li>Pohl, M., Mumme, J., Heeg, K., Nettmann, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermo-+and+mesophilic+anaerobic+digestion+of+wheat+straw+by+the+upflow+anaerobic+solid-state+%28UASS%29+process%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresource+Technology%22%5BJournal%5D)">Thermo- and mesophilic anaerobic digestion of wheat straw by the upflow anaerobic solid-state (UASS) process.</a> Bioresource Technology. 124, 321-327 (2012).</li>
<li>J Mumme,, et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrothermal+carbonization+of+anaerobically+digested+maize+silage%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresource+Technology%22%5BJournal%5D)">Hydrothermal carbonization of anaerobically digested maize silage.</a> Bioresource Technology. 102, 9255-9260 (2011).</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+Bioprod+Bioref%22%5BJournal%5D)">Hydrothermal carbonization of biomass: A summary and discussion of chemical mechanisms for process engineering.</a> Biofuels Bioprod Bioref. 4, 160-177 (2010).</li>
<li>Yan, W., Hastings, J. T., Acharjee, T. C., Coronella, C. J., Vasquez, V. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mass+and+energy+balance+of+wet+torrefaction+of+lignocellulosic+biomass%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+Fuels%22%5BJournal%5D)">Mass and energy balance of wet torrefaction of lignocellulosic biomass.</a> Energy Fuels. 24, 4738-4742 (2010).</li>
<li>Bandura, A., Lvov, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+ionization+constant+of+water+over+wide+range+of+temperature+and+density%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">The ionization constant of water over wide range of temperature and density.</a> Journal of Physical Chemistry. 35, 793-800 (2006).</li>
<li>Tal Reza, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reaction+kinetics+and+particle+size+effect+on+hydrothermal+carbonization+of+loblolly+pine%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresource+Technology%22%5BJournal%5D)">Reaction kinetics and particle size effect on hydrothermal carbonization of loblolly pine.</a> Bioresource Technology. , 139161-139169 (2013).</li>
<li>Reza, M. T., Uddin, M. H., Lynam, J. G., Hoekman, S. K., Coronella, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrothermal+Carbonization%3A+Reaction+chemistry+and+water+balance%5BTitle%5D)+AND+%22Biomass+Conv.+Bioref%22%5BJournal%5D)">Hydrothermal Carbonization: Reaction chemistry and water balance.</a> Biomass Conv. Bioref. , (2013).</li>
<li>Reza, M. T., Lynam, J. G., Vasquez, V. R., Coronella, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pelletization+of+biochar+from+hydrothermally+carbonized+wood%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Progress+%26+Sustainable+Energy%22%5BJournal%5D)">Pelletization of biochar from hydrothermally carbonized wood.</a> Environmental Progress & Sustainable Energy. 31 (2), 225-234 (2012).</li>
<li>Acharjee, T. C., Coronella, C. J., Vasquez, V. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+thermal+pretreatment+on+equilibrium+moisture+content+of+lignocellulosic+biomass%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresource+Tech%22%5BJournal%5D)">Effect of thermal pretreatment on equilibrium moisture content of lignocellulosic biomass.</a> Bioresource Tech. 102, 4849-4854 (2011).</li>
<li>Escala, M., Zumbuhl, T., Koller, C. h, Junge, R., Krebs, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrothermal+carbonization+as+an+enegry-efficient+alternative+to+establish+drying+technologies+for+sewage+sludge%3A+A+feasibility+study+on+a+laboratory+scale%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+Fuels%22%5BJournal%5D)">Hydrothermal carbonization as an enegry-efficient alternative to establish drying technologies for sewage sludge: A feasibility study on a laboratory scale.</a> Energy Fuels. 27 (1), 454-460 (2012).</li>
<li>Berge, N., Ro, K., Mao, J., Flora, J., Chappell, M., Bae, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrothermal+Carbonization+of+Municipal+Waste+Streams%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Science+%26+Technology%22%5BJournal%5D)">Hydrothermal Carbonization of Municipal Waste Streams.</a> Environmental Science & Technology. 45 (13), 5696-5703 (2011).</li>
<li>Hoekman, S., Broch, A., Robbins, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrothermal+Carbonization+%28HTC%29+of+Lignocellulosic+Biomass%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+Fuels%22%5BJournal%5D)">Hydrothermal Carbonization (HTC) of Lignocellulosic Biomass.</a> Energy Fuels. 25, 1802-1810 (2011).</li>
<li>Reza, M. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrothermal+carbonization+for+energy+and+crop+production%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Bioenergy%22%5BJournal%5D)">Hydrothermal carbonization for energy and crop production.</a> Applied Bioenergy. 1, 11-28 (2014).</li>
<li>Reza, M. T., Becker, W., Sachsenheimer, K., Mumme, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrothermal+Carbonization+%28HTC%29%3A+Near+Infrared+spectroscopy+and+Partial+Least-Squares+Regression+for+determination+of+Selective+Components+in+HTC+Solid+and+Liquid+Products+Derived+from+Maize+Silage%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresource+Technology%22%5BJournal%5D)">Hydrothermal Carbonization (HTC): Near Infrared spectroscopy and Partial Least-Squares Regression for determination of Selective Components in HTC Solid and Liquid Products Derived from Maize Silage.</a> Bioresource Technology. 161, 91-101 (2014).</li>
<li>Hoffmann, J., Rudra, S., Toor, S. S., Nielsen, J. B. H., Rosendahl, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Conceptual+design+of+an+integrated+hydrothermal+liquefaction+and+biogas+plant+for+sustainable+bioenergy+production%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresource+Technology%22%5BJournal%5D)">Conceptual design of an integrated hydrothermal liquefaction and biogas plant for sustainable bioenergy production.</a> Bioresource Technology. 129, 402-410 (2013).</li>
<li>Wirth, B., Mumme, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anaerobic+Digestion+of+Waste+Water+from+Hydrothermal+Carbonization+of+Corn+Silage%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Bioenergy%22%5BJournal%5D)">Anaerobic Digestion of Waste Water from Hydrothermal Carbonization of Corn Silage.</a> Applied Bioenergy. 1, 1-10 (2013).</li>
<li><a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((VDI+Department+of+Energy+Conversion+and+Application.+VDI+4630+Fermentation+of+organic+materials+-+Characterisation+of+the+substrate%2C+sampling%2C+collection+of+material+data%2C+fermentation+tests%5BTitle%5D)+AND+%22Verein+Deutscher+Ingenieure+%28VDI%29%2C+VDI-Society+Energy+and+Environment%22%5BJournal%5D)">VDI Department of Energy Conversion and Application. VDI 4630 Fermentation of organic materials - Characterisation of the substrate, sampling, collection of material data, fermentation tests.</a> Verein Deutscher Ingenieure (VDI), VDI-Society Energy and Environment. 56, Düsseldorf. (2006).</li>
<li>Rehl, T., Müller, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Life+cycle+assessment+of+biogas+digestate+processing+technologies%5BTitle%5D)+AND+%22Resources.+Conserv.+Recycling%22%5BJournal%5D)">Life cycle assessment of biogas digestate processing technologies.</a> Resources. Conserv. Recycling. 56, 92-104 (2011).</li>
<li>Pohl, M., Heeg, K., Mumme, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anaerobic+digestion+of+wheat+straw+-+performance+of+continuous+solid-state+digestion%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresource+Technology%22%5BJournal%5D)">Anaerobic digestion of wheat straw - performance of continuous solid-state digestion.</a> Bioresource Technology. 146, 408-415 (2013).</li>
<li>Funke, A., Mumme, J., Koon, M., Diakite, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cascaded+production+of+biogas+and+hydrochar+from+wheat+straw%3A+energetic+potential+and+recovery+of+carbon+and+plant+nutrients%5BTitle%5D)+AND+%22Biomass+Bioenergy%22%5BJournal%5D)">Cascaded production of biogas and hydrochar from wheat straw: energetic potential and recovery of carbon and plant nutrients.</a> Biomass Bioenergy. 58, 229-237 (2013).</li>
<li>Reza, M. T., Uddin, M. H., Lynam, J. G., Coronella, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Engineered+pellet+from+HTC+and+torrefied+biochar+blend%5BTitle%5D)+AND+%22Biomass+Bioenergy%22%5BJournal%5D)">Engineered pellet from HTC and torrefied biochar blend.</a> Biomass Bioenergy. 49, 86-94 (2013).</li>
<li>Funke, A., Ziegler, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrothermal+carbonization+of+biomass%3A+A+literature+survey+focusing+on+its+technical+application+and+prospects%5BTitle%5D)+AND+%2217th+European+Biomass+Conference+and+Exhibition%22%5BJournal%5D)">Hydrothermal carbonization of biomass: A literature survey focusing on its technical application and prospects.</a> 17th European Biomass Conference and Exhibition. , Hamburg, Germany. (2009).</li>
<li>B Wirth,, et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrothermal+carbonization%3A+influence+of+plant+capacity%2C+feedstock+choice+and+location+on+product+cost%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+19th+European+Biomass+Conference+and+Exhibition%22%5BJournal%5D)">Hydrothermal carbonization: influence of plant capacity, feedstock choice and location on product cost.</a> Proceedings of the 19th European Biomass Conference and Exhibition. , Berlin. (2011).</li>
<li>Peterson, A. A., Vogel, F., Lachance, R. P., Fröling, M., Antal, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermochemical+biofuel+production+in+hydrothermal+media%3A+A+review+of+sub-+and+supercritical+water+technologies%5BTitle%5D)+AND+%22Energ+Environ+Sci%22%5BJournal%5D)">Thermochemical biofuel production in hydrothermal media: A review of sub- and supercritical water technologies.</a> Energ Environ Sci. 1, 32-65 (2008).</li>
<li>Lynam, J. G., Reza, M. T., Vasquez, V. R., Coronella, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+salt+addition+on+hydrothermal+carbonization+of+lignocellulosic+biomass%5BTitle%5D)+AND+%22Fuel%22%5BJournal%5D)">Effect of salt addition on hydrothermal carbonization of lignocellulosic biomass.</a> Fuel. 99, 271-273 (2012).</li>
</ol>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

