Name: Trasformazione degli avanzi organici delle famiglie in un sostituto della torba (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-07-09T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 43 s
Description: Impara a trasformare i rifiuti organici domestici in idrocarbone per applicazioni agricole mediante carbonizzazione idrotermale e trattamento termico. Questo metodo offre un'alternativa sostenibile ai fertilizzanti fossili.

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

Gli autori sono grati per il sostegno finanziario ricevuto dalla Commissione europea nell'ambito del CharM e advCharM del programma Climate-KIC e dal Ministero spagnolo della Scienza, dell'Innovazione e delle Università nell'ambito di RTC-2017-6087-5 della "Investigaciàn, Desarrollo e Innovacion Orientada un programma los Retos de la Sociedad" e nell'ambito del programma Severo Ochoa (SEV-2016-0683).

1. Carbonizzazione idrotermale degli avanzi delle famiglie
<ol><li>Calcolo delle quantità idonee di acqua e biomassa per la miscela di reazione.<ol>
<li>La miscela di reazione deve riempire metà del volume dell'autoclave. Si supponga che la densità della miscela è di circa 1 g/mL e calcolare gli importi in base al peso. Circa 80 wt% dovrebbe essere acqua e il resto materia solida. Il contenuto d'acqua complessivo non è cruciale e può variare dal 70 all'85%.</li>
		<li>Selezionare la biomassa dagli avanzi della cucina, come bucce di frutta o parti vegetali non commestibili. Con l'obiettivo di calcolare un equilibrio di massa esatto per la sezione 1, asciugare un campione della biomassa a 100-105 gradi centigradi in forno per 2 h o durante la notte. La massa ottenuta è la materia solida della biomassa. In alternativa, utilizzare i dati della letteratura (la precisione è ridotta).</li>
		<li>Calcolare quanta biomassa umida è necessaria per caricare l'autoclave con 20 wt% di materia solida e quanta acqua deve essere introdotta insieme ad essa. Calcolare la quantità di acqua necessaria per raggiungere la quantità di acqua desiderata nel reattore.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Caricare l'autoclave. AGGIORNAMENTO: L'autoclave deve essere dotata di un disco di rottura con una pressione di scoppio di 50 bar.<ol>
<li>Pesare la biomassa e l'acqua come calcolato al punto 1.1.3 e introdurre entrambi nell'autoclave.</li>
		<li>Chiudere l'autoclave e pressurizzarla con azoto fino a 20 bar. Verificare che non vi sia perdita di pressione superiore a 30 min. Ciò garantisce che la nave sia chiusa correttamente senza perdite. Rilasciare la pressione e chiudere nuovamente il recipiente.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Reazione di carbonizzazione.<ol>
<li>Accendere l'agitazione. Riscaldare l'autoclave a 215 gradi centigradi entro 30 min e mantenere la temperatura per almeno 4 ore o durante la notte.</li>
		<li>Monitorare la pressione per le prime 2 h. In generale, segue la curva di pressione del vapore dell'acqua fino a 21 bar. Se la pressione non aumenta, il riscaldamento non funziona correttamente o il recipiente non è chiuso correttamente. In questo caso, interrompere la reazione e controllare il riscaldamento e la sigillazione.</li>
		<li>In rari casi, ad esempio, se la biomassa è soggetta a decarboxylation, la pressione massima potrebbe essere da 5 a 10 bar superiore alla barra 21 causata dalla pressione del vapore a 215 gradi centigradi. Se la pressione supera 35 bar, spegnere il riscaldamento e interrompere la reazione. Dopo che si è raffreddato a temperatura ambiente rilasciare con attenzione la pressione rimanente e ricominciare dal passaggio 1.3.1.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Recupero dell'idrocarcolo grezzo.<ol>
<li>Quando l'autoclave si è raffreddata a temperatura ambiente mediante raffreddamento naturale, rilasciare con attenzione qualsiasi pressione residua e aprire l'autoclave.</li>
		<li>Separare solido e liquido filtrazione sottovuoto con un imbuto Buchner. Smaltire la fase liquida come soluzione acquosa tra i rifiuti di laboratorio pericolosi.</li>
		<li>Asciugare il solido a 100-105 gradi centigradi in forno per 2 ore o durante la notte. Calcolare il bilancio di massa del primo passo, cioè la carbonizzazione idrotermale (sezione 1). Per questo, prendere in considerazione il peso secco della biomassa e il peso secco del prodotto.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. Trattamento termico dell'idrocarcolo grezzo in modalità batch
<ol><li>Pesare 1 g di idrocarcolo grezzo secco e posizionarlo su una frit di vetro di un reattore al quarzo tubolare (reattore a lotto).</li>
	<li>Per grandi quantità come 10 a 20 g, utilizzare materiale pelletizzato con una dimensione di particella di 0,2 a 6 mm. Altrimenti, la comparsa di canali preferiti potrebbe ostacolare il trattamento omogeneo del campione.</li>
	<li>Posizionare il mantello riscaldante del reattore e collegare un flusso di azoto a valle di 20 mL/min. Il raffreddamento non è necessario.</li>
	<li>Aspirare i gas alla presa e condurli allo scarico o posizionare l'intero reattore in un cofano di scarico. Riscaldare il reattore a 275 gradi centigradi con una rampa di 10 gradi/min. Mantenere la temperatura per 1 h.</li>
	<li>Quando si raffredda nuovamente a temperatura ambiente, scollegare il flusso di gas. Eliminare il liquido raccolto nel becher ai residui organici non con sede. Recuperare il materiale in carbonio e pesarlo. Calcolare il bilancio di massa per la sezione 2, vale a dire il trattamento termico, dalle masse impiegate e ottenute, e per la reazione complessiva dalla massa ottenuta nel trattamento termico e nella biomassa secca impiegata nella fase di carbonizzazione.</li>
</ol>3. Analisi del prodotto finale mediante termogravimetria (TG)
<ol><li>Schiacciare il prodotto in un mortaio e pesare un campione di 10 mg in un crogiolo dell'apparato.</li>
	<li>Posizionare il crogiolo nell'autocampionatore dell'apparato TG e selezionare le condizioni di analisi: regolare la temperatura massima a 600 gradi centigradi e l'aria di impiego come gas di sweep e una rampa di temperatura di 10 gradi /min.</li>
	<li>Avviare l'analisi.</li>
	<li>Quantificare la perdita di massa a 275 gradi centigradi nella curva TG calcolando la differenza tra il peso iniziale e quello osservato a questa temperatura (vedere la figura 2). Esprimere la perdita di massa come percentuale del peso iniziale. Confrontare i valori dei campioni trattati e non elaborati. Si osserva una netta riduzione.</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>

