Um protocolo para a carbonização hidrotermal do desperdício do alimento vegetal em uma autoclave é apresentado, com tratamento térmico seco subseqüente em 275 ° c em um reator contínuo do fluxo que desorbing substâncias orgânicas voláteis. O objetivo é produzir um material de carbono adequado como produto de alteração de solo ou componente de substrato.
Artigo de método
Transformação das sobras orgânicas do agregado familiar em um substituto da turfa
Neste artigo
Resumo
Resumo
Um procedimento de duas etapas é descrito para a síntese de um material de carbono com uma composição semelhante e propriedades como turfa. O hidrocarvão produzido é feito apropriado para aplicações agriculturais removendo as substâncias inibitórias crescentes da planta. Os resíduos domésticos molhados, como cascas de frutas, borras de café, partes vegetais não comestíveis ou material lignocelulóico úmido em geral, são tratados em presença de água a 215 ° c e 21 bar em autoclave, ou seja, por carbonização hidrotermal. Todas essas sobras têm um considerável teor de água de até 90% de peso (WT%). Adicionar a água estende o procedimento aos materiais mais secos tais como nozes ou mesmo prunings do jardim e polímeros compostáveis, isto é, o saco de plástico para a coleção das sobras.
Geralmente, o material resultante do carbono, chamado hydrochar, produz um efeito negativo no crescimento de planta quando adicionado ao solo. Supõe-se que este efeito é causado por compostos fitotóxicos adsorvedos. Um simples pós-tratamento atmosfera inerte (ausência de oxigénio) a 275 ° c remove estas substâncias. Conseqüentemente, o hidrocarvão cru é coloc em um frita de vidro de um reator tubular vertical do quartzo. Um fluxo do gás do nitrogênio é aplicado na direção do baixo-fluxo. O tubo é aquecido à temperatura desejada por meio de um manto de aquecimento por até uma hora.
O sucesso do tratamento térmico é facilmente quantificado por Termogravimetria (TG), realizada no ar. Uma perda de peso é determinada quando a temperatura de 275 ° c é alcançada, uma vez que o conteúdo volátil é desorbed. Sua quantidade é reduzida no material final, em comparação com o hydrochar não tratado.
O tratamento em duas etapas converte as sobras domésticas, incluindo sacos compostáveis empregados para sua coleta, em um material de carbono que pode servir como promotor de crescimento vegetal e, ao mesmo tempo, como um dissipador de carbono para a mitigação das mudanças climáticas.
Introdução
A carbonização hidrotérmica (HTC) é uma tecnologia emergente para a gestão de resíduos de recursos úmidos e lignocelulóicos. Esta tecnologia foi redescoberta por Antonietti e Titirici e aplicada a agulhas de pinheiro, cones de pinheiro, folhas de carvalho e cascas de laranja1. Dessa forma, a biomassa é convertida em hydrochar, um sólido carbonáceo semelhante ao lignite2,3 ou turfa4,5. Desde então, muitas matérias-primas residuais têm processado como resíduos agroindustriais6,7,8, a fração orgânica de resíduos sólidos municipais (ofmsw)9, ou lodo de moinho de papel10. A tecnologia também é usada como pré-tratamento de biomassa para pirólise e gaseificação11. Além disso, o procedimento fornece materiais modernos de nanotecnologia de recursos renováveis homogêneos, como açúcares ou celulose. Estes materiais avançados têm potencial para aplicações futuras como eletrodos para baterias recarregáveis, células de combustível ou supercapacitadores, armazenamento de gás, sensores ou entrega de medicamentos12,13.
