方法論記事

バイオエネルギー生産のための統合された嫌気性消化と水熱炭化の評価

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DOI：

10.3791/51734

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2014年6月15日

 ,  ,  , 
1APECS Group, Leibniz Institute for Agricultural Engineering

この記事について

サマリー

新規な上向流嫌気性ソリッドステート（のUAS）反応器は、繊維原料からのバイオガスの生産のために使用した。のUAS反応器からの消化物は、水熱加圧バッチ反応器内のHTCバイオ炭に炭化した。 2バイオ概念の統合は、全体的なバイオエネルギー生産を増加させるために、本研究で適用した。

要約

リグノセルロース系バイオマスは、最も豊富な、まだ十分に活用されていない再生可能なエネルギー資源の一つである。嫌気性消化（AD）水熱炭化（HTC）の両方が、それぞれ、バイオガスとHTCバイオ炭の観点からバイオマスからのバイオエネルギー生産のための技術として有望である。本研究では、ADおよびHTCの組み合わせは、全体的なバイオエネルギー生産を増加させることが提案されている。麦わらは、嫌気的に中温（37℃）、（55℃）条件熱性の両方で新たな上昇流嫌気性固体リアクタ（のUAS）で消化した。好熱性のADから消化湿った熱水のHTCバイオ炭の生産のための6時間、230℃で炭化した。 200日の連続運転上の中温広告をし、121のL CH4 / kgのVS：好熱性温度で、のUASシステムは165のL CH4 / kgで、VS（揮発性固体VS）の平均が得られます。一方、29.6 MJ / kgのdry_biocharとHTCのバイオ炭の43.4グラムは、OBTた中温性のADから1キロの消化物（乾燥ベース）のHTCからained。実験のこの特定のセットのADとHTCの組み合わせは、単独のHTCより少なくとも20％高いだけ、ADよりも60.2％高いと乾燥麦わらの1キロ当たりのエネルギー13.2 MJをもたらす。

概要

再生可能で持続可能なエネルギー源を見つけることは、世界のエネルギー部門における主要な関心事である。最近では、国連は2050年の世界のエネルギーの最大77パーセントを再生可能エネルギー源1から予想されることを報告した。このようなわらなどのセルロース系バイオマス、草、もみ殻、トウモロコシの穂軸は、燃料の問題に対する食料との競合がありません。また、バイオマスは、例えば、風力、太陽光、水2のような他の再生可能エネルギー源と比較して、おそらく構造的な炭素のみで再生可能なエネルギー源である。しかしながら、取扱い特性、低いかさ密度、高い灰分及び低エネルギー含量は、エネルギー産生のための2リグノセルロース系バイオマスの使用を妨げる。

嫌気性消化（AD）は、廃棄物系バイオマスからのバイオエネルギーを生産する代表例の一つである。 図1 4に示すように一般的には3、4、分解ステップがある嫌気性消化に関与。最初の3つの連続した​​段階では、バイオマスの多糖類を有機酸に変換されます。最後のステップでは、メタン生成生物はバイオメタンを生成する。伝統的なADは、時間とエネルギー消費プロセスである。連続的に攪拌し、特にリグノセルロース系バイオマスの広告のために、ADの全体的な経済性を低減します。小説上向流嫌気性固体（のUAS）原子炉は述べ欠点（ 図2）4 を克服する可能性を秘めている。デザインは、未反応の固体残渣上向き5を持ち上げるためにバイオガスの気泡を容易にするため、自発的な固液分離は、のUASの重要な利点の一つである。これは攪拌機の使用を排除するため、オンサイト電力の消費を削減します。また、液体の循環がよく5として反応器を通して微生物および代謝物の分布を保証します。固体バイオ燃料と比較して、バイオガスは、取り扱いが容易であり、ほとんど、あるいはまったく残留物を残す。実際には、特定のエネルギー密度バイオガスの数倍高い生のバイオマス4です。しかし、ADは、デンプン、脂肪酸、およびヘミセルロース1のような単純な多糖類を好む。その結果、セルロース及びリグニンのように、麦わらのような繊維状リグノセルロース系バイオマスの大部分は、AD 5後の固形消化物として残る。バイオガスの生産は原料、微生物の種類、反応温度、反応時間の変化が、消化物の膨大な量は、通常、製造される。