Marisa Hernandez e Borja Oliver-Tomas sono dipendenti di Ingelia SL che ha prodotto campioni di idrocarti utilizzati in questo articolo. Maria Consuelo Hernandez-Soto, Estefana Ponce e Michael Renz non hanno nulla da rivelare.

La carbonizzazione idrotermale è un metodo molto resistente e fornisce sempre un prodotto carbonaceo, cioè l'idrocarpaco. Tuttavia, la resa e le proprietà dell'idrocarcolo possono variare, non solo a causa delle condizioni di reazione o del controllo della reazione, ma piuttosto a causa dell'eterogeneità e della variazione della biomassa. Ad esempio, la resa di massa e il contenuto di C potrebbero essere più elevati per la biomassa lignocellulosica con un più alto contenuto di lignina o materiali legnosi.
Nel caso in cui si desideri un grado di carbonizzazione più elevato (quantificato dall'analisi elementare), l'idrocarterme può essere ripresentato alla reazione di carbonizzazione. In alternativa, nelle reazioni future il tempo di reazione può essere prolungato o la temperatura di reazione può essere aumentata (attenzione, la pressione dell'acqua autogena aumenta in modo esponenziale con la temperatura).
L'esito del trattamento termico dipende anche dalla composizione della materia prima. Ad esempio, se la biomassa coinvolge altri componenti organici come l'olio vegetale, il trattamento termico separerà questi composti volatili dalla perdita di massa e solido.
Nel protocollo attuale, entrambe le fasi vengono eseguite in modalità batch. Per l'applicazione industriale, l'intero processo produttivo deve essere effettuato in modalità continua. La carbonizzazione idrotermale è già effettuata come un processo continuo26,27, ma il trattamento termico deve ancora essere ulteriormente sviluppato. L'obiettivo finale è quello di convertire l'OFMSW in un materiale carbonace con proprietà di torba in modo che l'impiego di torba (considerato un materiale fossile) aumenti in agricoltura e orticoltura con chiari benefici per l'ambiente e come contributore al clima modificare la mitigazione.

