Name: Transformatie van organisch huishoudelijk restjes naar een veen vervanger (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-07-09T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 43 s
Description: Leer hoe je organisch huishoudelijk afval omzet in hydrochar via hydrothermale carbonisatie en thermische nabehandeling. Deze methode biedt een duurzaam alternatief voor fossiele meststoffen en draagt bij aan klimaatmitigatie.

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

playerTrialDesktop

De auteurs zijn dankbaar voor de financiële steun die de Europese Commissie heeft ontvangen onder de charme en de AdvCharM van het klimaat-KIG-programma en van het Spaanse ministerie van wetenschap, innovatie en universiteiten onder RTC-2017-6087-5 van de "onderzoekers, Desarrollo e innovacion Orientada a los retos de la Sociedad "programma en onder het programma Severo Ochoa (SEV-2016-0683).

1. hydrothermische carbonisatie van huishoudelijke restjes
<ol><li>Berekening van de geschikte hoeveelheden water en biomassa voor het reactiemengsel.<ol>
<li>Het reactiemengsel moet de helft van het volume van de autoclaaf vullen. Stel dat de dichtheid van het mengsel ongeveer 1 g/mL is en bereken de bedragen op gewicht. Ongeveer 80 GEW% moet water en de rest vaste stof. Het totale watergehalte is niet cruciaal en kan variëren van 70 tot 85 gew.%.</li>
		<li>Selecteer de biomassa uit keuken restjes zoals fruit schillen of oneetbare plantaardige onderdelen. Om een exacte massabalans voor sectie 1 te berekenen, moet u een monster van de biomassa bij 100 – 105 °C drogen in een oven voor 2 uur of 's nachts. De verkregen massa is de vaste stof van de biomassa. U ook literatuurgegevens gebruiken (de nauwkeurigheid wordt verlaagd).</li>
		<li>Bereken hoeveel natte biomassa nodig is om de autoclaaf op te laden met 20 GEW% vaste stof en hoeveel water er samen met de stof moet worden geïntroduceerd. Bereken hoeveel water nodig is om de gewenste hoeveelheid water in de reactor te bereiken.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Het opladen van de autoclaaf. Let op: de autoclaaf moet worden voorzien van een ruptuur schijf met een burst-druk van 50 bar.<ol>
<li>Weeg biomassa en water af zoals berekend in stap 1.1.3 en introduceer beide in de autoclaaf.</li>
		<li>Sluit de autoclaaf en druk deze met stikstof tot 20 bar. Bevestig dat er geen drukverlies is gedurende 30 minuten. Dit zorgt ervoor dat het vat goed gesloten is zonder lekkages. Laat de druk los en sluit het vat opnieuw.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Carbonisatie reactie.<ol>
<li>Schakel het roer in. Verwarm de autoclaaf tot 215 °C binnen 30 minuten en houd de temperatuur gedurende ten minste 4 uur of 's nachts bij.</li>
		<li>Controleer de druk voor de eerste 2 uur. In het algemeen volgt de dampdruk curve van water tot 21 bar. Als de druk niet toeneemt, wordt de verwarming niet goed uitgevoerd of is het schip niet goed gesloten. Als dit gebeurt, stop dan de reactie en controleer de verwarming en afdichting.</li>
		<li>In zeldzame gevallen, bijvoorbeeld als de biomassa gevoelig is voor decarboxylering, kan de maximale druk 5 tot 10 bar hoger zijn dan de 21 Bar, veroorzaakt door Stoomdruk bij 215 °C. Als de druk hoger is dan 35 bar, schakel dan de verwarming uit en onderbreek de reactie. Nadat het op kamertemperatuur is afgekoeld, laat u de resterende druk voorzichtig los en start u opnieuw vanaf stap 1.3.1.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Herstel van de rauwe hydrochar.<ol>