バイオガスは、エネルギーのために使用されているが、（90％水まで）digestatesは、​​通常、残りのメタン排出を収集するために、発酵残渣デポーに格納される。その後、これらを乾燥し、土壌の肥沃度や水分保持能力を向上させるために耕作地に広がっている。高い無機コンテンツは、多くの場合、スラグの高い量は、機器6を腐食可能性があるため、燃料に直接消化物を妨げる。熱水炭化（HTC）は、特に、ウェット用に設計された熱化学処理プロセスである（80〜90％の水を含む）バイオマスを水飽和圧力で200〜260℃まで加熱し、0.5〜6時間（ 図3）7.8分間保持される原料は、亜臨界水は200で、最大のイオン積が-これらの条件下で水を意味260°Cは、反応性であり、穏やかな酸と同時に9弱塩基として動作します。セルロースは、約220〜230°Cが反応し、リグニンは、比較的高い温度（> 250 度C）で反応するが、セルロースやヘミセルロース10よりはるかに遅く、一方ヘミセルロースは、他の抽出物と一緒に、周りの180〜200°Cを低下させる。により大幅な脱水および脱炭酸し、HTCの40〜80％の質量収率（乾燥のHTCバイオ炭/ドライ飼料）、カルボン酸、フラン誘導体、フェノール性物質、および糖モノマー、および5を含む液で、HTCのバイオ炭という名前の固体生成結果 - 10％のCO 2の豊富なガス生成物11。 HTCの中に、酸素を含む揮発性物質が大幅にある減少し、したがって、炭素が豊富な固体のままにしておきます。 HTCのバイオ炭はまた、生湿った原料12,13と比較し、安定した疎水性、およびもろいです。原因その疎水特性上、HTCのバイオ炭のdewateribilityは、生の消化物、さらには生のバイオマスに比べて数倍向上します。14〜18また、HTCのバイオ炭、石炭16,17亜炭に似燃料の値を持っています。しかし、セルロースとリグニンが部分的にHTCの環境18で分解する。

セルロースとリグニンは主に固体のHTCバイオ炭4,5に貢献しながら、今バイオマス中のヘミセルロースとセルロースは、ADの中にバイオガスに貢献しています。従って、AD-HTCの組み合わせは、潜在的に全体的なバイオエネルギー収率を増加させることができる。ホフマンらは、同様の組み合わせをシミュレートするのではなくAD-HTC 19よりもADとHTL（水熱液化）を用いて。 HTLは、バイオマス画分を液化するための一般的な方法であり、液体生成物は、高い燃料値を有する[43.1 MJ / kg]で。しかし、HTLのrequIRES非常に高い圧力（250バール）は、HTCよりも高く設置と運用コストを意味し、HTC（10〜50小節）、と比較。この場合も、ADとHTCの組み合わせシーケンスはワースらとして問われることができる。最近のHTC処理液20のADを報告した。しかし、効果的なADは原料油中の糖濃度に依存する。加水分解中に生成HTC処理液中の糖は、多くの場合、亜臨界水の下で急速に分解する。 HTCの前にADはバイオエネルギーの面でより有利である理由です。しかしながら、HTC処理液のADは、その場合には、組み合わせ配列はAD-HTC-ADであるように、付加的なバイオエネルギーを生成することができる。

研究の目的は、バイオエネルギー生産のためのADとHTCプロセスの統合（ 図3）を評価することであった。のUAS反応器からの好熱性および中温性ADのバイオガス生産能力は200日以上の連続運転で評価した。その後、HTCのバイオ炭の生産FROMの消化物も検討した。カスケード接続されたAD-HTCの質量とエネルギーバランスを行い、個々のプロセスと比較した。

プロトコル

小麦の藁の1。嫌気消化

注：39のLのUAS反応器で嫌気性消化のために、飼料としてLONG RAW麦わらチョップを5〜65ミリメートルを使用しています。この特定の実験における供給原料の有機乾物含量は85.9％であり、粗繊維分率は46.3％であった。反応器のUASは、アクリルガラスからなる覗き窓を有するステンレス鋼から成っている。二つの30 L嫌気フィルタ（AF）は、各39 Lの反応器のUASと組み合わされる。アフラトキシンは、透明なアクリルガラスで構築されています。反応器システムの概略図を図2に示されており、建築の設計は他の箇所に記載さ4。 原子炉を接種し、起動の詳細は、別の場所で5与えられている。