La carbonizzazione idrotermale (HTC) è una tecnologia emergente per la gestione dei rifiuti delle risorse umide e lignocellulosiche. Questa tecnologia è stata riscoperta da Antonietti e Titirici e applicata a aghi di pino, pigne, foglie di quercia e bucce d'arancia1. Di conseguenza, la biomassa viene convertita in idrocarceo, un solido carbonaceo simile alla lignite2,3 o torba4,5. Da allora, molte materie prime residue hanno lavorato come i rifiuti agroindustriali6,7,8, la frazione organica dei rifiuti solidi comunali (OFMSW)9, o fanghi di cartiera10. La tecnologia è utilizzata anche come pretrattamento della biomassa per la pirolisi e la gassificazione11. Inoltre, la procedura fornisce materiali nanotecnologici moderni da risorse rinnovabili omogenee come zuccheri o cellulosa. Questi materiali avanzati hanno un potenziale per applicazioni future come elettrodi per batterie ricaricabili, celle a combustibile o supercondensatori, stoccaggio di gas, sensori o somministrazione di farmaci12,13.
L'idrocarcico è un materiale di carbonio e come tale potrebbe essere utilizzato come combustibile solido rinnovabile, soprattutto se prodotto da risorse eterogenee di basso valore con composizione variabile (stagionale o regionale). Tuttavia, la produzione di idrocarti e la sua applicazione al suolo, invece della sua combustione immediata, avranno un triplo contributo alla mitigazione dei cambiamenti climatici. In primo luogo, la scelta di HTC come tecnologia di gestione dei rifiuti evita l'emissione del potente metano dei gas a effetto serra durante il compostaggio o la decomposizione incontrollata14,15. In secondo luogo, evitando la combustione di idrocarci dopo un breve periodo di tempo e applicandolo al suolo, rimuove l'anidride carbonica dall'atmosfera per un periodo di tempo più lungo, cioè, consiste in reale cattura e stoccaggio del carbonio (CCS)16,17. In terzo luogo, in generale, i terreni curati sono terreni più fertili (terreni neri) e la crescita delle piante è aumentata. 18 mi lato , 19 Ciò riduce l'uso di fertilizzanti e le emissioni di biossido di carbonio legate alla loro produzione, oltre a preservare le risorse. Inoltre, l'ulteriore crescita delle piante rimuove più anidride carbonica dall'atmosfera.
Anche se è abbastanza chiaro che ci sono molti argomenti apparenti per l'applicazione dell'idrocarcino al suolo, il materiale comporta un inconveniente: l'idrocarterme grezzo non si comporta esattamente come biochar che viene prodotto dalla pirolisi. Hydrochar non aumenta chiaramente la crescita delle piante o peggio ancora, spesso provoca un effetto piuttosto negativo20,21,22. Pertanto, gli agricoltori non sono incoraggiati ad applicarlo, e ancor meno a pagare per questo. Fortunatamente, questo inconveniente può essere attenuato o eliminato. L'approccio più semplice è quello di aspettare semplicemente il secondo ciclo di coltivazione22. Anche i lavaggi20,21,22,23 o co-comregistrarsi24 sono trattamenti di successo per questo scopo. Tuttavia, tutte queste procedure richiedono tempo o producono un flusso acquoso che necessitadi di ulteriore attenzione.
Recentemente, è stato dimostrato che l'idrocarcarforo crudo può essere sottoposto a un morbido post-trattamento termico25. Lo scopo di questa procedura è semplicemente disinvolto le sostanze volatili e nocive indesiderate. Il flusso concentrato risultante di materia prevalentemente organica può essere valorizzato termicamente in situ. Come tale, il bilancio energetico dell'impianto HTC è migliorato e viene evitato qualsiasi rischio ambientale del flusso laterale. I test di germinazione dimostrano che il trattamento ha successo se effettuato a temperature pari o superiori a 275 gradi centigradi.
Il presente protocollo (cfr. figura 1) prevede due fasi di reazione e un metodo analitico diretto per la valutazione del risultato della reazione. Durante la prima fase, la biomassa viene convertita in idrocarci grezzo in un'autoclave a 215 gradi centigradi e a una pressione di 21 bar. Qui, gli avanzi delle famiglie sono impiegati come materiale di partenza. Questi includono tutti i tipi di materiale vegetale come bucce di frutta, pietre di frutta, parti vegetali non commestibili, fondi di caffè, carta da cucina, sacchetti di plastica compostabili, ecc. Il materiale carbonaceo viene raccolto per filtrazione ed essiccato. Per la seconda fase, viene posto su un filedino di vetro di un reattore tubolare verticale che applica il flusso di gas in una direzione di flusso verso il basso. Il tubo viene riscaldato a 275 gradi centigradi per 1 h. Il solido risultante viene analizzato dalla termogravimetria (TG) nell'aria. La perdita di materiale fino a 275 gradi centigradi viene quantificata e confrontata con l'idrocarcolo non trattato. Il materiale in carbonio può essere ulteriormente caratterizzato da analisi elementari (C, H, N e S), contenuto di cenere e composizione di ceneri (principalmente Ca, Al, Si e P).