<li>Wanneer de autoclaaf is afgekoeld tot kamertemperatuur door natuurlijke koeling, laat u de restdruk voorzichtig los en opent u de Autoclave.</li>
		<li>Scheid vaste en vloeistoffen door vacuümfiltratie met een Buchner trechter. Gooi de vloeibare fase weg als waterige oplossing onder gevaarlijk laboratoriumafval.</li>
		<li>Droog de vaste stof bij 100 tot 105 °C in een oven voor 2 uur of 's nachts. Bereken de massabalans van de eerste stap, d.w.z. de hydrothermische carbonisatie (sectie 1). Hierbij rekening houden met het droge gewicht van de biomassa en het droge gewicht van het product.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. thermische behandeling van rauwe hydrochar in batch-modus
<ol><li>Weeg 1 g droge rauwe hydrochar af en plaats deze op een glasfrit van een buisvormige kwarts reactor (Batch Reactor).</li>
	<li>Gebruik voor grotere hoeveelheden, zoals 10 tot 20 g, pelletiseerd materiaal met een deeltjesgrootte van 0,2 tot 6 mm. anders kan het optreden van voorkeurs kanalen de homogene behandeling van het monster belemmeren.</li>
	<li>Plaats de Verwarmingsmantel van de reactor en Verbind een down-flow stikstofstroom van 20 mL/min. plaats een klein bekerglas onder de reactor uitlaat om gecondenseerde vloeistoffen te verzamelen. Koeling is niet vereist.</li>
	<li>Aspirate gassen aan de uitlaat en voer ze naar de uitlaat of plaats de hele reactor in een afzuigkap. Verwarm de reactor tot 275 °C met een helling van 10 graden/min. behoud de temperatuur gedurende 1 uur.</li>
	<li>Als u weer op kamertemperatuur wordt afgekoeld, koppelt u de gasstroom los. Gooi de in het bekerglas verzamelde vloeistof weg met de niet-gehalogeneerde organische residuen. Herstel het koolstof materiaal en weeg het af. Bereken de massabalans voor sectie 2, d.w.z. de thermische behandeling, van de massa's die worden gebruikt en verkregen, en voor de algehele reactie van de massa die is verkregen in de thermische behandeling en de droge biomassa die in de carbonisatie stap wordt gebruikt.</li>
</ol>3. analyse van het eindproduct door thermogravimetrie (TG)
<ol><li>Plet het product in een mortel en weeg een monster van 10 mg in een filterkroes van het apparaat.</li>
	<li>Plaats de filterkroes in de autosampler van het TG-apparaat en selecteer de analyse condities: Stel de maximale temperatuur in op 600 °C en gebruik lucht als sweep gas en een temperatuur helling van 10 graden/min.</li>
	<li>Start de analyse.</li>
	<li>Kwantificeer het massaverlies bij 275 °C in de TG-curve door het verschil te berekenen tussen het aanvangs gewicht en dat bij deze temperatuur is waargenomen (Zie Figuur 2). Het massaverlies uitdrukken als percentage van het aanvankelijke gewicht. Vergelijk de waarden van behandelde en onbewerkte monsters. Er wordt een duidelijke reductie waargenomen.</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 en Borja Oliver-Tomas zijn medewerkers van Ingelia SL die hydrochar-samples produceerde die in dit artikel worden gebruikt. Maria Consuelo Hernández-Soto, Estefanía Ponce en Michael Renz hebben niets te onthullen.