  1. 325樽型ポリエチレンバイオフィルムキャリアと各AFを入力します。
    注：使用されるバイオフィルム担体305 2 / m 3での表面積を有する。
  2. 処理液の循環水ポンプを設定する1.15リットル/時の流量の両方に中温性および好熱性反応器中。
  3. 好反応器のための中温性および55℃に望まれる原子炉の温度レベル、37℃に加熱バスを設定します。
  4. のUAS炉の毎日供給するため、日·2.5グラムVS / Lの有機物負荷率を達成するために、各原子炉のための麦わら（= 99.5グラムVS）の120グラムFMを量る。
  5. オープンのUAS '栄養チューブ、スタンプを削除します。
  6. 斜めの栄養チューブに麦わらを注ぎ、送りスタンプの助けを借りて、原子炉の底に押し込みます。そこにから、わらをふるいに対して浮上と固体床を形成します。
  7. 確かに、それは気密であることを確認するためにシール面をきれいにしてから栄養チューブを閉じます。
  8. ポンプは、原子炉システム（のUASと、AF）を介して1.2リットル/時間法溶液を運ぶ、継続的に実行されます。
  9. ドラム式ガスMETEを使用して継続的にバイオガス流量を測定20Lのガスバッグ内のRSと店。
    注：バイオガスアナライザにガスバッグを終了してください。バイオガス分析装置においては、CH 4、H 2 S、O 2、CO 2、およびH 2を測定する。最初のバイオガスは、水分を除去し、検出器の有害な他の毒性化合物に3種類のフィルターを通過しなければならない。アナライザは、正確なバイオガス組成のために週に一度キャリブレーションする必要があります。
  10. 定期的に工業用バイオガス分析装置を用いてバイオガス組成を測定します。注：バイオガスバッグは少なくとも半分いっぱいになったときにバイオガスアナライザは、バイオガスを測定することができます。バイオガスの組成を測定するために、ガスバッグのバルブ（それは約20〜30秒を要する）を開き、定常バイオガス組成を待機する必要がある。
  11. プロセス制御のために、インストールされてpH計と温度計を使用してオンラインpHおよび温度を測定します。
  12. 週に一度消化物の約3キロ（百分の80から90濡れ）を取り外し、固形物滞留時間を与える（SRT）OF 2〜3週間。 HTCのプロセスのための飼料として、この消化物を使用してください。その後、生成されたバイオガスは、空気を押し出すと、数時間以内に、嫌気条件を確立するのに十分である。
  13. それらの化学的性質（pH値、EC、TS、VS、脂肪酸、CHNS、アンモニア、微量元素、および粗繊維）が週単位での処理液および消化物を分析します。

小麦の藁消化物の2。水熱炭化

注：ステップ1からの消化物の水熱炭化のために、18リットルのバッチ反応器が使用されている攪拌した。プロセスの制御やタイミングは、コンピュータ上で実行されて、原子炉のコントローラ4848とソフトウェアSpecView 32 849を介して行われる。プログラムでは、反応器温度、加熱ジャケットの温度、圧力、撹拌速度を示すことができる。さらに、プロセス·パラメータのためのプログラムは、（開始温度、設定された温度、加熱速度、攪拌速度）は、各HTCの実験に設定することができる。

  1. 2.5キロの重量を量るわらの消化物を0.1gの精度の天秤を使用し、反応容器に移す。
  2. 10キロの補給水を測定し、同様に原子炉容器にそれを注ぐために、同じバランスを使用してください。これは消化物、水比1:4を維持します。
  3. 空気圧で閉じる前に、手動でプロペラ攪拌機の閉塞を防止するために反応器の内容物を撹拌する。原子炉を閉じて横50nmの力でボルトを締めて固定します。
  4. 次のランプでの反応を設定ソーク
  5. 室温から15分で30°Cの開始温度に達する。
    1. 230°Cの反応温度の加熱時間を設定することは100分である。
    2. 6時間のための最終的な反応温度を保持する。
    3. 保持時間が6時間後、室温まで230℃から反応器15時間冷却する。
    4. 完全なHTCのプロセスを通じて30rpmで反応器の内容物を攪拌する。
    5. 冷却段階とpの後に撹拌機のスイッチを切る20Lのガスバッグ内のガスを強くお勧めします。
    6. ガスが凝縮トラップだけでなく、活性炭フィルターを通過していることを確認してください。
    7. さらなる分析のためにガスを貯蔵。
  6. ガスサンプリングした後、高温、高圧ボールバルブを介して容器に容器からスラリーを排出した後、0.5mm程度の孔サイズを有するメッシュを介して濾過する。
  7. 流体を収集し、原料に​​比べ、HTC生産チャーの量を決定するために、生産のHTCバイオ炭を風袋引き。