<table><tbody><tr><td>Autoclave con un volume del recipiente da 100 a 500 mL</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Reattore di calcinazione tubolare a flusso continuo con fritta</td><td></td><td></td> di vetro <td>Tubo Cuartz: 37 cm di lunghezza, 20 mm di diametro esterno, fritta di vetro (3 mm di spessore) a 22 cm dalla sommità del tubo</td></tr><tr><td>Sistema di filtrazione</td><td></td><td></td> sottovuoto <td>Imbuto Buchner, carta da filtro, pallone filtrante</td></tr><tr><td>Forno per l'essiccazione dei campioni a 100 gradi; C</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Analizzatore</td><td></td><td></td> termogravimetrico <td>Ad es. Netzsch STA 449F3 Jupiter con software Netzsch STA 449F3 e software Netzsch ASC Manager per il controllo dell'autocampionatore</td></tr><tr><td>Qualsiasi tipo di biomassa vegetale (per esempi vedere le tabelle 1 e 2) tra cui:</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sacchetti di plastica compostabili di BASF</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sacchetti di plastica per la raccolta della frazione organica nelle famiglie, forniti dai gestori</td><td></td><td></td><td></td>locali</tr><tr><td>dei rifiuti Capsule di caffè compostabili ecovio (BASF)</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

trasformazione degli avanzi organici delle famiglie in un sostituto della torba

Transformation of Organic Household Leftovers into a Peat Substitute

Una procedura in due fasi è descritta per la sintesi di un materiale di carbonio con una composizione e proprietà simili come la torba. L'idrocarcolo prodotto è reso adatto per applicazioni agricole rimuovendo le sostanze inibitorie della coltivazione vegetale. I rifiuti domestici umidi come la buccia di frutta, fondi di caffè, parti vegetali non commestibili o materiale lignocellulosico umido in generale, vengono trattati in presenza di acqua a 215 gradi centigradi e 21 bar in un'autoclave, cioè mediante carbonizzazione idrotermale. Tutti questi avanzi hanno un notevole contenuto d'acqua fino al 90 % (wt%). L'aggiunta di acqua estende la procedura a materiali più asciutti come noci o anche potature da giardino e polimeri compostabili, cioè il sacchetto di plastica per la raccolta degli avanzi.
Di solito, il materiale di carbonio risultante, chiamato idrocarcartico, produce un effetto negativo sulla crescita delle piante quando viene aggiunto al suolo. Si suppone che questo effetto è causato da composti fitotossici adsorbiti. Un semplice post-trattamento sotto atmosfera inerte (assenza di ossigeno) a 275 gradi centigradi rimuove queste sostanze. Pertanto, l'idrocarcolo grezzo viene posto su un frit di vetro di un reattore verticale al quarzo tubolare. Un flusso di gas di azoto viene applicato nella direzione del flusso verso il basso. Il tubo viene riscaldato alla temperatura desiderata per mezzo di un mantello riscaldante fino a un'ora.
Il successo del trattamento termico è facilmente quantificato dalla termogravimetria (TG), effettuato in aria. Una perdita di peso è determinata quando viene raggiunta la temperatura di 275 gradi centigradi, poiché il contenuto volatile è desorbed. La sua quantità è ridotta nel materiale finale, rispetto all'idrocarcinon non trattato.
Il trattamento in due fasi converte gli avanzi delle famiglie, compresi i sacchetti compostabili impiegati per la loro raccolta, in un materiale di carbonio che può fungere da promotore della crescita vegetale e, allo stesso tempo, come un bacino di carbonio per la mitigazione dei cambiamenti climatici.