De hydrothermische carbonisatie is een zeer veerkrachtige methode en biedt altijd een koolzuurprodukt, d.w.z. de hydrochar. De opbrengst en eigenschappen van de hydrochar kunnen echter variëren, niet alleen als gevolg van reactieomstandigheden of reactie controle, maar veeleer door heterogeniteit en variatie van de biomassa. Massa opbrengst en C-gehalte kunnen bijvoorbeeld hoger zijn voor lignocellulosische biomassa met een hoger lignine-gehalte of houtachtige materialen.
In het geval dat een hogere carbonisatie graad (gekwantificeerd door elementair onderzoek) gewenst is, kan de hydrochar opnieuw worden ingediend bij de carbonisatie reactie. Alternatief, in toekomstige reacties reactietijd kan worden verlengd of reactie temperatuur kan worden verhoogd (Let op, autogene waterdruk stijgt exponentieel met de temperatuur).
De uitkomst van de thermische behandeling hangt ook af van de samenstelling van de grondstof. Als de biomassa bijvoorbeeld andere organische componenten omvat, zoals plantaardige olie, zal de thermische behandeling deze vluchtige stoffen scheiden van het vaste en massaverlies zal groter zijn.
In dit protocol worden beide stappen in de batchmodus uitgevoerd. Voor industriële toepassingen moet het hele productieproces in continue modus worden uitgevoerd. De hydrothermische carbonisatie wordt al uitgevoerd als een continu proces26,27, maar de thermische behandeling moet nog verder worden ontwikkeld. Het uiteindelijke doel is om de OFMSW om te zetten in een koolzuurhoudend materiaal met veen eigenschappen, zodat het gebruik van turf (beschouwd als een fossiel materiaal) toeneemt in de land-en tuinbouw met duidelijke voordelen voor het milieu en als bijdrage aan de klimaat beperking wijzigen.

Hydrothermische carbonisatie (HTC) is een opkomende technologie voor afvalbeheer van natte, lignocellulosische middelen. Deze technologie werd herontdekt door Antonietti en Titirici en toegepast op dennennaalden, dennenappels, Eikenloof en sinaasappelschillen1. Daardoor wordt de biomassa omgezet in hydrochar, een koolzuurvaste stof die lijkt op bruinkool2,3 of turf4,5. Sindsdien hebben vele residuele grondstoffen zoals agro-industrieel afval verwerkt6,7,8, de organische Fractie van stedelijk vast afval (ofmsw)9, of papiermolen slib10. De technologie wordt ook gebruikt als voor behandeling van biomassa voor pyrolyse en vergassing11. Daarnaast biedt de procedure moderne nanotechnologie materialen uit homogene hernieuwbare bronnen zoals suikers of cellulose. Deze geavanceerde materialen hebben potentieel voor toekomstige toepassingen als elektroden voor oplaadbare batterijen, brandstofcellen of superkrachten, gasopslag, sensoren of levering van geneesmiddelen12,13.
Hydrochar is een koolstof materiaal en kan als zodanig worden gebruikt als hernieuwbare vaste brandstof, vooral wanneer het wordt geproduceerd uit lage waarde, heterogene bronnen met variabele (seizoensgebonden of regionale) samenstelling. De productie van hydrochar en de toepassing ervan op de bodem, in plaats van de onmiddellijke verbranding ervan, zullen echter een drievoudige bijdrage leveren aan de mitigatie van klimaatverandering. Ten eerste, het kiezen van HTC als afvalbeheer technologie vermijdt de uitstoot van het krachtige broeikasgas methaan tijdens compostering of ongecontroleerde ontleding14,15. Ten tweede, het vermijden van verbranding van hydrochar na een korte tijd en het toepassen op de bodem, verwijdert het koolstofdioxide uit de atmosfeer voor een langere periode, dat wil zeggen, het bestaat uit Real Carbon Capture and Storage (CCS)16,17. Ten derde, in het algemeen, geamendeerde char bodems zijn meer vruchtbare bodems (zwarte bodems) en plantengroei wordt verhoogd. 18 , 19 dit vermindert het gebruik van meststoffen en de uitstoot van kooldioxide in verband met hun productie, naast het behoud van middelen. Bovendien verwijdert extra plantengroei meer koolstofdioxide uit de atmosfeer.
Hoewel het duidelijk is dat er veel schijnbare argumenten zijn voor de toepassing van hydrochar op de bodem, houdt het materiaal een ongemak in: rauwe hydrochar gedraagt zich niet precies als Biochar dat wordt geproduceerd door pyrolyse. Hydrochar verhoogt niet duidelijk de plantengroei of nog erger, het veroorzaakt vaak een nogal negatief effect20,21,22. Daarom worden boeren niet aangemoedigd om het toe te passen, en nog minder om er geld voor te betalen. Gelukkig kan dit nadeel worden verzacht of geëlimineerd. De eenvoudigste manier is om gewoon te wachten op de tweede kweekcyclus22. Ook wassingen20,21,22,23 of co-compostering24 zijn succesvolle behandelingen voor dit doel. Al deze procedures vereisen echter tijd of produceren een waterige stroom die verdere zorg nodig heeft.
Onlangs is gebleken dat rauwe hydrochar kan worden onderworpen aan een zachte thermische post-behandeling25. Het doel van deze procedure is simpelweg de ongewenste vluchtige en schadelijke stoffen te desorptie. De resulterende geconcentreerde stroom van voornamelijk organisch materiaal kan thermisch worden onderzoeksresultaten in situ. Als zodanig is de energiebalans van de HTC-fabriek verbeterd en wordt elk milieurisico van de zijstroom voorkomen. Ontkieming tests tonen aan dat de behandeling succesvol is bij een temperatuur van 275 °C of hoger.
Het huidige protocol (Zie Figuur 1) omvat twee reactie stappen en één eenvoudige analytische methode voor de evaluatie van de uitkomst van de reactie. Tijdens de eerste stap wordt de biomassa omgezet in rauwe hydrochar in een autoclaaf bij 215 °C en bij een druk van 21 bar. Hier worden huishoudelijk restjes gebruikt als startmateriaal. Deze omvatten allerlei plantaardige materialen zoals fruit schillen, fruit stenen, oneetbare plantaardige onderdelen, koffie gronden, keukenpapier, compostelbare plastic zakken, enz. Het carbonaceeuze materiaal wordt opgevangen door filtratie en gedroogd. Voor de tweede stap wordt het geplaatst op een glasfrit van een verticale buisvormige reactor die de gasstroom in een neerwaartse stroomrichting toepast. De buis wordt verhit tot 275 °C gedurende 1 uur. De resulterende vaste stof wordt door thermogravimetrie (TG) in de lucht geanalyseerd. Het materiaalverlies tot 275 °C wordt gekwantificeerd en vergeleken met het verlies dat wordt waargenomen bij onbehandelde hydrochar. Het koolstof materiaal kan verder worden gekarakteriseerd door elementair onderzoek (C, H, N en S), asgehalte en assamenstelling (voornamelijk CA, al, si en P).