O hydrochar é um material de carbono e, como tal, pode ser usado como combustível sólido renovável, especialmente quando produzido a partir de recursos heterogêneos de baixo valor, com composição variável (sazonal ou regional). No entanto, a produção de hidrochar e sua aplicação no solo, em vez de sua combustão imediata, terão uma tripla contribuição para a mitigação das mudanças climáticas. Primeiramente, escolhendo HTC como a tecnologia waste da gerência evita a emissão do metano poderoso do gás da estufa durante aduing ou decomposição descontrolada14,15. Segundo, evitando a combustão de hidrocarvão após um curto período de tempo e aplicando-o ao solo, remove o dióxido de carbono da atmosfera por um período de tempo mais longo, isto é, consiste na captação e no armazenamento reais do carbono (CCS)16,17. Em terceiro lugar, em geral, os solos alterados de Char são solos mais férteis (solos negros) e o crescimento das plantas é aumentado. 18 anos de , 19 isso reduz o uso de fertilizantes e as emissões de dióxido de carbono relacionadas à sua produção, além de preservar recursos. Além disso, o crescimento vegetal adicional remove mais dióxido de carbono da atmosfera.
Embora seja bastante claro que há muitos argumentos evidentes para a aplicação de hidrocarvão ao solo, o material envolve um inconveniente: hidrocarvão cru não se comporta exatamente como biochar que é produzido por pirólise. Hydrochar não aumenta claramente o crescimento da planta ou ainda pior, freqüentemente provoca um efeito bastante negativo20,21,22. Portanto, os agricultores não são incentivados a aplicá-lo, e ainda menos para pagar dinheiro para ele. Felizmente, essa desvantagem pode ser atenuada ou eliminada. A abordagem mais fácil é simplesmente aguardar o segundo ciclo de cultivo22. Também as lavagens20,21,22,23 ou a co-compostagem24 são tratamentos bem sucedidos para esta finalidade. No entanto, todos estes procedimentos requerem tempo ou produzem um fluxo aquoso que necessitam de cuidados adicionais.
Recentemente, mostrou-se que o hidrocarvão cru pode ser sujeitado a um borne-tratamento térmico macio25. O objetivo deste procedimento é simplesmente de as substâncias voláteis indesejáveis e prejudiciais. O fluxo concentrado resultante de principalmente matéria orgânica pode ser valorizado termicamente in situ. Como tal, o equilíbrio energético da planta HTC é melhorado e qualquer risco ambiental do fluxo lateral é impedido. Os testes de germinação mostram que o tratamento é bem-sucedido quando realizado a temperaturas de 275 ° c ou superior.
O presente protocolo (ver Figura 1) envolve duas etapas de reação e um método analítico direto para a avaliação do desfecho da reação. Durante a primeira etapa, a biomassa é convertida em hidrocarvão cru em uma autoclave em 215 ° c e em uma pressão de 21 barras. Aqui, as sobras domésticas são empregadas como material de partida. Estes incluem todos os tipos de material vegetal, tais como cascas de frutas, pedras de frutas, peças vegetais não comestíveis, terrenos de café, papel de cozinha, sacos de plástico compostáveis, etc. O material carbonáceo é coletado pela filtração e secado. Para a segunda etapa, é coloc em um frita de vidro de um reator tubular vertical que aplica o fluxo do gás em uma direção descendente do fluxo. O tubo é aquecido a 275 ° c por 1 h. O sólido resultante é analisado por Termogravimetria (TG) no ar. A perda de material até 275 ° c é quantificada e comparada com a perda observada com o hydrochar não tratado. O material de carbono pode ser caracterizado ainda pela análise elementar (C, H, N e S), teor de cinzas e composição de cinzas (principalmente CA, Al, si e P).
Protocolo
1. carbonização hidrotérmica de sobras domésticas
- Cálculo das quantidades adequadas de água e biomassa para a mistura de reacção.
- A mistura de reacção deve encher metade do volume da autoclave. Suponha que a densidade da mistura é de aproximadamente 1 g/mL e calcular os montantes por peso. Aproximadamente 80% do peso devem ser água e a matéria contínua do descanso. O índice de água total não é crucial e pode variar de 70 a 85 WT%.
- Selecione a biomassa das sobras de cozinha, como cascas de frutas ou peças vegetais não comestíveis. Com o objetivo de calcular um balanço de massa exato para a seção 1, seque uma amostra da biomassa a 100 – 105 ° c em um forno por 2 h ou durante a noite. A massa obtida é a matéria sólida da biomassa. Alternativamente, use dados da literatura (a exatidão é reduzida).