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

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 ...

Produciamo un sostituto della torba dai residui. Questa procedura ha un certo potenziale per l'organizzazione dei rifiuti organici. La composizione esatta non ha importanza e le variazioni stagionali sono tollerate.Fornisce un'alternativa all'uso dell'idrochar come combustibile solido e con esso contribuisce a mitigare i cambiamenti climatici catturando e immagazzinando carbonio e risparmiando fertilizzanti fossili. È molto importante chiudere i morsetti esterni stretti o la composizione dei fili può cambiare durante il riscaldamento a causa della perdita d'acqua e la reazione deve essere ripetuta con una miscela fresca. Non preoccuparti troppo della pressione residua dopo la carbonizzazione idrotermale.Lavorando con la biomassa, è imprevedibile. Osserviamo pressioni residue sia molto basse che molto elevate. Il pozzo per il trattamento termico deve essere sottile.Se è troppo spesso, le vie preferenziali possono verificarsi con una buona causa e un trattamento eterogeneo e produrre materiali inadatti. Per iniziare, seleziona la biomassa dagli avanzi della cucina come bucce di frutta o parti vegetali non commestibili. Asciugare il campione della biomassa a 100-105 gradi celsius in forno per due ore o durante la notte.Pesare il campione essiccato. Calcola le quantità adeguate di acqua e biomassa per la miscela di reazione. Avere il volume della miscela di reazione metà del volume dell'autoclave e il contenuto d'acqua durante la carbonizzazione idrotermale come 85 per cento di peso.Si supponga che la densità della miscela sia di circa 1g/ml. Introdurre la biomassa e l'acqua nell'autoclave, che viene fornita con il disco di rottura e impostata a una pressione di scoppio di 50 bar. Chiudere l'autoclave e aprire la linea di azoto per pressurizzare fino a 20 bar.Durante i successivi 30 minuti, controllare il manometro per confermare che non vi è alcuna perdita di pressione, indicando un recipiente correttamente chiuso senza perdite. Quindi, aprire la valvola di uscita per rilasciare la pressione e chiudere nuovamente il contenitore. Ora, accendi l'agitazione.Riscaldare l'autoclave a 215 gradi celsius entro 30 minuti e mantenere la temperatura per almeno quattro ore o durante la notte per la reazione di carbonizzazione. Monitorare la pressione per le prime due ore, che aumenta fino a 21 bar, seguendo la curva di pressione del vapore per l'acqua. Quando l'autoclave si è raffreddata a temperatura ambiente mediante raffreddamento naturale, rilasciare con cura qualsiasi pressione residua e aprire l'autoclave.Per recuperare l'idrochar, su un imbuto Buchner sottovuoto, versare la miscela per separare il solido e il liquido. Smaltire la fase liquida come rifiuti di laboratorio pericolosi. Asciugare il solido alla temperatura di 100-105 gradi celsius in forno per due ore o durante la notte.Successivamente, pesare il campione essiccato. Calcolare il bilancio di massa della carbonizzazione idrotermale. Tenere conto del peso secco della biomassa e del peso secco del prodotto idrochar.Su una fritta di vetro di un reattore a lotti tubolare di quarzo, pesare 2-3 g di idrochar secco e grezzo per un trattamento omogeneo. Per quantità maggiori, come 10-20g, utilizzare materiale pellettizzato con una dimensione delle particelle di 0,2-6 mm. In una cappa aspirante inserire un accoppiatore termico attraverso il pozzo termico nel reattore tubolare al quarzo con l'estremità che raggiunge il letto posto sulla fritta.Posizionare il reattore nel mantello riscaldante e collegare al reattore un flusso di azoto di 20 ml al minuto. Posizionare una piccola bottiglia di vetro sotto l'uscita del