UASs reattori sono in grado di mitigare le carenze discussi nell&#39;introduzione. Tuttavia, c&#39;è molto spazio di miglioramento. Sistema di alimentazione e il digestato revoca sono ancora manuale. Il sistema UASs affronta problemi di movimentazione materie prime di dimensioni superiori a 60 mm. Il sistema funziona meglio con materie prime fibrose che fluttuano attraverso il liquido, ma altre materie prime come il concime animale e fanghi potrebbe non favorire il sistema UASs. Il sistema UASs è progettato in modo tale che il liquido di processo circola dal reattore per Af al reattore di nuovo. Tuttavia, anche 2-5% solido nel liquido circolante è stato dimostrato di essere problematico, come si depositano nella AF o bloccare l&#39;ingresso del tubo e ostacolano la circolazione del liquido. L&#39;analisi chimica del liquido di processo è importante, come la produzione di acidi grassi liberi e azoto può cambiare il sistema microbica con conseguente produzione di biogas insolito. Il sistema UASs è robusto, e può essere eseguito più di 200 giorni senza mostrare alcuna significazionent problemi. I tubi di collegamento dalle pompe ai reattori ad AFS devono essere sostituiti ogni mese alternativa. Il livello dell&#39;acqua nella vasca deve essere controllato su base settimanale e riempito, se necessario. HTC del digestato surf è molto efficace per il trattamento dei rifiuti, nonché la produzione di biocombustibili solidi. Il dewateribility del prodotto solido sarà inoltre agevolata dal processo HTC come mostrato nella Figura 7. Tuttavia, HTC di digestato deve essere eseguita appena possibile, preferibilmente lo stesso giorno in cui il digestato viene rimosso. In caso contrario, il digestato inizia a degradare biologicamente, che non è favorevole per HTC. Come HTC è una temperatura elevata (200-260 ° C) e ad alta pressione (20-50 bar) processo, con tutte le precauzioni necessarie per tutta la procedura HTC è molto importante. Tutti i collegamenti sono controllati almeno una volta al mese per assicurarsi che siano a tenuta di gas. Liquido di processo HTC ha una maggiore concentrazione di furfurolo, 5-HMF e fenolica compounds, che sono classificati come sostanze tossiche. Quindi, si consiglia di utilizzare una mascherina e guanti durante la manipolazione di processo HTC liquido, soprattutto quando il processo HTC liquore viene drenata dal reattore in un altro contenitore. Anche se HTC ha molti vantaggi per la movimentazione di materie prime bagnato come digestato, è ancora un processo batch. In una valutazione economica, processo batch HTC sarà difficile da giustificare. Più ricerca è quindi tenuto a facilitare il funzionamento continuo di HTC. Analisi elementare è un metodo efficace per substrati solidi omogenei, ma non per substrati eterogenei. Biocombustibili solidi di solito è eterogenea ed elementare analizzatore consente solo il 5-10 mg di dimensione del campione, si raccomanda di effettuare almeno tre repliche e l&#39;uso medio. Un altro limite di analisi elementare è misurare substrati solidi con alto contenuto di ceneri. Analizzatori elementari misurano solo Chons, e non altre sostanze inorganiche. Quindi, analisi elementare di substrati solidi ad alta cenere potrebbe non reveal concentrazioni Chons reali. La preparazione del campione in analisi elementare è vitale, come campione deve essere avvolto con precisione, altrimenti, ci sarà una contraddizione nelle analisi. Valore del combustibile del combustibile solido può essere stimata Chons, ma si consiglia di utilizzare un calorimetro a bomba per una precisa determinazione del valore del carburante. Circa 92-161 L di metano è stato prodotto per chilogrammo di volatili solido nel mangime. Il totale solido o organico volatile solida della paglia di grano secca è stata 86,9%. Digestato secco ha ossigeno e idrogeno minore concentrazione atomico, che è un&#39;altra indicazione di degradazione di polisaccaridi e semplice degradazione zucchero durante la digestione anaerobica 22,23. Inoltre, minore H e O concentrazioni aumentano la HHV del digestato 24. HHV del digestato secco è del 22% superiore a quello asciutto materia prima grezza. I risultati simili si ottengono con una dettagliata analisi statistica da Pohl et al 23. Digestato da digestione anaerobica contiene 80-90% di acqua 6. Questi sono idrofili e l&#39;acqua è parzialmente vincolati in cellule microbiche o vegetali. Di conseguenza disidratazione o essiccazione del digestato è ingombrante e molto alta intensità energetica. Ad esempio, 2 kg di digestato secca lega 8 kg di acqua (80% umido), che richiede 20,7 MJ di calore per asciugare digestato. Inoltre, si tende a bio-degrado in tempi relativamente brevi in condizioni ambientali, perde nutrienti vegetali, e rilascia emissioni di GHG (gas serra) come N 2 O e CH 4. Quindi, nonostante la crescita potenziale energetico, digestato fresco non può essere utilizzato direttamente come combustibile solido. Esso dovrebbe essere asciugato subito dopo la digestione 20. Dalla tabella 1, si può essere dimostrato che il digestato secco ha un simile tenore di carbonio atomico come la paglia grezza, e sono visivamente simili, prima e dopo la digestione anaerobica (Figura 6). Questo suggerisce che la lignina e la cellulosa lignina incrostatosono per lo più non reagito. Tuttavia, una resa di massa del 63% osservata, il che significa paglia elaborati è il 37% più leggero di paglia grezza a secco. Simile concentrazione di carbonio elementare non significa di carbonizzazione si è verificato durante la digestione anaerobica 22. Come mostrato in figura 7, biochar HTC da digestato (termofili) è molto stabile e morbida. A causa del significativo aumento della idrofobicità, può letteralmente immergere in acqua per mesi senza la sua struttura fisica e chimica essere colpiti 12,25. L&#39;idrofobicità migliora anche la disidratazione dei HTC biochar 14. Struttura della paglia non è percepibile nel biochar HTC più, il che significa che la cellulosa potrebbe essere stato reagito. Un carbonizzazione significativo si osserva in HTC biochar insieme alla riduzione dell&#39;ossigeno atomico. Questa è un&#39;altra indicazione di cellulosa essere fatto reagire anziché lignina. Concentrazione di carbonio atomico in lignina è molto superiore a quella della cellulosa 24-29. Come risultato, HTC Biochar ha un HHV di 29,6 MJ / kg, che è 61% superiore paglia crudo e 32% rispetto digestato asciutta, rispettivamente. HHV di HTC paglie trasformati è 28,8 MJ / kg, che è anche simile a quella di HTC digestato paglie trasformati (29,6 MJ / kg). Tuttavia, la resa di massa è più alto in paglia HTC 40,7% rispetto a quello di HTC digestato con il confronto di materia prima grezza. Di conseguenza, se 1 kg di paglia grezza (18,4 MJ) è idrotermicamente carbonizzato, biochar paglia HTC avrà il potenziale di 11,0 MJ. Altrimenti, se stessa quantità viene applicato AD e HTC, un totale bioenergetico 13,2 MJ, in forme di biometano (5.2 MJ) e biochar HTC da digestato (8,0 MJ), può essere prodotto (Figura 8). Inoltre, fase liquida del processo UASs è un potenziale fertilizzante liquido. Inoltre, HTC biochar potrebbe avere maggiore potenziale elevato valore d&#39;uso di materiale o usare come ammendante. Per il sequestro del carbonio o il ciclo del carbonio punto di vista, l&#39;uso di materiali di HTC biochar è più fattibile che la produzione di energia. &lt;/ P&gt; La digestione anaerobica combinata con carbonizzazione idrotermale può produrre bioenergia più rispetto ai singoli processi. Tuttavia, un disegno in cascata è necessario per una migliore efficienza. Il bilancio energetico complessivo, seguito da una valutazione economica, è necessaria per convalidare questo processo. La ricerca futura dovrebbe includere l&#39;uso di HTC liquori e di post-trattamento (chimico o biologico) di HTC biochar. Inoltre, sarà necessaria automazione sia UASs e sistemi HTC. Questo studio è stato condotto utilizzando un UASs scala di laboratorio e reattore HTC, ma scale-up del processo sarebbe necessario se il processo deve essere commercializzato.