- Calcule quanta biomassa úmida é necessária para carregar a autoclave com 20 WT% de matéria sólida e quanta água deve ser introduzida junto com ela. Calcule quanta água é necessária para atingir a quantidade desejada de água no reator.
- Carregando a autoclave.
PRECAUÇÃO: a autoclave tem de ser fornecida com um disco de ruptura com uma pressão de intermitência de 50 bar.- Pesar biomassa e água como calculado na etapa 1.1.3 e introduzir ambos na autoclave.
- Feche a autoclave e pressurizar-a com nitrogênio até 20 bar. Confirme que não há perda de pressão acima de 30 min. Isto assegura-se de que a embarcação esteja fechada corretamente sem nenhuns escapes. Libere a pressão e feche a embarcação novamente.
- Reação de carbonização.
- Ligue a agitação. Aqueça a autoclave a 215 ° c dentro de 30 minutos e mantenha a temperatura por pelo menos 4 h ou durante a noite.
- Monitore a pressão para os primeiros 2 h. Em geral, segue a curva de pressão de vapor de água até 21 bar. Se a pressão não aumentar, o aquecimento não está a funcionar correctamente ou a embarcação não está correctamente fechada. Se isso acontecer, pare a reação e verifique o aquecimento e vedação.
- Em casos raros, por exemplo, se a biomassa for propensa à descarboxilação, a pressão máxima pode ser de 5 a 10 bar maior do que a 21 bar causada pela pressão de vapor a 215 ° c. Se a pressão exceder 35 bar, desligue o aquecimento e interrompa a reacção. Depois que esfriou para baixo à temperatura ambiente libere com cuidado a pressão restante e comece-a outra vez da etapa 1.3.1.
- Recuperação do hydrochar cru.
- Quando a autoclave esfriou para baixo à temperatura ambiente pelo refrigerar natural, libere com cuidado toda a pressão residual e abra a autoclave.
- Separe o sólido e o líquido pela filtração do vácuo com um funil de Buchner. Elimine a fase líquida como solução aquosa entre resíduos laboratoriais perigosos.
- Seque o sólido em 100 a 105 ° c em um forno por 2 h ou durante a noite. Calcule o balanço de massa da primeira etapa, ou seja, a carbonização hidrotérmica (seção 1). Para isso, leve em conta o peso seco da biomassa e o peso seco do produto.
2. tratamento térmico do hidrocarvão cru na modalidade do grupo
- Pesar 1 g de hidrocarvão cru seco e coloc o em um frita de vidro de um reator tubular do quartzo (reator do grupo).
- Para quantidades maiores, como 10 a 20 g, use material peletizado com um tamanho de partícula de 0,2 a 6 mm. caso contrário, a ocorrência de canais preferenciais pode dificultar o tratamento homogêneo da amostra.
- Coloque o manto de aquecimento do reator e conecte uma corrente de nitrogênio de fluxo baixo de 20 mL/min. Coloque uma taça pequena abaixo da saída do reator para coletar líquidos condensados. Refrigerar não é exigido.
- Aspirar gases na saída e conduzi-los para o escapamento ou colocar todo o reator em um exaustor. Aqueça o reator a 275 ° c com uma rampa de 10 graus/minuto. Mantenha a temperatura por 1 h.
- Quando arrefecido até à temperatura ambiente novamente, desligue o fluxo de gás. Descarte o líquido coletado na taça para os resíduos orgânicos não halogenados. Recupere o material de carbono e pese-o. Calcule o balanço de massa para a seção 2, ou seja, o tratamento térmico, das massas empregadas e obtidas, e para a reação global da massa obtida no tratamento térmico e a biomassa seca empregada na etapa de carbonização.
3. análise do produto final por Termogravimetria (TG)
- Esmagar o produto em um almofariz e pesar uma amostra de 10 mgs em um cadinho do aparelho.
- Coloque o cadinho no amostrador automático do aparelho TG e selecione as condições de análise: ajuste a temperatura máxima para 600 ° c e o ar de emprego como gás de varredura e uma rampa de temperatura de 10 graus/min.
- Inicie a análise.