reattore per raccogliere liquidi condensati. Riscaldare il reattore a 275 gradi celsius con una rampa di 10 gradi al minuto.Mantenere questa temperatura per un'ora. Una volta raffreddato a temperatura ambiente, scollegare il flusso di gas. Scartare il liquido raccolto nel becher nei rifiuti organici non alogenati.Girare il reattore per recuperare il materiale di carbonio in un crogiolo e pesarlo. Calcolare il bilancio di massa per il trattamento termico. Dalla massa ottenuta nel trattamento termico e dalla biomassa secca impiegata nella fase di carbonizzazione.In primo luogo, schiacciare il prodotto in una malta e pesare 10 mg del campione in un crogiolo dell'apparato TG. Posizionare il crogiolo contenente il campione nell'autocampcampatore dell'apparecchio TG e regolare la temperatura massima a 600 gradi celsius. Utilizzare l'aria come gas sweep e una rampa di temperatura di 10 gradi al minuto.Premere il pulsante del mouse per avviare l'analisi. Quantificare la perdita di massa a 275 gradi celsius nella curva TG calcolando la differenza tra il peso iniziale e il peso osservato a questa temperatura. Questo protocollo trasforma gli avanzi della cucina in hydrochar adatti per applicazioni agricole in due passaggi.Carbonizzazione idrotermale seguita da un post-trattamento termico. Nella reazione di carbonizzazione, la biomassa lignocellulosica umida viene trasformata in un materiale carbonioso di colore marrone. Più scuro è il colore marrone, più avanzata è la reazione di carbonizzazione.La pressione durante la reazione di carbonizzazione deve aumentare ad almeno 21 bar, che è la pressione autogena del vapore a 250 gradi celsius. Tuttavia, in generale, la pressione è in qualche modo imprevedibile. Dipende dal tipo di biomassa ed è stato di degrado.La resa di massa della carbonizzazione comporta un'ampia gamma dal 30 al 90% di peso. La resa di massa è solitamente più elevata per il materiale più legnoso con un alto contenuto di lignina e inferiore per i polimeri dello zucchero puro come l'amido. L'analisi termogravimetrica dei campioni di idrochar mostra che la perdita di sostanze volatili tra i 200 e i 300 gradi celsius trattamento termico è inferiore alla perdita di idrochar grezzo.A 275 gradi celsius, la perdita di massa è stata del 34,6% di peso per il campione di idrochar non trattato. Dopo il trattamento a 200 gradi celsius, è stata raggiunta una riduzione del contenuto volatile del 17,5%. Dopo trattamenti a 250, 275 e 300 gradi celsius, la corrispondente perdita di massa è stata rispettivamente di 6,01, 5,17 e 4,22 percentuali di peso della massa totale.Inoltre, il contenuto iniziale di acqua non è cruciale per l'esito della reazione. Tenere conto del fatto che una soluzione più concentrata fornisce una maggiore resa di materiale solido organico. Partendo da scorte di alimentazione più omogenee presso i produttori di birra a penna o residui agroindustriali, è possibile produrre materiali di maggior valore.L'applicazione di temperature più elevate durante il secondo trattamento aumenta il contenuto di carbonio. Hydrochar è stato proposto per diverse applicazioni. Ad esempio, come solvente, carboni attivati o elettrodi nelle batterie.La preparazione di questo materiale avanzato comporta spesso una fase termica di finitura. La tecnologia di carbonizzazione idrotermale è già stata scalata su scala industriale. A queste dimensioni, la materia prima è molto eterogenea e variabile.Qui, puoi vedere i residui di giardinaggio in lavorazione. Al momento, il prodotto commerciale sono pellet, lei ha detto, combustibile solido, con un secondo trattamento, viene prodotto un prodotto solido, aumentando il contributo dello stock alimentare alla mitigazione dei cambiamenti climatici.