3。生、消化物の元素分析、および小麦の藁のHTCのバイオ炭

注：固体燃料の分析のために、元素分析計又はCHONSアナライザが用いられることが多い。原子状炭素、水素、酸素、窒素及び硫黄の元素組成は、この分析から得ることができる。 CHONSから、1つは高位発熱量燃料のエネルギー値を推定することができる。さらに、原子の硫黄含有量はまた、インド系意志燃料の品質を食べた。本研究では、元素分析装置は、HTCの炭、生コムギわらおよび消化物の燃料価を決定するために使用される。アナライザは非常に小さなサンプルサイズを可能にするので、より良い再現性各サンプルの少なくとも3倍を分析。

  1. サンプルパン（錫、6×6×12 mm）の形態では、パッケージ内の特定の元素のバランスを使用して、タングステン（VI）オキシド30mgを秤量する。注意：このようなバランスの精度は通常1μgのです。酸化タングステン（VI）は、元素分析装置での触媒として働いています。
  2. 乾燥試料の5〜10mgのを計量し、同じサンプルパンに入れ、それを混ぜて、それを包む。包まれたサンプル受け皿サイズは約2×2×5ミリメートル3でなければなりません。
  3. オートサンプラーにサンプルを置きます。各サンプルの位置を記録し、参考に元素分析では、スルホン酸を使用する
  4. 、元素分析装置に接続されたコンピュータ上にバリオソフトウェアを起動条件を定義、サンプルガス流量、温度2オーブン（2オーブンは、それぞれ1150および850℃である）。その後、自動サンプリング位置に応じてサンプル名を定義します。プログラムを起動します。機械は、自動的に動作分析を実行してコンピュータに結果を格納する。
    注：エレメンタルCHNS元素分析器の出力であり、通常はコンピュータの画面上に直接報告されます。

結果

嫌気性消化

バイオ実験のUASは、システムは、それぞれ、38％、中温（37℃）でのメタン形成する電位と熱性（55°C）の動作の50％を利用することができることを明らかにした。連続運転の200日間、中温広告を121のL CH4 / kgのVS（ 図4）：好熱性広告を、のUASシステムは165のL CH4 / kgで、VS（揮発性固体VS）の平均が得られます。これらの性能値は、乾燥原料を基準に関連したバイオガスの定量的および定性的な分析から算出されている。

麦わらのためのバイオメタンの電位はそれぞれ、中温性、操作のための好熱性及び244.2 L CH4 / kgで、VS用の304.3のL CH4 / kgで、VSであると（VDIガイドライン4630以下）を決定し、 図5に示された0; 21。品質の面では、バイオガスのUASによって産41％およびメタンの61％（ 図5）の間に含まれる。

消化物のHTC

図6は 、乾燥わら、ADでわらに由来し、乾燥消化物、とHTCによって乾燥消化物から派生したHTCのバイオ炭を示しています。ドライ消化物は、色の唯一のビット暗い、乾燥わら、のようになります。この作業のために、好熱性条件からの消化物は、HTCのために考慮された。 表1に示すように、総質量の63％が消化物（ 表1）のままである。ドライのHTCバイオ炭は、おそらく、AD間、好熱性微生物によるモノマーおよび簡単なポリマーの分解に、乾燥原料わらよりも軽い。

図7は、疎水性の挙動を示しており、HTCのバイオ炭の柔らかさ。 HTCの中に、繊維状の結晶構造が破壊され、柔らかなアモルファスCAを生産しているrbonが豊富なのHTCバイオ炭16,17,28。これは、消化物と生わら由来のHTCの炭の質量収率は、それぞれ43.4％および38.3％であることが表1から分かる。固体生成物は、HTCの炭は、12非常に疎水性であり;それは長時間13用の水と接触して滞在することができます。また、それはかろうじてそれを粉砕する任意の圧力を必要とするため、非常に柔らかいです。これは広大な粉砕ステップを排除することができますように、石炭対電力業界では、原料の柔らかさを維持することは、非常に重要です。