- Quantificar a perda de massa a 275 ° c na curva TG calculando a diferença entre o peso inicial e o observado a esta temperatura (ver Figura 2). Expresse a perda de massa como percentual do peso inicial. Compare os valores de amostras tratadas e cruas. Observa-se uma redução clara.
Resultados
O presente protocolo fornece hidrocarvão adequado para aplicações agrícolas em duas etapas (Figura 1): carbonização hidrotermal, que é seguida por um pós-tratamento térmico. Na reação de carbonização, a biomassa lignocelulóica úmida é transformada em material carbonáceo. O sucesso da reação pode ser determinado pela inspeção visual simples: a amostra contínua tem que ter girado acastanhado, e mais escura a cor marrom, mais avançada a reação do carbonização. O grau de carbonização depende da severidade da reação, que pode ser influenciada pelo tempo de reação; um tempo de reação mais longo, por exemplo durante a noite, assegura um resultado ideal da reação. Um maior grau de carbonização está sempre relacionado a um menor rendimento de massa.
A pressão durante a reacção tem de aumentar para, pelo menos, 21 bar, que é a pressão de vapor autógeno a 215 ° c. No entanto, em geral, a pressão aumenta além desse valor, como mostrado na tabela 1. A pressão de reação é de alguma forma imprevisível e depende do tipo de biomassa e seu estado de degradação. É provável que a formação de gases permanentes, como o dióxido de carbono, seja responsável pelo aumento da pressão e o incremento da pressão durante a reação (em relação à pressão de vapor de 21 bar) permaneça após o resfriamento da autoclave (tabela 1 ; diminuída por ajuste a uma temperatura mais baixa). A pressão aumentada pôde ter um efeito adverso no rendimento maciço do sólido (a matéria-prima é convertida no dióxido de carbono gasoso), mas aparte desta, não é prejudicial ao objetivo total. Uma limitação clara do aumento da pressão é o limite de segurança do aparelho de reação, por exemplo, a pressão de ruptura do disco de rutura. Pequenos vazamentos podem ser a razão pela qual a pressão de 21 barras não é atingida. No entanto, a pressão deve atingir pelo menos 15 bar.
O rendimento maciço da carbonização envolve uma ampla faixa de 30 a 90%, tipicamente de 50 a 65 WT% (tabela 1). O rendimento em massa é geralmente maior para o material mais arborizado com um teor de lignina mais elevado e inferior para polímeros de açúcar puro (Poliacetais), como o amido. Por exemplo, rendimentos inferiores são observados para folhas ou sacos compostáveis. Além disso, a severidade da reação influencia o rendimento em massa. Como já mencionado, os tempos de reação prolongados reduzem o rendimento de massa em comparação com os rendimentos obtidos por reações mais curtas.
Se desejado, o hidrocarvão cru pode ser caracterizado quimicamente pela análise elementar26,27. Assim, o teor de carbono é indicativo do grau de carbonização. A biomassa lignocelulóica tem um teor de carbono (em base seca e livre de cinzas [DAF]) de 45 WT%. Este valor pode ser aumentado para 60 ou 65 WT% por HTC. Valores acima de 65 WT% indicam uma carbonização já avançada em termos de HTC. Por exemplo, dados consulte a tabela 2.
A biomassa lignocelullosica pode ser empregada como "amostras puras" para carbonização hidrotermal como descrito no presente protocolo. Isso pode ser de especial interesse para o estudo do comportamento de um determinado tipo de biomassa. No entanto, na prática, as misturas de tipos de biomassa são processadas. Portanto, no presente protocolo foi empregada uma amostra de hidrocarvão de uma planta piloto industrial. As características deste hidrocarvão são resumidas na tabela 3.
O borne-tratamento térmico, a segunda etapa deste protocolo, foi realizado em temperaturas diferentes, na escala de 200 a 300 ° c, 275 ° c que é a temperatura necessária e suficiente25. A partir da tabela 4 , pode-se observar que o rendimento em massa diminui sucessivamente quando a temperatura é aumentada de 200 para 250 ° c, 275 ° c e 300 ° c, e de quase 90 WT% para 73 WT%, 74 WT% e 60 WT%, respectivamente. No entanto, devido à heterogeneidade da biomassa, e outras possíveis contribuições da mistura de restos de cozinha, este valor não é totalmente reprodutível e pode variar na faixa de 70 WT% a 80 WT% para o tratamento a 275 ° c.