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

Research

Ricerca

JoVE Journal

Chemistry

Chimica

Iniziamo con un digestore anaerobico, un reattore sigillato e privo di ossigeno seminato con un fango sintetico che imita i solidi sedimentati dalle acque reflue.Il fango contiene microbi anaerobi mesofili, una comunità microbica mista.Questi microbi prosperano a temperature moderate e guidano la digestione della materia organica dei fanghi.Mescolare continuamente i fanghi per sostenere l'attività batterica e favorire la digestione.Successivamente, aggiungi le bioplastiche, che sono polimeri...

Digestione anaerobica di bioplastiche per la produzione di biogas

Pellicole in plastica etichettati "biodegradabili" sono disponibili in commercio per uso agricolo come pacciamatura. Lavorazione del terreno rappresenta un metodo di smaltimento attraente, ma la degradazione in condizioni di campo è poco conosciuta. Lo scopo di questo studio è stato quello di sviluppare metodi per isolare funghi del suolo nativo e batteri che colonizzano i film di pacciamatura plastica dopo il campo di inumazione.

Isolamento dei nativi microrganismi del suolo con un potenziale di Breaking Down biodegradabili di pacciamatura film plastici utilizzati in agricoltura

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'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

Viene presentata una procedura per la conversione termochimica dei residui di biomassa che mira a massimizzare la resa dei prodotti liquidi (pirolisi veloce). Si basa su una tecnologia collaudata su scala industriale e particolarmente adatta per il trattamento di un tipo di biomassa a base di paglia.

La pirolisi veloce di biomassa residui in un reattore bivite Mixing

Viene presentato un protocollo per la deplezione dei precursori delle emissioni da biomassa di bassa qualità mediante trattamento di carbonizzazione idrotermale assistito da microonde a bassa temperatura. Questo protocollo include i parametri del microonde e l'analisi del prodotto biocarbone e dell'acqua di processo.

Ridurre l'emissione di combustibile di salice a bassa temperatura a microonde assistito carbonizzazione Idrotermica

Questo protocollo descrive un singolo throughput per complementari tecniche analitiche e omiche che culmina in una caratterizzazione completamente accoppiato di sostanza organica naturale e proteomica microbica in ecosistemi differenti. Questo approccio permette confronti robusti per identificare vie metaboliche e trasformazioni importanti per descrivere la produzione di gas serra e predire le risposte al cambiamento ambientale.

Singolo-velocità effettiva complementari ad alta risoluzione tecniche analitiche per la caratterizzazione di miscele complesse di sostanza organica naturale

I nuovi metodi per lo smaltimento dei cumuli forestali producono carbonio pirogeno per ripristinare la salute del suolo forestale e per la rimozione e il sequestro del carbonio. Qui presentiamo un metodo di produzione di biochar che integra una nuova metodologia di contabilizzazione della rimozione del carbonio e un'applicazione digitale.

Produzione, caratterizzazione e quantificazione del biochar nei boschi mediante forni portatili a fiamma

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

Qui presentiamo una metodologia ottimizzata per la produzione di compositi a base di micelio (MBC) da prodotti petrolchimici e materiali inquinanti per applicazioni di isolamento termico. Per diventare a zero emissioni di carbonio e sostenibili, i materiali biobased e compostabili come il bio-composito di micelio potrebbero essere la soluzione. Per determinare se soddisfano gli standard di costruzione, sono stati condotti diversi esperimenti.

Produzione e test del comportamento all'umidità e delle proprietà termiche della paglia di colza e dei biocompositi di micelio Ganoderma resinaceum

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

Impara a trasformare i rifiuti organici domestici in idrocarbone per applicazioni agricole mediante carbonizzazione idrotermale e trattamento termico. Questo metodo offre un'alternativa sostenibile ai fertilizzanti fossili.

Trasformazione degli avanzi organici delle famiglie in un sostituto della torba

Esplora altri video