Summary
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.
Abstract
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.
Introduction
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).
Protocol
1. Carbonizzazione idrotermale degli avanzi delle famiglie
- Calcolo delle quantità idonee di acqua e biomassa per la miscela di reazione.
- 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%.
- 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).
- 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.
- Caricare l'autoclave.
AGGIORNAMENTO: L'autoclave deve essere dotata di un disco di rottura con una pressione di scoppio di 50 bar.- Pesare la biomassa e l'acqua come calcolato al punto 1.1.3 e introdurre entrambi nell'autoclave.
- 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.
- Reazione di carbonizzazione.
- 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.
- 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.
- 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.
- Recupero dell'idrocarcolo grezzo.
- Quando l'autoclave si è raffreddata a temperatura ambiente mediante raffreddamento naturale, rilasciare con attenzione qualsiasi pressione residua e aprire l'autoclave.
- Separare solido e liquido filtrazione sottovuoto con un imbuto Buchner. Smaltire la fase liquida come soluzione acquosa tra i rifiuti di laboratorio pericolosi.
- 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.
2. Trattamento termico dell'idrocarcolo grezzo in modalità batch
- Pesare 1 g di idrocarcolo grezzo secco e posizionarlo su una frit di vetro di un reattore al quarzo tubolare (reattore a lotto).
- 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.
- Posizionare il mantello riscaldante del reattore e collegare un flusso di azoto a valle di 20 mL/min. Il raffreddamento non è necessario.
- 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.
- 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.
3. Analisi del prodotto finale mediante termogravimetria (TG)
- Schiacciare il prodotto in un mortaio e pesare un campione di 10 mg in un crogiolo dell'apparato.
- 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.
- Avviare l'analisi.
- 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.
Representative Results
Il presente protocollo prevede idrocarburi adatti per applicazioni agricole in due fasi (Figura 1): carbonizzazione idrotermale, seguita da un post-trattamento termico. Nella reazione alla carbonizzazione, la biomassa lignocellulosica umida viene trasformata in un materiale carbonaceo. Il successo della reazione può essere determinato da una semplice ispezione visiva: il campione solido deve essere diventato brunastro, e più scuro è il colore marrone, più avanzata è la reazione di carbonizzazione. Il grado di carbonizzazione dipende dalla gravità della reazione, che può essere influenzata dal tempo di reazione; un tempo di reazione più lungo, per esempio durante la notte, garantisce un risultato ottimale di reazione. Un grado di carbonizzazione più elevato è sempre correlato a una resa di massa più bassa.
La pressione durante la reazione deve aumentare ad almeno 21 bar, che è la pressione del vapore autogeno a 215 gradi centigradi. Tuttavia, in generale, la pressione aumenta oltre questo valore, come illustrato nella tabella 1. La pressione di reazione è in qualche modo imprevedibile e dipende dal tipo di biomassa e dal suo stato di degradazione. È probabile che la formazione di gas permanenti, come l'anidride carbonica, sia responsabile dell'aumento della pressione e dell'incremento della pressione durante la reazione (rispetto alla pressione del vapore di 21 bar) rimanga dopo il raffreddamento dell'autoclave (Tabella 1 ; diminuita dalla regolazione a temperatura più bassa). L'aumento della pressione potrebbe avere un effetto negativo sulla resa di massa del solido (la materia prima viene convertita in biossido di carbonio gassosa), ma a parte questo, non è dannosa per l'obiettivo generale. Una chiara limitazione dell'aumento della pressione è il limite di sicurezza dell'apparato di reazione, ad esempio la pressione di scoppio del disco di rottura. Piccole perdite potrebbero essere il motivo per cui la pressione di 21 bar non è raggiunta. Tuttavia, la pressione dovrebbe raggiungere almeno 15 bar.
Il rendimento di massa della carbonizzazione comprende un'ampia gamma da 30 a 90 wt%, in genere dal 50 al 65 wt% (Tabella 1). La resa di massa è di solito più elevata per il materiale più legnoso con un più alto contenuto di lignina e più basso per i polimeri di zucchero puro (poliacetali) come l'amido. Ad esempio, si osservano rese più basse per foglie o sacchetti compostabili. Inoltre, la gravità della reazione influenza la resa di massa. Come già accennato, i tempi di reazione prolungati riducono la resa di massa rispetto ai rendimenti ottenuti da reazioni più brevi.