Trovare fonti di energia rinnovabili e sostenibili sono i principali problemi del settore energetico del mondo. Recentemente, le Nazioni Unite ha riferito che fino al 77% dell&#39;energia mondiale nel 2050 ci si aspetta da fonti rinnovabili 1. Biomasse lignocellulosiche come la paglia, erba, bucce di riso, pannocchie di mais non hanno conflitti con il cibo rispetto problema di carburante. Inoltre, la biomassa è probabilmente l&#39;unica fonte di energia rinnovabile con carbonio strutturale, rispetto ad altre fonti energetiche rinnovabili come eolico, solare e acqua 2. Tuttavia, la manovrabilità, minore densità di massa, ad alto contenuto di ceneri, e il contenuto energetico inferiore ostacolano l&#39;uso della biomassa lignocellulosica per la produzione di energia 2. La digestione anaerobica (AD) è uno dei primi esempi di produzione di bioenergia da biomasse di scarto. 3 In generale, ci sono quattro passaggi di degradazione coinvolgere nella digestione anaerobica, come mostrato in Figura 1 4 </sup&gt;. Nei primi tre passi consecutivi, i polisaccaridi della biomassa sono convertiti in acidi organici. Nella fase finale, gli organismi metanogeni producono biometano. AD tradizionale è un tempo e di processo che richiede energia. L&#39;agitazione continua riduce economia complessivi di AD, in particolare per l&#39;AD di biomassa lignocellulosica. Un romanzo Upflow anaerobico a stato solido (UAS) reattore ha il potenziale per risolvere gli inconvenienti indicati (Figura 2) 4. Spontanee separazioni solido-liquido è uno dei vantaggi significativi di UASs, poiché la creazione facilita biogas bolle di sollevare reagiti residui solidi verso l&#39;alto 5. Questo elimina l&#39;utilizzo di agitatore e quindi riduce il consumo di energia in loco. Inoltre, la circolazione del liquido assicura una distribuzione dei microrganismi e metaboliti in tutto il reattore e 5. Rispetto ai biocombustibili solidi, biogas è più facile da gestire, e lascia poco o nessun residuo. Infatti, la densità di energia specificadel biogas è parecchie volte superiore biomassa grezza 4. Tuttavia, AD favorisce polisaccaridi semplici come l&#39;amido, acidi grassi, ed emicellulosa 1. Come risultato, cellulosa e lignina, maggiore porzione di biomassa lignocellulosica fibrosi come la paglia, rimane come solido digestato dopo AD 5. Sebbene la produzione di biogas varia da materia prima, tipo di microrganismi, temperatura di reazione, e il tempo di reazione, una quantità enorme di digestato è solitamente prodotto. Mentre biogas sono utilizzati per l&#39;energia, digestato (fino al 90% di acqua) vengono generalmente memorizzati in una fermentazione residuo deposito per raccogliere rimanenti emissioni di metano. Successivamente questi vengono essiccate e distribuite sul terreno agricolo per migliorare la fertilità del suolo e la capacità di ritenzione idrica. Alto contenuto inorganico spesso ostacola digestato direttamente per il carburante, come elevate quantità di scorie potrebbero corrodere le attrezzature 6. Idrotermale di carbonizzazione (HTC) è un processo di trattamento termochimico appositamente per bagnato. feedstock, dove biomassa (con 80-90% di acqua) viene riscaldata a 200-260 ° C a pressione di saturazione dell&#39;acqua premuto per 0,5-6 h (Figura 3) 7,8 cri acqua ha prodotto ionico massimo a 200 - 260 ° C, che significa acqua in queste condizioni è reattivo e si comporta come un acido debole e una base mite simultaneamente 9. Emicellulosa, insieme ad altri estrattivi, degrada circa 180-200 ° C, mentre cellulosa reagisce circa 220-230 ° C, e lignina reagisce a temperatura relativamente elevata (&gt; 250 ° C), ma molto più lento di cellulosa ed emicellulosa 10. A causa di disidratazione significativa e decarbossilazione, risultati HTC prodotto solido chiamato HTC biochar, con resa di massa (HTC secca biochar alimentazione / secco) del 40-80%, liquore contenenti acidi carbossilici, derivati ​​del furano, sostanze fenoliche, e monomeri zucchero, e 5 - 10% CO 2 gassosa ricca di prodotto 11. Durante HTC, ossigeno contenenti sostanze volatili sono significativamenteridotto e quindi lasciare un solido ricco di carbonio. Biochar HTC è anche stabile, idrorepellente, e friabile confrontare crudo materia prima umida 12,13. Grazie alle sue caratteristiche idrofobiche, dewateribility di HTC biochar aumenta più volte rispetto al digestato crudo o addirittura biomassa grezza. 14-18 Inoltre, biochar HTC ha valori simili a combustibile lignite carbone 16,17. Tuttavia, cellulosa e lignina parzialmente degradano nell&#39;ambiente HTC 18. Ora, emicellulosa e cellulosa nella biomassa contribuiscono a biogas durante dC, mentre la cellulosa e la lignina contribuiscono soprattutto alla solida HTC biochar 4,5. Pertanto, la combinazione di AD-HTC potenzialmente in grado di aumentare il rendimento globale delle bioenergie. Hoffmann et al. Simulato una combinazione simile, ma con AD e HTL (idrotermale liquefazione) anziché AD-HTC 19. HTL è un metodo comune di liquefazione frazione di biomassa e di prodotto liquido ha un elevato valore di carburante [43,1 MJ / kg]. Tuttavia, HTL requires ad altissima pressione (250 bar) confronta con HTC (10-50 bar), che implica un elevato costi di installazione e di funzionamento di HTC. Anche in questo caso, la sequenza combinazione di AD e HTC può essere messa in discussione come Wirth et al. Recentemente riportato AD del processo di HTC liquido 20. Tuttavia, un AD efficace dipende dalla concentrazione di zucchero nelle materie prime. Zuccheri nel processo di HTC liquidi, prodotti durante l&#39;idrolisi, spesso degradano rapidamente sotto l&#39;acqua subcritical. Ecco perché dC prima che HTC è più favorevole in termini di bioenergia. Tuttavia, AD di processo HTC liquido può produrre bioenergia supplementare, in questo caso, la sequenza combinazione sarebbe AD-HTC-AD. Lo scopo del lavoro era di valutare l&#39;integrazione dei processi AD e HTC alla produzione di energia (Figura 3). Il potenziale di produzione di biogas per AD termofili e mesofili dal reattore UASs è stata valutata in un continuo funzionamento di più di 200 giorni. Successivamente, la produzione HTC biochar from digestato è stato anche studiato. Il bilancio di massa e l&#39;energia del AD-HTC cascata è stata effettuata e confrontato con i singoli processi.