元素分析

表1に示す元素組成から、元素状炭素と水素を嫌気性消化を通して固体で同じままであることが分かる。 HTC中の元素状炭素が増加し、水素が減少する。窒素元素含有量は、両方の消化ANの間に増加しているため窒素元素のほとんどは固体のままに D HTCのプロセス。麦わらの硫黄が微量であることから、硫黄元素の濃度は結果で表示されていません。酸素元素の含有量は、原料のみで構成さCHONSと仮定すると、100％C、H、およびNを減算することによって計算され、 表1に提示された。それは消化中、同様のまま酸素濃度は、HTCの間に劇的に減少した。

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図1。基本的な考え方及び嫌気性消化する段階。この図は、嫌気性消化の基本的な概念について説明します。この図では、嫌気性消化の4の一般的なステップ（加水分解、acedogenesis、酢酸生成、およびメタン生成）が提示されている

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図2：嫌気性消化のための実験室規模のUAS反応器の模式図のUASこれは、反応器システムの概略図である。ここでのUAS反応器および嫌気性フィルタ（AF）は、のUAS反応器で製造さ脂肪酸がAFに来るとメタンが生成される液体流によって接続されて示されている。 AFの底から、別の液体流は、微生物が、AFからのUAS反応器にしようとしているのUASに描かれています。

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図3（上）リグノセルロース系バイオマスのHTCの考え方、嫌気性消化とHTCの（下）の統合コンセプト *セルロースが部分的に24を反応させることになる。このブロック図では、異なる繊維成分は、亜臨界水と接触するとC（HTC炭に変換されることがわかるOALタイプ）。

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図4。嫌気フィルター付き熱性および中温条件の両方でのUAS反応器からのメタン生成は、これらは好熱性および中温性の両方の条件のための操作の210日間のUAS反応器の実験結果である。 Y軸は（VS）は、揮発性固体と比較して、メタン収率（L CH4 / kgでVS）でありながらX軸は、動作の日である。

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図5。好熱性および中温条件の両方でのUAS反応器からのバイオガスのメタン留分 ​​。これらは両方とも好ANでの動作の210日間のUAS反応器の実験結果であるD中温条件。 Y軸は、バイオガス中のメタン分率（％）でありながらX軸は、動作の日である。与えられた値は、重複の平均である。

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図6。（左から右へ）ドライ麦わら、ドライ麦わらの消化物、および麦わらの消化物のHTCのバイオ炭。これは麦わらのさまざまな状態のリアルタイムの画像である。ここでは、この図では、嫌気性消化（AD）とHTCの効果が目に見えることができます。それは、HTCの後、粉末状になっている間の繊維構造は、消化物に表示されたままです。

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図7。のHTCバイオ炭（左）の疎水性、HTCのバイオ炭の破砕性（右） 。これは、再びHTCの炭の疎水性および破砕性のリアルタイム画像である。次の二つの画像のハード粉砕前後のバイオ炭の状態が示されているが最初のイメージでは、HTCのバイオ炭は、水の下に沈めている。

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図8。（上）バイオエネルギーの可能性嫌気性消化（AD）による生の麦わらと（下）バイオエネルギーの可能性の1キロからの乾燥麦わらの1キロからAD-HTCを統合することによって 、 これは組み合わせの必要性を評価するための図であるコンセプト。ブロックダイアグラムは、原料から、ADとHTCによって抽出されたどれだけのエネルギーを示しています。

figure-results-8
表1。元素分析、HHV、質量収量、上流と下流麦わら、消化物（好）、および対応のHTCバイオ炭の繊維分析。文献18,24に示すように、HHVはCHNS組成から計算される。表1は、元素分析の実験結果であり、かつ、ADとHTC後の質量収量。リグニン、セルロース及びヘミセルロースは、[12]ヴァンゾー繊維分析によって測定される。注：NAが分析されていない、この表の拡大版を表示するには、こちらをクリックしてください。

ディスカッション

のUAS反応器は、冒頭で述べた欠点を軽減するためにすることが可能である。しかし、改善の余地があります。求供給システム及び消化物は、まだマニュアルです。のUASシステムが60ミリメートルを超える供給原料を処理する問題に直面している。彼らは液全体に浮くようなシステムは、繊維の原料とのより良い動作しますが、動物のふん尿や汚泥などの他の原料はのUASシステムを支持しない可能性があります。のUASシステムは、処理液が再び反応器からのAFの反応器に循環するように設計されている。しかしながら、循環液中の固体であっても2〜5％は、それらがAFに沈着またはパイプの入口をブロックし、液循環を妨げるように、問題があることが証明された。遊離脂肪酸および窒素の産生が特徴的でないバイオガス産生をもたらす微生物系を変更することができるように、処理液の化学的分析は、重要である。のUASシステムは堅牢であり、任意のsignificaを表示せずに200日以上を実行することができます問題をntの。のAFに原子炉にポンプから接続するチューブは、すべての代替ヶ月交換する必要があります。水浴中の水位は毎週チェックし、必要に応じて補充される必要がある。