Se lo si desidera, l'idrocarcardio grezzo può essere caratterizzato chimicamente da analisi elementari26,27. Di seguito, il contenuto di carbonio è indicativo del grado di carbonizzazione. La biomassa lignocellulosica ha un contenuto di carbonio (su base secca e senza ceneri [daf]) del 45 wt%. Questo valore può essere aumentato a 60 o 65 wt% da HTC. Valori superiori a 65 wt% indicano una carbonizzazione già avanzata in termini di HTC. Per i dati di esempio, vedere la tabella 2.
La biomassa lignocellulosica può essere impiegata come "campioni puri" per la carbonizzazione idrotermale come descritto nel presente protocollo. Questo potrebbe essere di particolare interesse per lo studio del comportamento di un certo tipo di biomassa. Tuttavia, in pratica, vengono elaborate miscele di tipi di biomassa. Pertanto, nel protocollo attuale è stato impiegato un campione di idrocarci da un impianto pilota industriale. Le caratteristiche di questo idrocarcolo sono riassunte nella tabella 3.
Il post-trattamento termico, la seconda fase di questo protocollo, è stato effettuato a temperature diverse, nell'intervallo da 200 a 300 gradi centigradi, 275 gradi centigradi essendo la temperatura necessaria e sufficiente25. Dalla Tabella 4 si può vedere che la resa di massa diminuisce successivamente quando la temperatura viene aumentata da 200 a 250 gradi, 275 e 300 gradi centigradi, e da quasi 90 wt% a 73 wt%, 74 wt% e 60 wt%, rispettivamente. Tuttavia, a causa dell'eterogeneità della biomassa e di altri possibili contributi dal mix di avanzi della cucina, questo valore non è completamente riproducibile e può variare nell'intervallo da 70 wt% a 80 wt% per il trattamento a 275 gradi centigradi.
In un becher posto sotto l'uscita del reattore viene raccolto un liquido marrone, che si separa in due fasi in piedi: una fase acquosa inferiore gialla e una fase organica marrone scuro superiore. La resa del liquido varia da 8 wt% a 30 wt% per l'intervallo di temperatura da 200 a 300 gradi centigradi, e in media intorno al 20wt% per il trattamento a 275 gradi centigradi (tabella4).
Si può notare che il bilancio di massa del trattamento termico non raggiunge 100 wt%, ma somma fino a 90 a 95 wt%. Forse la formazione di 5-10 wt% di anidride carbonica, prodotta dalla decarboxylation, è la ragione del divario. Inoltre, i composti volatili come l'acqua non vengono condensati completamente con l'impostazione della reazione.
Il prodotto finale può essere analizzato per la sua fitotossicità dal test di germinazione28di . In breve, i semi sono esposti a estratti acquosi e l'effetto sulla crescita della radice è quantificato (dopo diversi giorni o settimane). In questo contesto, viene impiegata un'analisi semplice e standard per una rapida valutazione del risultato della reazione, vale a dire l'analisi mediante termogravimetria (TG). Inoltre, un piccolo campione viene esposto a un flusso d'aria ad aumentare della temperatura (ad esempio, fino a 600 gradi centigradi) e viene monitorata la riduzione del peso.
I grafici TG tipici per diversi campioni di idrocarburi sono visualizzati nella Figura 2. La perdita di massa per l'idrocarcolo grezzo inizia a circa 200 s e raggiunge quasi il 50% a 300 gradi centigradi. Per il campione trattato a 200 gradi centigradi durante la fase 2, la perdita di massa riparte a 200 gradi centigradi, ma rimane a 300 gradi centigradi. I campioni trattati a temperature più elevate durante la fase 2 iniziano a perdere massa durante l'analisi del TG a temperature più elevate e circa il 90% rimane a 300 gradi centigradi. Quindi, si può vedere che la perdita di sostanze volatili tra 200 e 300 gradi centigradi si riduce quando si confronta quello per i campioni trattati con l'idrocarforo grezzo. L'eliminazione di questo materiale volatile è stato l'obiettivo del trattamento termico e il metodo analitico conferma il suo successo inequivocabilmente28.
Per la quantificazione, la perdita di massa a 275 gradi centigradi può essere determinata utilizzando il grafico TG (Figura 2). Nella Figura 3, l'intera barra presenta la perdita di massa per il campione di idrocarburi non trattato (34,6 wt%). Dopo il trattamento a 200 gradi centigradi, la perdita di massa è stata del 17,1 wt% della massa totale nelle condizioni analitiche specificate. Ciò corrisponde a una riduzione del contenuto volatile di 17,5 punti percentuali rispetto all'idrocarcolo grezzo. Dopo i trattamenti a 250, 275 e 300 gradi centigradi, la perdita di massa corrispondente è stata rispettivamente di 6,01, 5,17 e 4,22 wt% della massa totale. Si può concludere che il trattamento a 200 gradi centigradi ha rimosso il 50 wt% di queste sostanze volatili, e quello a 250 gradi centigradi ha rimosso più di 80 wt%. Un ulteriore aumento della temperatura ha indotto solo piccoli cambiamenti.