<table><tbody><tr><td>Reattore</td><td></td><td></td> UASS <td>Design brevettato</td></tr><tr><td>Bilancia</td><td>KERN</td><td>440-55N</td><td>0,2 g</td></tr><tr><td>di precisione Supporto per biofilm</td><td>RVT Process Equipment GmbH, Germania</td><td>Bioflow 40</td><td>Stabilire 305 m2/m3</td></tr><tr><td>Bagno di riscaldamento</td><td>Lauda-Königshofen, Germania</td><td>Lauda Ecoline 011</td><td>Garantire la temperatura mesofila e termofila</td></tr><tr><td>Pompa di ricircolo</td><td>Heidolph pumpdrive</td><td>5201</td><td></td></tr><tr><td>Paglia di grano</td><td>Dittmannsdorfer Milch GmbH, Germania</td><td></td><td>5-65 mm di lunghezza Analizzatore</td></tr><tr><td>di biogas</td><td>Pronova, Germania</td><td>SSM 6000</td><td></td></tr><tr><td>Contatore del gas</td><td>Ritter, Germania</td><td></td><td>Tipo di tamburo</td></tr><tr><td>Reattore HTC</td><td>Strumento Parr, Moline, IL USA</td><td>Parr 4555</td><td>5 galloni volume</td></tr><tr><td>HTC Regolatore di temperatura</td><td>Strumento Parr, Moline, IL USA</td><td>4848</td><td>Termocoppia tipo K</td></tr><tr><td>Bilancia</td><td></td><td>KERN FKB</td><td>0,1 g di precisione</td></tr><tr><td>Sistema di riscaldamento</td><td>Riscaldatore a</td><td></td><td>A1600EEE a banda, 2 gradi C/min</td></tr><tr><td>Software</td><td>SpecView</td><td>32849</td><td>Interfaccia digitale di monitoraggio e programmazione</td></tr><tr><td>Catalizzatore</td><td></td><td>Ossido di tungsteno(VI)</td><td>Analizzatore elementare</td></tr><tr><td>Bilancia</td><td>Mettler Toledo</td><td>SN-1128123281</td><td>1 &; g precision</td></tr><tr><td>Piatto del campione</td><td>Elemental Analyssystem GmbH</td><td>Piatto di stagno 6 x 6 x 12 mm</td><td>Analisi elementare</td></tr><tr><td>Forno di essiccazione</td><td>Binder GmbH, Germania</td><td>FP 115</td><td>105 &deg; </td></tr><tr><td>Analizzatore elementare</td><td>Vario</td><td>EL III</td><td>Analizzatore CHNS</td></tr></tbody></table>