湿った消化物のHTCは、廃棄物処理などの固形バイオ燃料を製造するための非常に有効である。 図7に示すように、固体生成物dewateribilityはまた、HTCプロセスによって容易にするが、消化物のHTCが消化物が除去され、好ましくは、同じ日に、できるだけ速やかに行う必要がある。それ以外の場合は、消化物は、HTCに有利されていない、生物学的に分解する開始します。 HTCは、高温（200〜260℃）および高圧（20から50バール）プロセス、HTCの手順では、必要な予防措置を取っているように非常に重要です。すべての接続は、それらが気密であることを確認するには、少なくとも月に一度チェックされます。 HTC処理液は、高濃度のフルフラール、5-HMF、およびフェノールを有する共毒物として評価されていmpounds、。だから、それはHTCのプロセス液を原子炉容器から別の容器に排出される場合は特に、HTCの処理液を処理しながら、フェイスマスクと手袋を使用することをお勧めします。 HTCの消化物のような湿潤原料を処理するための多くの利点を有するが、それでもバッチプロセスである。経済的評価では、HTCのバッチ処理は、正当化するのは難しいでしょう。多くの研究は、このようにHTCの連続動作を容易にするために必要とされる。

元素分析は、均質な固体基質に対してではなく、異種の基板のための有効な方法である。固体バイオ燃料は、通常、異種元素分析器が唯一のサンプルサイズの5〜10mgのを可能にするように、少なくとも3回の反復を行い、平均値を使用することをお勧めします。元素分析のもう1つの制限は、高灰分含有量を有​​する固体基板を測定している。元素分析装置はCHONSし、他の無機物を測定します。だから、高灰分固体基板の元素分析はRではないかもしれない実際CHONS濃度をeveal。サンプルはそれ以外の場合は、解析において矛盾があるでしょう、正確にラップする必要があるため、元素分析におけるサンプル調製は、極めて重要である。固体燃料の燃料値はCHONSから推定することができますが、正確な燃料の値の決定のためのボンベ熱量計を使用することをお勧めします。

メタンの約92から161 Lは、飼料中の揮発性固体のキログラム当たり製造した。ドライ麦わらの固体揮発性固体または有機の合計は86.9％だった。乾燥した消化物は、嫌気性消化22,23の間に多糖類の分解と単糖分解の別の指標である低い原子酸素および水素濃度を有する。また、下側のHとOの濃度は、消化物24のHHVを高める。乾燥消化物のHHVは、乾燥原料の原料が22％高い。同様の結果は、ポールら 23による詳細な統計分析を用いて得られる。

嫌気性消化からDigestatesは80〜90％の水6が含まれています。これらは親水性であり、水は微生物や植物細胞内で部分的にバインドされています。その結果、脱水やdigestatesの乾燥面倒で非常にエネルギー集約的である。例えば、乾燥消化物の2キロは、消化物を乾燥させるために熱の20.7 MJを必要とする水の8キロ（80％湿潤）に結合する。さらに、それは、周囲条件下で比較的迅速にバイオ劣化する傾向がある植物栄養素を失い、例えばN 2 OとCH 4等のGHG（温室効果ガス）の排出量を放出する。したがって、より高いエネルギーポテンシャルにもかかわらず、新鮮な消化物は、固体燃料として直接使用することはできない。まさに消化20後に乾燥する必要があります。