Figura 1: Descrizione schematica del protocollo.
I residui di biomassa lignocellulosici prodotti dalle famiglie sono convertiti dalla carbonizzazione idrotermale (HTC) in idrocarburo grezzo che viene sottoposto a un processo di finitura costituito in un post-trattamento termico a 275 gradi centigradi in assenza di acqua. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: Analisi termogravimetrica dei campioni di idrocarburi.
Le curve mostrano la perdita di peso quando idrocarci grezzi e campioni trattati a temperature diverse sono stati esposti all'aria ad aumentare la temperatura. Per confrontare l'efficienza dei trattamenti nella figura 3sono stati utilizzati i valori osservati a 275 gradi centigradi. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3: Perdita di peso fino a 275 gradi centigradi durante l'analisi dell'idrocarterma mediante termogravimetria.
L'idrocarcarte grezzo e i campioni trattati a temperature diverse sono stati analizzati dalla termogravimetria (TG). L'intera barra corrisponde alla quantità eliminata in idrocarci non trattata fino a 275 gradi centigradi durante l'analisi da parte del TG (vedere la figura 2). Tale importo può essere ridotto mediante trattamenti termici dei campioni di idrocarci: di circa 50 wt%, vale a dire di 17,5 punti percentuali, dal trattamento a 200 gradi (colore blu); altri 11,1 punti percentuali per il trattamento a 250 gradi centigradi (colore rosso); un ulteriore aumento della temperatura di trattamento mostra solo effetti minimi, vale a dire 0,84 e 0,95 punti percentuali per i trattamenti rispettivamente a 275 gradi centigradi (grigio) e a 300 gradi centigradi (arancione). Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
| campione | umidità | Acqua aggiunta | Acqua totale | Pressione (caldo/freddo) | Resa solida (asciutta) | Resa solida (asciutta) | |
| Materia | [g] | [wt%] | [g] | [wt%] | [barra] | [g] | [wt%] |
| Gli avanzi di frutta | |||||||
| Conchiglie di pistacchio | Ore ore 5.00 | 8.0 8 (inquesto e in stato di | 10.1 | 69,5 | 22/0 | 2.28 | 49 del sistema di |
| Pietre d'oliva | 5.10 | 9.0 (in questo stato del documento in stato | 10.1 | 69,5 | 31/9 | 2.55 | 55 (di cinità" |
| Kernel di albicocca | 8.74 (in questo stato del documento) | 11,5 | 3.33 33 | 35,9 anni (in linguaggio 3) | 26/13 | 2.56 (in inglese) | 33 Mi lasa |
| Pietre di prugna | 4.95 (in questo stato del sistema) | 33,6 | 10.2 (in modo | 78.3 | 28/9 | 2.11 | 64 del sistema |
| Pietre di ciliegio | 7.61 (in inglese) | 45,8 | 4.03 | 64,6 | 30/10 | 2.62 (in inglese) | 64 del sistema |
| Pietre Nispero | 10.7 (in modo | Ore 53.0 | 2.41 | 61,6 | 40/14 | 2.57 (in questo da 27) | 51 Del sistema : |
| Pietre di nettare | OR .65 | 48,6 | 5.44 | 67.1 | 27/10 | Ore 30.30 | 67 ha |
| Pelle di banana | 15.2 15 (in modo | 89,0 | 2.27 | 90.4 | 25/9 | 0,93 (lei, da quando il calibro della | 56 del sistema |
| Pelle di melone | 16.1 1 | 87.4 (in questo stato del documento) | 2.32 | 89,0 | 24/8 | 0,64 (in inglese) | 32 Milia risse |
| Nucleo di ananas | 15,5 anni ( | 86.1 | 2.15 | 87,8 | 26/9 | 1.30 (in questo stato del documento) | 60 del sistema |
| Ortaggi, piante e materiale erbaceo | |||||||
| Foglie di palma | 12,6 | 55,1 | 2.17 | 61.7 | 42/17 | 4.95 (in questo stato del sistema) | 87 Il |
| Palma | 15,0 | 78,5 | 2.11 | 81,2 | 23/4 | 1.47 (in questo: la pagina del documento di lavoro | 45 anni |
| Foglie di ananas | 15.4 15 (in questo stato del documento) | 78.4 | 1.74 (in questo: | 80,6 | 21/8 | 1.00 (in questo da 1,00) | 30 milio |