valutazione della gestione integrata digestione anaerobica e carbonizzazione idrotermale per bioenergy production

Evaluation of Integrated Anaerobic Digestion and Hydrothermal Carbonization for Bioenergy Production

Biomassa lignocellulosica è una delle risorse energetiche rinnovabili più abbondanti ancora sottoutilizzate. Entrambi digestione anaerobica (AD) e di carbonizzazione idrotermale (HTC) sono promettenti tecnologie per la produzione di bioenergia da biomassa in termini di biogas e biochar HTC, rispettivamente. In questo studio, si propone la combinazione di AD e HTC per aumentare la produzione globale di bioenergia. Paglia di grano è stato digerito anaerobicamente in un romanzo Upflow reattore a stato solido anaerobico (UAS) in entrambi (55 ° C) condizioni mesofile (37 ° C) e termofili. Wet digerito da termofili dC fu idrotermicamente carbonizzato a 230 ° C per 6 ore per la produzione di HTC biochar. A temperatura termofila, il sistema UASs produce una media di 165 L CH4 / kg VS (VS: solidi volatili) e 121 L CH4 / kg VS a mesofila DC nel funzionamento continuo di 200 giorni. Nel frattempo, 43,4 g di HTC biochar con 29,6 MJ / kg dry_biochar era obtained da HTC di 1 kg di digestato (secco) dal mesofilo AD. La combinazione di AD e HTC, in questo particolare set di esperimenti resa 13,2 MJ di energia per 1 kg di secca paglia di grano, che è almeno del 20% superiore rispetto al solo HTC e il 60,2% in più rispetto solo AD.