<table><tbody><tr><td>Autoclaaf met een vatvolume van 100 tot 500 mL</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Continue flow tubulaire calcinatiereactor met glazen frit</td><td></td><td></td><td>Kwartsbuis: 37 cm lang, 20 mm buitendiameter, glazen frit (3 mm dikte) op 22 cm vanaf de bovenkant van de buis</td></tr><tr><td>Vacuumfiltratiesysteem</td><td></td><td></td><td>Buchner-trechter, filterpapier, filterkolf</td></tr><tr><td>Oven voor het drogen van monsters bij 100 &deg;C</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Thermogravimetrische analyzer</td><td></td><td></td><td>Bijv. Netzsch STA 449F3 Jupiter met Netzsch STA 449F3 software en Netzsch ASC Manager software voor autosampler controle</td></tr><tr><td>Elke soort plantaardige biomassa (zie bijvoorbeeld tabellen 1 en 2) inclusief:</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Composteerbare plastic zakken van BASF</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Plastic zakken voor het verzamelen van de organische fractie in huishoudens, geleverd door lokale afvalbeheerders</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Composteerbare koffiecapsules ecovio (BASF)</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

transformatie van organisch huishoudelijk restjes naar een veen vervanger

Transformation of Organic Household Leftovers into a Peat Substitute

Een tweestapsprocedure wordt beschreven voor de synthese van een koolstof materiaal met een vergelijkbare samenstelling en eigenschappen als turf. De geproduceerde hydrochar is geschikt gemaakt voor agrarische toepassingen door het verwijderen van de plant groeiende remmende stoffen. NAT huishoudelijk afval zoals vruchten schil, koffie gronden, niet-eetbare plantaardige delen of vochtig lignocellulosisch materiaal in het algemeen, worden behandeld in aanwezigheid van water bij 215 °C en 21 bar in een autoclaaf, d.w.z. door hydrothermische carbonisatie. Al deze restjes hebben een aanzienlijk watergehalte van 90 gewichtsprocent (WT%). Het toevoegen van water breidt de procedure uit tot drogere materialen zoals nutshells of zelfs tuin snoeringen en compostelbare polymeren, d.w.z. de plastic zak voor het verzamelen van de restjes.
Meestal produceert het resulterende koolstof materiaal, genaamd hydrochar, een negatief effect op de plantengroei wanneer het wordt toegevoegd aan de bodem. Het wordt verondersteld dat dit effect wordt veroorzaakt door geadsorbedde fytotoxische verbindingen. Een eenvoudige nabehandeling onder inerte atmosfeer (afwezigheid van zuurstof) bij 275 °C verwijdert deze stoffen. Daarom wordt de rauwe hydrochar op een glasfrit van een verticale buisvormige kwarts reactor geplaatst. Een stikstof gasstroom wordt toegepast in de richting van de down-flow. De buis wordt verhit tot de gewenste temperatuur door middel van een Verwarmingsmantel voor maximaal een uur.
Het succes van de thermische behandeling wordt gemakkelijk gekwantificeerd door thermogravimetrie (TG), uitgevoerd in de lucht. Een gewichtsverlies wordt bepaald wanneer de temperatuur van 275 °C wordt bereikt, aangezien vluchtige inhoud wordt gedesorverd. De hoeveelheid wordt verlaagd in het uiteindelijke materiaal, in vergelijking met de onbehandelde hydrochar.
De tweestapsbehandeling converteert huishoudelijke restjes, met inbegrip van composteerbare zakken die voor hun inzameling worden gebruikt, in een koolstof materiaal dat als plantengroei bevorderaar kan dienen en tegelijkertijd als een koolstof spoelbak voor mitigatie van de klimaatverandering.

Een protocol voor hydrothermische carbonisatie van plantaardig voedselafval in een autoclaaf wordt gepresenteerd, met daaropvolgende droge thermische behandeling bij 275 ° c in een continue stroom reactor die vluchtige organische stoffen desorberende. Het doel is om een koolstof materiaal te produceren dat geschikt is als bodem verbeterende product of substraat component.

Transformatie van organisch huishoudelijk restjes naar een veen vervanger

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 ...