Em um béaker coloc abaixo da tomada do reator um líquido marrom é coletado, que separa em duas fases em cima de estar: uma fase aquosa mais baixa amarela e uma fase orgânica marrom escura superior. O rendimento para o líquido varia de 8 WT% a 30 WT% para a faixa de temperatura de 200 a 300 ° c, e médias em torno de 20wt% para o tratamento a 275 ° c (tabela 4).
Pode-se observar que o balanço de massa do tratamento térmico não atinge 100%, mas soma até 90 a 95% de peso. Talvez a formação de 5 a 10 WT% de dióxido de carbono, produzida por descarboxilação, é a razão para a lacuna. Além disso, compostos voláteis como a água não são condensados completamente com a reação de set-up.
O produto final pode ser analisado por sua fitotoxicidade pelo teste de germinação28de Zucconi. Em suma, as sementes são expostas a extratos aquosos e o efeito sobre o crescimento radicular é quantificado (após vários dias ou semanas). Nisto, uma análise simples e padronizada é empregada para uma avaliação rápida do desfecho da reação, a saber, a análise por Termogravimetria (TG). Por este meio, uma pequena amostra é exposta a um fluxo de ar a uma temperatura crescente (por exemplo, até 600 ° c) e a redução de peso é monitorada.
Gráficos TG típicos para diferentes amostras de hidrochar são exibidos na Figura 2. A perda maciça para o hidrocarvão cru começa em aproximadamente 200 ° c e alcanga quase 50% em 300 ° c. Para a amostra tratada a 200 ° c durante o passo 2, a perda de massa começa novamente a 200 ° c, mas a 300 ° c 70% permanece. As amostras tratadas a uma temperatura mais elevada durante o passo 2 começam a perder massa durante a análise de TG a uma temperatura mais elevada e aproximadamente 90% permanecem a 300 ° c. Daqui, pode-se ver que a perda de voláteis entre 200 e 300 ° c é reduzida ao comparar esse para as amostras tratadas com hydrochar cru. A eliminação deste material volátil foi o objetivo do tratamento térmico e o método analítico confirma sucesso inequivocamente28.
Para a quantificação, a perda de massa a 275 ° c pode ser determinada por meio do gráfico TG (Figura 2). Na Figura 3, a barra inteira apresenta a perda de massa para a amostra de hidrochar não tratada (34,6 WT%). Após o tratamento a 200 ° c, a perda de massa foi de 17,1 WT% de massa total as condições analíticas especificadas. Isso corresponde a uma redução do conteúdo volátil de 17,5 pontos percentuais em relação ao hydrochar cru. Após os tratamentos aos 250, 275 e 300 ° c, a perda de massa correspondente foi de 6, 1, 5,17 e 4,22% de massa total, respectivamente. Pode-se concluir que o tratamento a 200 ° c removeu 50 WT% desses voláteis, e o a 250 ° c removeu mais de 80% do peso. Um aumento mais adicional da temperatura induziu somente mudanças pequenas.
Figura 1: descrição esquemática do protocolo.
Os resíduos de biomassa lignocelulóica produzidos pelas famílias são convertidos por carbonização hidrotérmica (HTC) em hidrocarvão cru, que é submetido a um processo de acabamento que consiste em um pós-tratamento térmico a 275 ° c na ausência de água. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2: análise termogravimétrica de amostras de hidrocarvão.
As curvas mostram a perda de peso quando o hidrocarvão cru e as amostras tratadas em temperaturas diferentes foram expor ao ar na temperatura crescente. Os valores observados a 275 ° c foram utilizados para a comparação das eficiências dos tratamentos na Figura 3. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3: perda de peso até 275 ° c durante a análise de hidrocarvão pela termogravimetria.