| Caffè giardini | 10,8 | 60,9 anni (in inglese) | Ore ore 17.08 | 73.4 | 20/9 | 2.73 | 65 ( : il nome del |
| Foglie di Artishoke | 15.1 1 | 80.2 | 2.18 | 82,7 | 31/9 | 1.53 (in questo da 2>) | 51 Del sistema : |
| Foglie di lattuga | 15.3 15 (in modo | 91.3 | 1.77 (in questo: 1,77) | 92,2 | 20/5 | 0.39 | 29 del 22 221 |
| Foglie di Calàot | 15,0 | 72,7 | 2,80 | 77,0 | 29/11 | 1.54 (in questo da 1,54) | 38 Mi lasa |
| Baccelli di falco | 15.1 1 | 82,6 | 2.30 | 84,9 8 (informazioni in sul linguaggio utente) | 31/4 | 1.43 (in questo: la pagina del documento di lavoro | 55 (di cinità" |
| Sacchetti compostabili | |||||||
| Borsa compostabile per l'uso quotidiano | Ore ore 5.01 | 0 (in vie | 10.0 (in questo stato del documento in stato di in | 66,7 | 20/4 | 2.08 (in questo stato del documento in stato di | 42 o più |
| Borsa per compostaggio | 2,50 | 0 (in vie | Ore ore 5.00 | 66,7 | 16/3 | 0,92 (in linguaggio calibro 02) | 37 Mi lasa' di |
| Capsula di caffè compostabile (con terreni di caffè) | 5.56 (in inglese) | 31.4 34 | 8.05 | 72,0 | 26/7 | 1.19 (in modo non il più necessario) | 31 Milia |
Tabella 1: Dati sperimentali per le carbonizzazioni idrotermali.
Quantità di materia solida e acqua utilizzata per le reazioni e la resa di idrocarburo ottenute. Il valore di pressione indica la pressione massima osservata quando viene riscaldata a 215 gradi (caldo) e dopo aver raffreddato l'autoclave a temperatura ambiente (freddo).
| C (daf) | H (daf) | N (daf) | S (daf) | |
| Materia | [wt%] | [wt%] | [wt%] | [wt%] |
| Gli avanzi di frutta | ||||
| Conchiglie di pistacchio | 68,0 | 4.66 (in inglese) | 0.34 | 0,00 (in questo da 20 00) |
| Pietre d'oliva | 70,0 | 5.97 (in questo stato del documento) | 0,81 (in questo da fwlinkall'indirizzo ore | 0,00 (in questo da 20 00) |
| Kernel di albicocca | 68,6 | 6.16 | 2.21 | 0,00 (in questo da 20 00) |
| Pietre di prugna | 69,8 | 6.44 | 1.48 (in questo da 1,48) | 0,01 |
| Pietre di ciliegio | 67.4 | 5.52 (in questo stato del documento) | 1.13 (in modo non il più necessario) | 0,00 (in questo da 20 00) |
| Pietre Nispero | 67.1 | 5.47 | 1.90 (in questo da 21:90) | 0,03 (in vi estati) |
| Pietre di nettare | 68,8 | 5.39 | 0,88 (in linguaggio da 18). | 0,04 (in linguaggio da 20>: |
| Pelle di banana | 71.7 | 6.41 | 2.91 (in questo da 21) | 0,06 |
| Pelle di melone | 69.1 | 6.24 | 2.56 (in inglese) | 0,08 (in vie tall on. |
| Nucleo di ananas | 68.3 | 5.33 (in modo non necessario) | 1.54 (in questo da 1,54) | 0,02 (in linguaggio 02) |
| Ortaggi, piante e materiale erbaceo | ||||
| Foglie di palma | 63,7 | 6.47 (in inglese) | 2.65 (in inglese) | 0,20 |
| Palma | 63.2 | Ore 69.09 | 2.02 (in questo stato del 22) | 0,03 (in vi estati) |
| Foglie di ananas | 60.0 | 6.52 (in inglese) | 2.24 | 0.11 |
| Caffè giardini | 66,8 | 6.63 (in inglese) | 3.54 La signora | 0.17 |
| Foglie di Artishoke | 63.2 | 5.77 | 3.28 | 0.13 |
| Foglie di lattuga | 57,8 | Ore 69.09 | 3.48 | 0.18 |
| Foglie di Calàot | 63,9 anni (in inglese) | 5,82 (in questo stato del documento) | 3.79 | 0,55 (in linguaggio da 20>: |
| Baccelli di falco | 68,0 | 6.17 | 4.18 | 0.14 |
| Sacchetti compostabili | ||||
| Borsa compostabile per l'uso quotidiano | 56,8 | 5.15 | 0,09 | 0 (in vie |
| Borsa per compostaggio | 61.1 | 5.38 (in modo non il più necessario) | 0,09 | 0 (in vie |
| Capsula di caffè compostabile (con terreni di caffè) | 60,5 | 5.57 (in questo calibro) | 2.56 (in inglese) | 0 (in vie |
Tabella 2: Analisi elementare dei campioni di idrocarci.