Wij produceren een turfvervanger van resten. Deze procedure heeft een potentieel voor de organisatie van organisch afval. Exacte samenstelling doet er niet toe en seizoensvariaties worden getolereerd.Het biedt een alternatief voor het gebruik van hydrochar als vaste brandstof en helpt daarmee de klimaatverandering te beperken door koolstofafvang en -opslag en het besparen van fossiele meststoffen. Het is zeer belangrijk om de buitenste klemmen strak te sluiten of de samenstelling van de draden kan veranderen tijdens het verwarmen als gevolg van waterverlies en de reactie moet worden herhaald met een vers mengsel. Geef niet te veel om de restdruk na hydrothermale carbonisatie.Werken met biomassa, het is onvoorspelbaar. We zien zowel zeer lage als zeer hoge restdruk. De put voor de thermische behandeling moet dun zijn.Als het te dik is, kunnen preferentiële trajecten optreden met een goede oorzaak en heterogene behandeling en produceren ongeschikte materialen. Om te beginnen, selecteer de biomassa uit de keuken restjes, zoals vruchtenschillen of oneetbare plantaardige onderdelen. Droog het monster van de biomassa op 100-105 graden celsius in een oven voor twee uur of 's nachts.Weeg het gedroogde monster. Bereken de geschikte hoeveelheden water en biomassa voor het reactiemengsel. Hebben de reactie mengsel volume de helft van het volume van de autoclave en het watergehalte tijdens hydrothermale carbonisatie als 85 gewicht procent.Stel dat de dichtheid van het mengsel ongeveer 1 g/ml is. Introduceer de biomassa en het water in de autoclave, die is voorzien van de breuk schijf en ingesteld op een burst druk van 50 bar. Sluit de autoclave en open de stikstoflijn om het onder druk te zetten tot 20 bar.Controleer gedurende de volgende 30 minuten de manometer om te bevestigen dat er geen drukverlies is, wat wijst op een goed gesloten vat zonder lekken. Open vervolgens de uitlaatklep om de druk los te laten en sluit het vat opnieuw. Zet nu het roeren aan.Verwarm de autoclave tot 215 graden celsius binnen 30 minuten en houd de temperatuur minstens vier uur of 's nachts voor de carbonisatiereactie. Controleer de druk gedurende de eerste twee uur, die toeneemt tot 21 bar, na de dampdrukcurve voor water. Wanneer de autoclave is afgekoeld tot kamertemperatuur door natuurlijke koeling, voorzichtig los elke restdruk en open de autoclave.Om de hydrochar terug te krijgen, giet je op een Buchner trechter met vacuüm het mengsel om de vaste en vloeibare te scheiden. Gooi de vloeibare fase als gevaarlijk laboratoriumafval. Droog de vaste stof op de temperatuur van 100-105 graden celsius in een oven gedurende twee uur of 's nachts.Daarna weegt u het gedroogde monster. Bereken de massabalans van de hydrothermale carbonisatie. Houd rekening met het droge gewicht van de biomassa en het droge gewicht van het hydrocharproduct.Op een glazen frit van een buisvormige kwarts batch reactor, wegen 2-3g van droge, ruwe hydrochar voor homogene behandeling. Voor grotere hoeveelheden, zoals 10-20g, gebruikpelsgereid materiaal met een deeltjesgrootte van 0,2-6mm. In een rookkap, steek een thermische koppeling door de thermische put in de buisvormige kwarts reactor met het einde het bereiken van het bed geplaatst op de frit.Plaats de reactor in de verwarmingsmantel en sluit een stikstofstroom van 20 ml per minuut aan op de reactor. Plaats een kleine glazen fles onder de reactoruitlaat om gecondenseerde vloeistoffen te verzamelen. Verwarm de reactor tot 275 graden celsius met een helling van 10 graden per minuut.Houd deze temperatuur