Hidrocarvão cru e amostras tratadas em diferentes temperaturas foram analisadas por Termogravimetria (TG). A barra inteira corresponde à quantidade eliminada no hidrocarvão não tratado até 275 ° c durante a análise por TG (veja Figura 2). Este montante pode ser reduzido por tratamentos térmicos das amostras de hidrocarvão: por aproximadamente 50 WT%, nomeadamente por 17,5 pontos percentuais, pelo tratamento a 200 ° c (cor azul); outros 11,1 pontos percentuais pelo tratamento a 250 ° c (cor vermelha); aumento da temperatura da temperatura do tratamento apenas apresentam efeitos mínimos, nomeadamente 0,84 e 0,95 pontos percentuais para os tratamentos a 275 ° c (cinzento) e 300 ° c (laranja), respetivamente. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
| Amostra | Umidade | Água adicionada | Água total | Pressão (quente/frio) | Rendimento sólido (seco) | Rendimento sólido (seco) | |
| Matéria-prima | g | [WT%] | g | [WT%] | bar | g | [WT%] |
| Sobras da fruta | |||||||
| Escudos do pistachio | 5, 0 | 8,0 | 10,1 | 69,5 | 22/0 | 2,28 | 49 |
| Pedras de azeitona | 5,10 | 9,0 | 10,1 | 69,5 | 31/9 | 2,55 | 55 |
| Semente de Damasco | 8,74 | 11,5 | 3,33 | 35,9 | 26/13 | 2,56 | 33 |
| Pedras da ameixa | 4,95 | 33,6 | 10,2 | 78,3 | 28/9 | 2,11 | 64 |
| Pedras da cereja | 7,61 | 45,8 | 4, 3 | 64,6 | 30/10 | 2,62 | 64 |
| Pedras de Nispero | 10,7 | 53,0 | 2,41 | 61,6 | 40/14 | 2,57 | 51 |
| Pedras de nectarina | 9,65 | 48,6 | 5,44 | 67,1 | 27/10 | 3,30 | 67 |
| Pele da banana | 15,2 | 89,0 | 2,27 | 90,4 | 25/9 | 0,93 | 56 |
| Pele do melão | 16,1 | 87,4 | 2,32 | 89,0 | 24/8 | 0,64 | 32 |
| Núcleo do abacaxi | 15,5 | 86,1 | 2,15 | 87,8 | 26/9 | 1,30 | 60 |
| Sobras vegetais, plantas e material herbáceo | |||||||
| Folhas de palmeira | 12,6 | 55,1 | 2,17 | 61,7 | 42/17 | 4,95 | 87 |
| Palmeira | 15,0 | 78,5 | 2,11 | 81,2 | 23/4 | 1,47 | 45 |
| Folhas do abacaxi | 15,4 | 78,4 | 1,74 | 80,6 | 21/8 | 1, 0 | 30 |
| Terrenos para café | 10,8 | 60,9 | 5, 8 | 73,4 | 20/9 | 2,73 | 65 |
| Folhas de artishoke | 15,1 | 80,2 | 2,18 | 82,7 | 31/9 | 1,53 | 51 |
| Folhas da alface | 15,3 | 91,3 | 1,77 | 92,2 | 20/5 | 0,39 | 29 |
| Folhas do Calçot | 15,0 | 72,7 | 2,80 | 77,0 | 29/11 | 1,54 | 38 |
| Vagens do feijão | 15,1 | 82,6 | 2,30 | 84,9 | 31/4 | 1,43 | 55 |
| Sacos compostáveis | |||||||
| Saco compostable para o uso diário | 5, 1 | 0 | 10,0 | 66,7 | 20/4 | 2, 8 | 42 |
| Saco para compostagem | 2,50 | 0 | 5, 0 | 66,7 | 16/3 | 0,92 | 37 |
| Cápsula de café compostável (com jardim de coffe) | 5,56 | 31,4 | 8, 5 | 72,0 | 26/7 | 1,19 | 31 |
Tabela 1: dados experimentais para as carbonizações hidrotermais.