La digestione anaerobica Gli esperimenti biogas rivelato che il sistema UASs è in grado di utilizzare il 38% e il 50% del potenziale formare metano operazione mesofila (37 ° C) e termofilo (55 ° C), rispettivamente. A termofila dC, il sistema UASs produce una media di 165 L CH4 / kg VS (VS: solidi volatili) e 121 L CH4 / kg VS a mesofilo AD per 200 giorni di funzionamento continuo (Figura 4). Tali valori di performance sono stati calcolati dall&#39;analisi quantitativa e qualitativa del biogas relativi alla materia prima agricola asciutto. Il potenziale biometano per la paglia di grano è stato determinato (seguendo linee guida VDI 4630) per essere 304,3 L CH4 / kg VS per termofili e 244,2 L CH4 / kg VS per il funzionamento mesofili, rispettivamente, e presentato in Figura 50; 21. In termini di qualità, biogas prodotto dalla UASs contenute tra il 41% e il 61% di metano (Figura 5). HTC del digestato La figura 6 mostra paglia secca, asciutta digestato derivante dalla paglia da AD, e HTC biochar derivato da digestato secco da HTC. Digestato secco simile alla paglia secca, che è solo un po &#39;di colore più scuro. Per questo lavoro, il digestato da condizioni di termofili sono stati considerati per HTC. Come mostrato in Tabella 1, il 63% della massa totale rimane nel digestato (Tabella 1). Lavaggio HTC biochar è più leggero paglia crudo secco, probabilmente a causa della degradazione dei monomeri e polimeri semplici da microrganismi termofili durante AD. La Figura 7 mostra il comportamento idrofobo, e la morbidezza del HTC biochar. Durante HTC, le strutture cristalline fibrose vengono distrutti e producono un morbido ca amorforicco di rbon HTC biochar 16,17,28. Si può vedere dalla tabella 1 che la resa di massa del digestato e paglia prime derivanti biochar HTC sono il 43,4% e 38,3%, rispettivamente. Il prodotto solido, HTC biochar è molto idrofobico 12; si può rimanere in contatto con l&#39;acqua per un tempo prolungato 13. Inoltre è molto morbido, in quanto richiede quasi nessuna pressione per polverizzare. Per l&#39;industria del carbone-potenza, mantenendo morbidezza della materia prima è molto importante, in quanto questo può eliminare i passaggi polverizzazione espansive. Analisi elementare Dalle composizioni elementari presentate in Tabella 1, si può notare che il carbonio elementare e idrogeno rimangono gli stessi nel solido durante la digestione anaerobica. Carbonio aumenta elementari e le diminuzioni di idrogeno durante HTC. La maggior parte dell&#39;azoto elementare rimane nel solido poiché il contenuto di azoto elementare aumenta durante sia una digestione<html> processi d HTC. Poiché zolfo in paglia di grano è traccia, la concentrazione di zolfo elementare non è presentato nei risultati. Contenuto di ossigeno elementare è stata calcolata sottraendo C, H, N e da 100% e anche presentato in Tabella 1, assumendo la materia prima è costituita da soli Chons. La concentrazione di ossigeno è diminuita drammaticamente durante HTC, mentre rimane simile durante la digestione. <img alt="Figura 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51734/51734fig1highres.jpg" width="500" /> Figura 1. Concetto di base e fasi di digestione anaerobica. Questa figura descrive i concetti di base della digestione anaerobica. In questa figura, quattro passi generali (idrolisi, acedogenesis, acetogenesi, e metanogenesi) di digestione anaerobica sono presentati g2highres.jpg &quot;width =&quot; 500 &quot;/&gt; Figura 2:. Rappresentazione schematica del reattore UASs scala di laboratorio per la digestione anaerobica Questo è lo schema del sistema reattore UASs. Qui il reattore UASs e filtro anaerobico (AF) sono mostrati collegati da una corrente liquida, in cui gli acidi grassi prodotte nel reattore UASs vengono a AF e metano è prodotto. Dal fondo della AF, un&#39;altra corrente liquida è attirata UASs, in cui i microrganismi vanno da AF a reattore UASs. <img alt="Figura 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51734/51734fig3highres.jpg" width="500" /> Figura 3. (Top) Concetto di HTC di biomassa lignocellulosica, (in basso) concetto di integrazione della digestione anaerobica e HTC * cellulosa sarà parzialmente reagito 24. In questo schema a blocchi, si può notare che i componenti di fibre diverse vengono a contatto con acqua subcritica e sono convertiti in biochar HTC (CTipo di OAL). <img alt="Figura 4" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51734/51734fig4highres.jpg" width="500" /> Figura 4. Produzione di metano da reattore UASs sia in condizioni termofile e mesofile con il filtro anaerobico. Questi sono i risultati sperimentali del reattore UASs per 210 giorni di funzionamento per entrambe le condizioni termofili e mesofili. L&#39;asse X è giorni di funzionamento, mentre l&#39;asse Y è la resa metano (CH4 L / kg VS) rispetto ai solidi volatili (VS). <img alt="Figura 5" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51734/51734fig5highres.jpg" width="500" /> Figura 5. Frazione di metano di biogas da reattore UASs in entrambe le condizioni termofili e mesofili. Questi sono i risultati sperimentali del reattore UASs per 210 giorni di funzionamento sia sotto un termofilicondizioni mesofile d. L&#39;asse X è giorni di funzionamento, mentre l&#39;asse Y è la frazione metano (%) nel biogas. I valori riportati sono medie di duplicati. <img alt="Figura 6" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51734/51734fig6highres.jpg" width="500" /> Figura 6. (Da sinistra a destra) paglia di grano secco, asciutto digestato paglia di grano, e biochar HTC del digestato paglia di grano. Questa è l&#39;immagine in tempo reale dei diversi stati di paglia di grano. Qui, in questa figura, l&#39;effetto di digestione anaerobica (AD) e HTC può essere visibile. La struttura della fibra è ancora visibile nel digestato, mentre diventa polverosa dopo HTC. <img alt="Figura 7" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51734/51734fig7highres.jpg" width="500" /> Figura 7. Idrofobicità del biochar HTC (a sinistra), friabilità del biochar HTC (a destra) </strong&gt;. Questa è ancora una volta l&#39;immagine reale tempo di idrofobicità e friabilità di HTC biochar. Nella prima immagine, biochar HTC è affondata sotto l&#39;acqua, mentre i prossimi due immagini la condizione di biochar, prima e dopo il duro-pigiatura vengono visualizzati. <img alt="Figura 8" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51734/51734fig8highres.jpg" width="500" /> Figura 8. (Top) potenziale Bioenergy da digestione anaerobica (AD) da 1 kg di materie prime paglia di grano e (in basso) potenziale bioenergetico integrando AD-HTC da 1 kg di paglia di grano secco. Questa è una figura di valutare la necessità di combinazione concetti. Il diagramma a blocchi mostra quanta energia si estrae da AD e HTC dalla materia prima. <img alt="Tabella 1" fo:content-width="7in" src="/files/ftp_upload/51734/51734table1v2.jpg" width="700" /> Tabella 1. Analisi elementare, HHV, resa di massa, e l&#39;analisi della fibra grezza di paglia di grano, digestato (termofili), e corrispondenti biochar HTC. HHV è calcolata da composizione CHNS come mostrato in letteratura 18,24. Tabella 1 sono i risultati sperimentali di analisi elementare, e resa di massa dopo AD e HTC. Lignina, cellulosa ed emicellulosa sono misurate da van Soest fibra di analisi [12]. Nota:. Na non viene analizzato <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51734/51734table1.jpg" target="_blank">Cliccare qui per vedere una versione più grande di questa tabella.</a>