表1から、（ 図6）、ドライ消化物は、生わらと同様の原子炭素含有量を有することを示すことができ、それらは、嫌気性消化の前後で、視覚的に類似している。これは、リグニン及びリグニンを散りばめたセルロースを示唆している主に未反応である。しかし、処理されたわらを意味する観察63パーセントの質量収率は、乾燥原料わらよりも37％軽い。類似した元素状炭素濃度は炭化が嫌気性消化22中に発生しないことを意味します。 図7に示すように、消化物（好）からHTCの炭は非常に安定しており、柔らかい。なぜなら、疎水性の有意な増加が、それは文字通り12,25の影響を受けてその物理的および化学的構造を持たないか月の水中に沈めることができる。疎水性はまた、HTCのバイオ炭14の脱水を強化します。わらの構造は、セルロースが反応した可能性があることを意味し、これ以上のHTCバイオ炭において識別可能ではありません。かなりの炭化は、原子酸素の還元に伴って、HTCのバイオ炭で観察される。これはかなりのリグニンよりも反応するセルロースの別の指標である。リグニン中の原子炭素濃度は、セルロース24〜29のそれよりもはるかに高い。その結果、HTC biochなどArはそれぞれ、生わらよりも61パーセント高く、乾燥消化物よりも32％高くなっている29.6 MJ / kgで、HHVを持っています。

HTCの処理されたわらのHHVもHTCの処理されたわらの消化物（29.6 MJ / kg）での場合と同様である28.8 MJ / kgで、ある。しかし、質量収率は未加工原料と比較して、HTCの消化物のそれよりもHTCのわら40.7％高い。生わら（18.4 MJ）の1キロは水熱炭化する場合、結果として、HTCのわらバイオ炭は11.0 MJの可能性を持つことになります。同量の消化物（8.0 MJ）からバイオメタン（5.2 MJ）およびHTC炭の形で、ADおよびHTC、合計13.2 MJバイオエネルギーに適用した場合に、それ以外の場合は、（ 図8）を製造することができる。また、処理のUASの液相は、潜在的な液体肥料である。また、HTCのバイオ炭は、高付加価値素材使用で、より高い潜在能力を持っているか、土壌改良として使用する場合があります。ビューの炭素隔離や炭素循環の点については、HTCのバイオ炭の材料使用は、より実現可能であること、エネルギー生産。

水熱炭化と組み合わせた嫌気性消化は、個々のプロセスよりも多くのバイオエネルギーを得ることができる。しかし、カスケード接続されたデザイン、効率をよくするために必要とされる。経済的評価に続いて、全体的なエネルギーバランスが、このプロセスを検証するために必要とされている。今後の研究では、HTCのバイオ炭のHTCの酒と治療後（化学的または生物学）の使用を含むべきである。また、のUASとHTCシステムの両方の自動化が必要となります。この研究は、実験室規模のUASとHTCリアクターを使用して実施されたが、そのプロセスを商業化しようとする場合、プロセスのスケールアップが必要となる。

開示事項

著者らは開示するものは何もない。

謝辞

この研究は、ドイツ連邦研究教育省からプロジェクト管理ユリッヒ（PtJ）の支援を受けました。著者らは、バイオ炭研究室での技術サポートについて、ウルフ・リューダー氏に感謝します。また、Maria Sanchez氏とJonas Nekat氏には、バイオガスと分析研究所でのボランティア活動にも感謝しています。マルセル・シュミットとアンティエ・シュミットは、ビデオ撮影と編集における貴重な努力でも認められています。

材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
UASSリアクター特許取得済みの設計
バランスKERN440-55N0.2 g精密
バイオフィルムキャリアRVT Process Equipment GmbH, GermanyBioflow 40305 m2/m3
HeatingバスLauda-Konigshofen, Germany LaudaEcoline 011中温性と好熱性の温度を確保
再循環ポンプハイドルフ ポンプドライブ5201
麦わらDittmannsdorfer Milch GmbH、ドイツ5-65 mm
長さ バイオガス分析器プロノヴァ、ドイツSSM 6000
ガスメーターリッター、ドイツドラム型
HTC 原子炉Parr 機器、モリーン、イリノイ州 米国Parr 45555 ガロン容量
HTC温度コントローラーParr機器、モリーン、イリノイ州米国4848Kタイプ熱電対
バランスKERNFKB0.1 g精密
暖房システムParrA1600EEEバンドヒーター、2 & deg;C/min
ソフトウェアSpecView32849デジタル監視およびプログラミングインターフェース
触媒酸化タングステン(VI)元素分析装置
バランスメトラー・トレドSN-11281232811 µg 精密
サンプルパンElemental Analyssystem GmbHTin 6 x 6 x 12 mm panElemental analysis
乾燥オーブンBinder GmbH,Germany FP 115105 °Cオーブン
元素分析装置VarioEL IIICHNS analyzer

参考文献

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