Quantidades de matéria sólida e água utilizadas para as reações e a produção de hidrocar obtidas. O valor da pressão indica a pressão máxima observada quando aquecida a 215 ° c (quente) e após refrigerar para baixo a autoclave à temperatura ambiente (frio).
| C (DAF) | H (DAF) | N (DAF) | S (DAF) | |
| Matéria-prima | [WT%] | [WT%] | [WT%] | [WT%] |
| Sobras da fruta | ||||
| Escudos do pistachio | 68,0 | 4,66 | 0,34 | 0, 0 |
| Pedras de azeitona | 70,0 | 5,97 | 0,81 | 0, 0 |
| Semente de Damasco | 68,6 | 6,16 | 2,21 | 0, 0 |
| Pedras da ameixa | 69,8 | 6,44 | 1,48 | 0, 1 |
| Pedras da cereja | 67,4 | 5,52 | 1,13 | 0, 0 |
| Pedras de Nispero | 67,1 | 5,47 | 1,90 | 0, 3 |
| Pedras de nectarina | 68,8 | 5,39 | 0,88 | 0, 4 |
| Pele da banana | 71,7 | 6,41 | 2,91 | 0, 6 |
| Pele do melão | 69,1 | 6,24 | 2,56 | 0, 8 |
| Núcleo do abacaxi | 68,3 | 5,33 | 1,54 | 0, 2 |
| Sobras vegetais, plantas e material herbáceo | ||||
| Folhas de palmeira | 63,7 | 6,47 | 2,65 | 0,20 |
| Palmeira | 63,2 | 6, 9 | 2, 2 | 0, 3 |
| Folhas do abacaxi | 60,0 | 6,52 | 2,24 | 0,11 |
| Terrenos para café | 66,8 | 6,63 | 3,54 | 0,17 |
| Folhas de artishoke | 63,2 | 5,77 | 3,28 | 0,13 |
| Folhas da alface | 57,8 | 6, 9 | 3,48 | 0,18 |
| Folhas do Calçot | 63,9 | 5,82 | 3,79 | 0,55 |
| Vagens do feijão | 68,0 | 6,17 | 4,18 | 0,14 |
| Sacos compostáveis | ||||
| Saco compostable para o uso diário | 56,8 | 5,15 | 0, 9 | 0 |
| Saco para compostagem | 61,1 | 5,38 | 0, 9 | 0 |
| Cápsula de café compostável (com jardim de coffe) | 60,5 | 5,57 | 2,56 | 0 |
Tabela 2: análise elementar de amostras de hidrocarvão.
| Propriedade | Unidade | Valor |
| Teor de cinzas (base seca; 815 ° c) | [WT%] | 12,9 |
| Volatiles (base seca; 900 ° c) | [WT%] | 66,4 |
| Carbono fixo (base seca) | [WT%] | 20,8 |
| C (DAF) | [WT%] | 66,1 |
| H (DAF) | [WT%] | 7,4 |
| N (DAF) | [WT%] | 3,0 |
| S (DAF) | [WT%] | 0,2 |
Tabela 3: análise Centescível e análise elementar da amostra de hidrochar utilizada nos tratamentos térmicos28.
| Rendimento | Rendimento | |||||||||||||
| massa inicial (hydrochar) | Temperatura | massa final (hydrochar) | massa líquida | Af | De | balanço de massa | rendimento sólido | líquido do rendimento | Af | De | ||||
| Entrada | g | [° C] | g | g | g | g | [%] | [WT%] | [WT%] | [WT%] | [WT%] | |||
| 1 | 15,3 | 275 | 11,0 | 3,14 | 0,125 | 3, 2 | 92,2 | 71,7 | 20,5 | 0,82 | 19,7 | |||
| 2 | 20,5 | 275 | 15,6 | 3,82 | 0,74 | 3, 5 | 94,4 | 75,8 | 18,6 | 3,61 | 14,9 | |||
| 3 | 30,7 | 275 | 22,5 | 6,79 | 1, 1 | 5,78 | 95,6 | 73,5 | 22,1 | 3,29 | 18,8 | |||
| 4 | 15,7 | 200 | 13,7 | 1,27 | 0,26 | 1, 1 | 95,8 | 87,7 | 8,10 | 1,66 | 6,44 | |||
| 5 | 15,3 | 250 | 11,2 | 3,27 | 0,25 | 3, 2 | 94,5 | 73,2 | 21,3 | 1,63 | 19,7 | |||
| 6 | 15,0 | 300 | 9, 7 | 4,46 | 0,593 | 3,87 | 90,1 | 60,4 | 29,7 | 3,95 | 25,8 | |||
| 7a | 15,3 | 275 | 11,8 | 1,79 | 1, 2 | 0,77 | 88,9 | 77,2 | 11,7 | 6,68 | 5, 5 | |||
| a realizado com o hidrocarvão produzido dos prunings do jardim em vez do ofmsw. | ||||||||||||||
Tabela 4: dados experimentais dos tratamentos térmicos.