Un romanzo Upflow anaerobica Solid State (UAS) reattore è stato utilizzato per la produzione di biogas da materie prime fibrose. Digestato prodotto dal reattore UASs è stato idrotermicamente carbonizzato in HTC biochar in un reattore batch di pressione. L&#39;integrazione dei due concetti bioenergetici è stato applicato in questo studio per aumentare la produzione globale di bioenergia.

Valutazione della gestione integrata digestione anaerobica e carbonizzazione idrotermale per Bioenergy Production

Lignocellulosic biomass is one of the most abundant yet underutilized renewable energy resources. Both anaerobic digestion (AD) and hydrothermal ...

Esistono quattro fasi di degradazione nella digestione anaerobica. In primo luogo, i polisaccaridi vengono idrolizzati in monomeri. I monomeri si trasformano in lattati e alcoli a catena corta mediante agenesi.Nella chetogenesi, il prodotto derivante dall'agenesi viene convertito e formato. L'ultimo passaggio è la miogenesi, in cui i microrganismi metanogeni producono metano dal prodotto di Aceto SSIS.La digestione anaerobica tradizionale della biomassa solida è un processo che richiede molto tempo e consumo energetico. Tuttavia, un nuovo reattore aerobico in stato solido con flusso ascendente ha un notevole potenziale per superare questi svantaggi. I vantaggi significativi di questo tipo di reattore includono la separazione spontanea tra solido e liquido.Inoltre, la circolazione del liquido può eliminare la costosa necessità di agitazione. La carbonizzazione idrotermica è un processo di trattamento termochimico in cui la biomassa di scarto viene riscaldata da 200 a 260 gradi Celsius alla pressione di saturazione dell'acqua per 4,5 a sei ore. In queste condizioni, l'acqua subcritica è molto reattiva. Di conseguenza, l'emicellulosa, insieme ad altri estrattivi, si degrada tra 180 e 200 gradi Celsius, mentre la cellulosa reagisce tra 220 e 230 gradi Celsius e la lignina rimane nel biochar prodotto tramite HTC.Il prodotto solido dell'HTC è molto friabile, idrofobo e stabile. Possiede caratteristiche calorifiche simili a quelle della lignite. L'obiettivo del lavoro era combinare insieme questi due processi di produzione di bioenergia.In questo video, illustreremo il principio di funzionamento e il funzionamento di un reattore UASS innovativo per la produzione di biogas. Successivamente, mostreremo anche la carbonizzazione idrotermica del digestato per la produzione di biocombustibile solido per una digestione aerobica. È stato utilizzato un reattore UASS da 39 litri, lungo da cinque a 65 millimetri.Viene fornito paglia di grano cruda tritata. Il contenuto di materia organica secca della biomassa era dell'85,9%, mentre la frazione di fibra grezza era del 46,3%. I reattori UASS erano costituiti da acciaio inossidabile con un'apertura di ispezione in vetro acrilico. A ciascun reattore UASS da 39 litri era abbinato un filtro anaerobico da 30 litri.Ogni filtro anaerobico è stato riempito con 325 supporti polietilenici per biofilm. Il supporto per biofilm aveva un'area superficiale di 305 metri quadrati per metro cubo. Una pompa Dolf Pump Drive 5 2 0 1 è stata utilizzata sia in condizioni mesofile che termofile. Per il liquido di processo, i riscaldatori a immersione sono stati regolati alla temperatura desiderata del reattore per l'alimentazione giornaliera dei reattori UASS.Si pesano 120 grammi di paglia di legno. Viene aperto il tubo di alimentazione UASS e viene rimosso il moncone. La paglia di legno viene inserita nel tubo di alimentazione diagonale e spinta fino al fondo del reattore.La superficie del soffitto è sigillata in modo da essere stagna ai gas e il tubo di alimentazione è chiuso. Le pompe funzionano continuamente, convogliando 1,2 litri all'ora di processo attraverso il sistema del reattore. La composizione del biogas viene misurata regolarmente utilizzando l'analizzatore industriale di biogas.Circa tre chilogrammi di digestato vengono rimossi una volta alla settimana. Campioni del processo, del liquido e del digestato sono stati analizzati su base settimanale per determinarne le proprietà chimiche. Per gli esperimenti di HTC è stato utilizzato un reattore a gradini della serie 18 litri 4 5 5 5 abbinato a un controllore par 4 8 4 8.È stato utilizzato il pacchetto software Spec view 3 2 8 4 9. La paglia digerita è stata pesata. È stata utilizzata la stessa bilancia per misurare 10 chilogrammi di acqua.Sia il digestato che l'acqua sono stati immessi nel reattore prima della chiusura medica NU. Il contenuto del reattore è stato agitato manualmente per evitare il blocco dell'elica di agitazione. Il reattore è stato chiuso e bloccato mediante il sistema trasversale.Serrare il bullone con una forza di 50 Newton metro. Le condizioni di reazione sono state impostate in questo esperimento specifico. La temperatura è stata impostata a 230 gradi Celsius con una velocità di riscaldamento di due gradi Celsius al minuto, mantenendo la temperatura per sei ore.Dopo la fase di raffreddamento, l'interruttore è stato spento e il gas è stato raccolto in un sacchetto per gas da 20 litri. La sospensione è stata scaricata attraverso una valvola sferica ad alta pressione e ad alta temperatura. Il liquido è stato raccolto e filtrato.Il biochar prodotto è stato sbriciolato. Il biochar umido viene posto in un forno a 105 gradi celsius. In questo lavoro è stato utilizzato un analizzatore elementare Vari EL tre. In un crogiolo, sono stati pesati 30 milligrammi di triossido di tungsteno. Da 5 a 10 milligrammi di campione secco sono stati inseriti nel crogiolo. Mescolare e avvolgere.Il campione viene inserito in un campionatore automatico vari EL. L'analisi viene avviata e i dati vengono memorizzati in un computer. La resa massima di metano è stata di 270,4 litri per chilogrammo per l'operazione termofila e di 216,9 litri per chilogrammo per l'operazione mesofila.Il biogas conteneva tra il 41 e il 61% di metano, il resto è anidride carbonica. Il digestato essiccato appare simile alla paglia secca, solo leggermente più scuro di colore. La struttura fibrosa viene distrutta nel biochar ottenuto tramite carbonizzazione idrotermica (HTC).In assenza di struttura fibrosa, il biochar ottenuto tramite carbonizzazione idrotermica diventa friabile. Richiede appena una leggera pressione per essere polverizzato. Il biochar HTC è molto idrofobico.Può rimanere a contatto con l'acqua per un periodo prolungato. Se un chilogrammo di paglia grezza viene sottoposto a carbonizzazione idrotermica, il biochar HTC avrà un potenziale di 11 megajoule. Tuttavia, con il processo combinato, si può ottenere un totale di 12,1 megajoule di bioenergia.La digestione anaerobica ha un rendimento energetico del 20-25%, mentre con la combinazione di HTC il rendimento energetico può raggiungere fino al 70%.