een uur aan. Wanneer afgekoeld tot kamertemperatuur, los te koppelen van de gasstroom. Gooi de vloeistof die in het bekerglas wordt verzameld weg naar het niet-gehalogeneerde organisch afval.Draai de reactor om om het koolstofmateriaal terug te brengen tot een smeltkroes en weeg het. Bereken de massabalans voor de thermische behandeling. Van de massa verkregen in de thermische behandeling en de droge biomassa die wordt gebruikt in de carbonisatiestap.Plet eerst het product in een mortel en weeg 10 mg van het monster in een smeltkroes van het TG-apparaat. Plaats de smeltkroes met het monster in de automonsternemer van het TG-apparaat en pas de maximumtemperatuur aan op 600 graden Celsius. Gebruik lucht als veeggas en een temperatuurhelling van 10 graden per minuut.Druk op de muisknop om de analyse te starten. Kwantificeer het massaverlies bij 275 graden Celsius in de TG-curve door het verschil tussen het oorspronkelijke gewicht en het gewicht dat bij deze temperatuur wordt waargenomen, te berekenen. Dit protocol transformeert keukenresten in hydrochar geschikt voor agrarische toepassingen in twee stappen.Hydrothermale carbonisatie gevolgd door een thermische post-behandeling. In de carbonisatiereactie wordt natte lignocellulosebiomassa omgezet in een bruin kleur koolstofhoudend materiaal. Hoe donkerder de bruine kleur, hoe geavanceerder is de carbonisatiereactie.De druk tijdens de carbonisatiereactie moet toenemen tot ten minste 21 bar, dat is de autogene stoomdruk bij 250 graden Celsius. Echter, in het algemeen, de druk is een of andere manier onvoorspelbaar. Het hangt af van het soort biomassa en de staat van degradatie.De massaopbrengst van de carbonisatie omvat een breed bereik van 30-90 gewichtsprocent. De massaopbrengst is meestal hoger voor houtachtiger materiaal met een hoog ligninegehalte en lager voor zuivere suikerpolymeren zoals zetmeel. Thermogravimetrische analyse van de hydrocharmonsters toont aan dat het verlies van vluchtige stoffen tussen 200 en 300 graden Celsius thermische behandeling minder is dan het verlies van ruwe hydrochar.Bij 275 graden Celsius, het massaverlies was 34,6 gewicht procent voor de onbehandelde hydrochar monster. Na de behandeling bij 200 graden Celsius werd een vermindering van het vluchtige gehalte van 17,5% bereikt. Na behandelingen bij 250, 275 en 300 graden Celsius was het overeenkomstige massaverlies respectievelijk 6,01, 5,17 en 4,22 gewichtspercentages van de totale massa.Ook het initiële watergehalte is niet cruciaal voor de uitkomst van de reactie. Houd er rekening mee dat een meer geconcentreerde oplossing zorgt voor een hogere opbrengst van organisch vast materiaal. Uitgaande van meer homogene voervoorraden bij brouwers pengraan of agro-industriële residuen, kunnen materialen met een hogere waarde worden geproduceerd.Het toepassen van hogere temperaturen tijdens de tweede behandeling verhoogt het koolstofgehalte. Hydrochar is voorgesteld voor diverse toepassing. Bijvoorbeeld als oplosmiddel, actieve kool of elektroden in batterijen.De bereiding van dit geavanceerde materiaal omvat vaak een thermische afwerkingsstap. Hydrothermale carbonisatietechnologie is al opgeschaald naar industriële schaal. Op deze grootte is de grondstof zeer heterogeen en variabel.Hier u zien tuinieren residuen worden verwerkt. Op dit moment, het commerciële product zijn pellets, zei u, vaste brandstof, met een tweede behandeling, een solide product wordt geproduceerd, het verhogen van de bijdrage van de voeding voorraad aan de klimaatverandering mitigatie.