Após a reação, um sólido e um líquido são recuperados. O líquido separou em cima de estar em um aquosa (AF) e em uma fração orgânica (de). A quantidade em falta é atribuída à formação permanente de gás, por exemplo, dióxido de carbono e condensação incompleta da matéria volátil, como a água.
Discussão
A carbonização hidrotérmica é um método muito resiliente e sempre fornece um produto carbonáceo, ou seja, o hydrochar. Entretanto, o rendimento e as propriedades do hidrocarvão puderam variar, não somente devido às condições da reação ou ao controle da reação, mas rather à heterogeneidade e à variação da biomassa. Por exemplo, o rendimento em massa e o teor de C podem ser mais elevados para a biomassa lignocelulóica com um teor de lignina mais elevado ou materiais lenhosas.
No caso de se desejar um grau de carbonização maior (quantificado por análise elementar), o hidrocarvão pode ser reenviado para a reação de carbonização. Alternativamente, em reações futuras o tempo de reação pode ser prolongado ou a temperatura da reação pode ser aumentada (cuidado, a pressão de água autógena aumenta exponencialmente com temperatura).
O resultado do tratamento térmico também depende da composição da matéria-prima. Por exemplo, se a biomassa envolve outros componentes orgânicos, como o óleo vegetal, o tratamento térmico irá separar esses compostos voláteis da perda de massa e sólida será maior.
No presente protocolo, ambas as etapas são executadas no modo de lote. Para a aplicação industrial, todo o processo de produção tem de ser realizado em modo contínuo. A carbonização hidrotermal já é realizada como um processo contínuo26,27, mas o tratamento térmico ainda tem de ser desenvolvido mais. O objetivo final é converter o OFMSW em um material carbonáceo com propriedades de turfa para que o emprego de turfa (considerado um material fóssil) Aumente na agricultura e na horticultura com benefícios claros para o meio ambiente e como contribuinte para o clima mitigação da mudança.
Divulgações
Marisa Hernandez e Borja Oliver-Tomas são funcionários da ingelia SL que produziram amostras de hidrocarvão usadas neste artigo. Maria Consuelo Hernández-Soto, Estefanía Ponce, e Michael Renz não têm nada a revelar.
Agradecimentos
Os autores são gratos pelo apoio financeiro recebido da Comissão Europeia o encanto e AdvCharM do programa Climate-KIC e do Ministério espanhol da ciência, inovação e universidades RTC-2017-6087-5 do Investigación, Programa Desarrollo e Innovacion orientada a los retos de la Sociedad "e no âmbito do programa Severo Ochoa (SEV-2016-0683).
Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Autoclave com um volume de vaso de 100 a 500 mL | |||
| Reator de calcinação tubular de fluxo contínuo com frita | Tubo de Cuartz: 37 cm de comprimento, 20 mm de diâmetro externo, frita de vidro (3 mm de espessura) a 22 cm do topo do tubo | ||
| Sistema | Funil de Buchner, papel de filtro, frasco de filtro | ||
| Forno para secagem de amostras a 100 & C | |||
| Analisador | Por exemplo, Netzsch STA 449F3 Júpiter com software Netzsch STA 449F3 e software Netzsch ASC Manager para controle de amostrador automático | ||
| Qualquer rei de biomassa vegetal (por exemplo, consulte as tabelas 1 e 2), incluindo: | |||
| Sacos plásticos compostáveis da BASF | |||
| Sacos plásticos para coleta da fração orgânica nas residências, fornecidos pelos gestores | |||
| de resíduos Cápsulas de café compostáveis ecovio (BASF) |
Referências
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Reimpressões e permissões