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Viene presentato un protocollo per la carbonizzazione idrotermale dei rifiuti alimentari vegetali in un'autoclave, con conseguente trattamento termico secco a 275 gradi centigradi in un reattore a flusso continuo che desorghi sostanze organiche volatili. L'obiettivo è quello di produrre un materiale in carbonio adatto come prodotto di modifica del suolo o componente del substrato.

Trasformazione degli avanzi organici delle famiglie in un sostituto della torba

L'inquinamento atmosferico ha un impatto sulla qualità della vita di tutti gli organismi. In questo articolo descriviamo l'utilizzo della biotecnologia delle microalghe per il trattamento del biogas (rimozione simultanea di anidride carbonica e idrogeno solforato) e la produzione di biometano attraverso stagni algali aperti semi-industriali ad alto tasso e successiva analisi dell'efficienza del trattamento, del pH, dell'ossigeno disciolto e della crescita delle microalghe.

Purificazione del biogas attraverso l'uso di un sistema microalga-batterico in stagni semi-industriali ad alta velocità

Questo protocollo descrive una best practice per determinare la produzione di metano e i parametri cinetici microbici utilizzando la respirometria per il microbiota anaerobico che co-digerisce gli scarti alimentari e i fanghi attivi di scarto.

Misurazione del potenziale di biometano dei rifiuti di scarto alimentare co-digeriti anaerobicamente con fanghi attivati dai rifiuti mediante respirometria

Questo protocollo presenta un metodo scalabile per convertire i rifiuti alimentari in bioplastiche biodegradabili di poliidrossialcanoato (PHA). Utilizza la digestione anaerobica arrestata per il pretrattamento dei rifiuti alimentari, la fermentazione microbica alofila per la biosintesi del PHA e un processo a valle privo di sostanze chimiche per il recupero del PHA.

Approccio scalabile passo dopo passo alla produzione sostenibile di bioplastica dai rifiuti alimentari

Biomassa vegetale offre una risorsa rinnovabile per più prodotti, compreso il combustibile, mangimi, prodotti alimentari e una varietà di materiali. In questo articolo analizziamo le proprietà di albero di tabacco (Nicotiana glauca) e pioppo fonti adatti per una pipeline bioraffineria.

Trascrizione e metabolita Profiling per la valutazione del Tabacco Albero e pioppo come materia prima per l&#39;industria con sede a Bio

Campo lysimetry e campionamento porewater permettono ai ricercatori di valutare il destino di sostanze chimiche applicate al suolo e alla vegetazione stabilita. L'obiettivo di questo protocollo è quello di dimostrare come installare la strumentazione necessaria e raccogliere campioni per l'analisi chimica durante lysimetry campo integrato ed esperimenti di campionamento porewater.

Integrato Campo Lysimetry e Porewater campionamento per la valutazione della chimica Mobilità nel suolo e alla vegetazione Fondata

La struttura della parete cellulare vegetale e i tratti chimici vengono valutati per identificare le materie prime ideali per i biocarburanti e i biomateriali. I metodi standard presentano limitazioni quando vengono applicati a set di dati di grandi dimensioni. Questi metodi di pretrattamento ad alto rendimento, saccarificazione enzimatica e spettrometria di massa a fascio molecolare di pirolisi confrontano un gran numero di campioni di biomassa con tempi e costi sperimentali ridotti.

High-throughput screening delle Variazioni riluttanza a lignocellulosica Biomassa: Total lignina, lignina monomeri, e enzimatica Zucchero di uscita

Scopri la produzione integrata di biogas con reattore UASS e carbonizzazione idrotermica per ottenere biochar ad alto potere calorifico. Questo metodo aumenta la resa energetica complessiva fino al 70%.

Valutazione della gestione integrata digestione anaerobica e carbonizzazione idrotermale per Bioenergy Production

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