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

Research

JoVE Journal

Chemistry

Scheikunde

Begin with an anaerobic digester, a sealed, oxygen-free reactor seeded with a synthetic sludge that mimics the settled solids from wastewater.The sludge contains mesophilic anaerobic microbes, a mixed microbial community.These microbes thrive at moderate temperatures and drive the digestion of the sludge’s organic matter.Continuously mix the sludge to sustain the bacterial activity and promote digestion.Later, add bioplastics, which are biodegradable polymers, into the sludge.During incubation,...

Anaerobic Digestion of Bioplastics for Biogas Production

Plastic folies label "biologisch afbreekbaar" zijn commercieel beschikbaar voor gebruik in de landbouw als mulch. Grondbewerking vertegenwoordigt een aantrekkelijke verwijdering methode, maar degradatie onder veldomstandigheden wordt slecht begrepen. Het doel van deze studie was werkwijzen voor het isoleren van natieve bodemschimmels en bacteriën die plastic mulch films koloniseren na grafveld ontwikkelen.

Isolatie van de Native Soil Micro-organismen met Potentieel voor Breaking Down Biologisch afbreekbaar plastic mulch films gebruikt in de landbouw

Een roman Upflow Anaërobe Solid State (UAS) reactor werd gebruikt voor de productie van biogas uit vezelachtige grondstof. Digestaat van UASs reactor werd hydrothermisch verkoold in HTC biochar in een onder druk batchreactor. De integratie van de twee bio-energie concepten werd toegepast in dit onderzoek om de totale productie van bio-energie te verhogen.

Evaluatie van de geïntegreerde anaërobe vergisting en Hydrothermal Carbonisatie voor bio-

Er wordt een procedure voor thermochemische omzetting van biomassaresten gepresenteerd die gericht is op het maximaliseren van de opbrengst van vloeibare producten (snelle pyrolyse). Het is gebaseerd op een technologie die op industriële schaal bewezen is en vooral geschikt is voor het verwerken van stroachtige biomassa.

Snelle pyrolyse van biomassa residuen in een Twin-schroef Mengen Reactor

Een protocol voor de emissie voorloper uitputting van lage kwaliteit biomassa door lage temperatuur magnetron bijgestaan hydrothermale carbonisatie behandeling wordt gepresenteerd. Dit protocol omvat de magnetron parameters en de analyse van het biokolen product en proceswater.

Vermindering van wilg hout brandstof emissie door lage temperatuur magnetron bijgestaan hydrothermale carbonisatie

Dit protocol beschrijft een interne doorvoer voor aanvullende analytische en omics technieken, culminerend in een volledig gekoppeld karakterisering van natuurlijke organische stof en microbiële proteomics in verschillende ecosystemen. Deze aanpak maakt robuuste vergelijkingen voor het identificeren van de metabolische banen en het transformaties die belangrijk zijn voor het beschrijven van de gasproductie van broeikasgassen en het voorspellen van reacties op veranderingen in het milieu.

Single-doorvoer complementaire High-resolution analytische technieken voor het karakteriseren van complexe natuurlijke organische stof mengsels

Nieuwe methoden voor het verwijderen van bosstapels produceren pyrogene koolstof voor het herstel van de gezondheid van de bosbodem en voor koolstofverwijdering en -vastlegging. Hier presenteren we een biochar-productiemethode die een nieuwe boekhoudmethode voor koolstofverwijdering en een digitale applicatie integreert.

Produceren, karakteriseren en kwantificeren van biochar in het bos met behulp van draagbare vlamkapovens

Luchtverontreiniging heeft invloed op de kwaliteit van leven van alle organismen. Hier beschrijven we het gebruik van microalgenbiotechnologie voor de behandeling van biogas (gelijktijdige verwijdering van kooldioxide en waterstofsulfide) en de productie van biomethaan door middel van semi-industriële open algenvijvers met hoge snelheid en de daaropvolgende analyse van behandelingsefficiëntie, pH, opgeloste zuurstof en microalgengroei.

Biogaszuivering door het gebruik van een microalgenbacterieel systeem in semi-industriële algenvijvers met hoge snelheid

Dit protocol beschrijft een best practice voor het bepalen van methaanproductie en microbiële kinetische parameters met behulp van respirometrie voor anaërobe microbiota, co-vergisting van voedselresten en door afval geactiveerd slib.

Het meten van het biomethaanpotentieel van voedselresten die anaeroob zijn vergist samen met door afval geactiveerd slib met behulp van respirometrie

Hier presenteren we een geoptimaliseerde methodologie voor het produceren van op mycelium gebaseerde composieten (MBC's) uit petrochemicaliën en vervuilende materialen voor thermische isolatietoepassingen. Om koolstofneutraal en duurzaam te worden, kunnen biobased en composteerbare materialen zoals mycelium bio-composiet de oplossing zijn. Om te bepalen of ze aan de bouwnormen voldoen, zijn verschillende experimenten uitgevoerd.

Productie en testen van vochtgedrag en thermische eigenschappen van koolzaadstro en Ganoderma resinaceum mycelium bio-composieten

Dit protocol presenteert een schaalbare methode om voedselafval om te zetten in biologisch afbreekbare polyhydroxyalkanoaat (PHA) bioplastics. Het maakt gebruik van gestopte anaërobe vergisting voor de voorbehandeling van voedselafval, halofiele microbiële fermentatie voor PHA-biosynthese en een chemicaliënvrij downstreamproces voor PHA-terugwinning.

Schaalbare stapsgewijze aanpak van duurzame productie van bioplastic uit voedselafval

Leer hoe je organisch huishoudelijk afval omzet in hydrochar via hydrothermale carbonisatie en thermische nabehandeling. Deze methode biedt een duurzaam alternatief voor fossiele meststoffen en draagt bij aan klimaatmitigatie.

Transformatie van organisch huishoudelijk restjes naar een veen vervanger

Meer video's verkennen