| proprietà | unità | valore |
| Contenuto di ceneri (base secca; 815 gradi centigradi) | [wt%] | 12.9 (in nome del documento) |
| Volatili (base asciutta; 900 gradi centigradi) | [wt%] | 66.4 |
| Carbonio fisso (base secca) | [wt%] | Ore 20.8 |
| C (daf) | [wt%] | 66,1 |
| H (daf) | [wt%] | 7.4 Della pes . |
| N (daf) | [wt%] | 3.0 |
| S (daf) | [wt%] | 0,2 0,2 |
Tabella 3: Analisi approssimativa e analisi elementare del campione di idrocarcara utilizzato nei trattamenti termici28.
| fruttare | fruttare | |||||||||||||
| massa iniziale (hydrochar) | temperatura | massa finale (hydrochar) | liquido di massa | Af | di | bilancio di massa | resa solida | liquido di rendimento | Af | di | ||||
| ingresso | [g] | [C] | [g] | [g] | [g] | [g] | [%] | [wt%] | [wt%] | [wt%] | [wt%] | |||
| 1 : il nome del | 15.3 15 (in modo | 275 del sistema | 11,0 11.0 | 3.14 La | 0.125 | 3.02 | 92,2 | 71.7 | 20.5 29 9 9 9 9 9 9 9 9 | 0,82 (in questo da fwlinka che | 19.7 19.7 | |||
| 2 Il nome del sistema | 20.5 29 9 9 9 9 9 9 9 9 | 275 del sistema | 15,6 | 3.82 (in questo da 24) | 0,74 (in questo 04) | 3.05 | 94.4 | 75,8 | 18,6 | 3.61 | 14.9 (in questo da 14,9) | |||
| 3 (COM del nome | 30.7 | 275 del sistema | 22,5 24 | 6.79 | 1.01 (in questo stato del documento) | 5.78 | 95,6 | 73,5 | 22.1 (in questo stato del documento) | 3.29 | 18,8 | |||
| 4 DEL psu' | 15.7 15.7 | 200 anni | 13.7 | 1.27 (in vie del 1:27) | 0.26 | 1.01 (in questo stato del documento) | 95,8 | 87,7 | 8.10 (in modo | 1.66 (in inglese) | 6.44 | |||
| 5 Del numero 3( | 15.3 15 (in modo | 250 anni | 11.2 1999 | 3.27 (in modo | 0,25 | 3.02 | 94,5 | 73.2 | 21.3 24 del sistema | 1.63 (in inglese) | 19.7 19.7 | |||
| 6 È possibile: | 15,0 | 300 | Ore 9.07 | 4.46 | 0.593 (in questo 503) | 3.87 (in questo da fwlinkin base | 90.1 | 60.4 | 29.7 29.091 | 3.95 (in questo da un'ora del | Ore 25,8 | |||
| 7a | 15.3 15 (in modo | 275 del sistema | 11,8 | 1.79 (in questo: 1,79) | 1.02 (in questo stato del documento) | 0,77 (in linguaggio 07) | 88,9 8 | 77.2 (in questo | 11.7 1991, 11.7 | 6.68 (in inglese) | 5.05 | |||
| a Realizzato con idrocarci odiato dalle potature da giardino invece che dall'OFMSW. | ||||||||||||||
Tabella 4: Dati sperimentali dei trattamenti termici.
Dopo la reazione, un solido e un liquido vengono recuperati. Il liquido si è separato in piedi in un oggetto aqueoso (AF) e in una frazione organica (OF). La quantità mancante è attribuita alla formazione permanente di gas, ad esempio l'anidride carbonica e la condensazione incompleta di materia volatile come l'acqua.
Discussion
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.
Disclosures
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.
Acknowledgments
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).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Autoclave with a vessel volume of 100 to 500 mL | |||
| Continuous flow tubular calcination reactor with glass frit | Cuartz tube: 37 cm long, 20 mm outer diameter, glass frit (3 mm thickness) at 22 cm from the top of the tube | ||
| Vacuum filtration system | Buchner funnel, filter paper, filter flask | ||
| Oven for drying samples at 100 °C | |||
| Thermogravimetric analyzer | E.g. Netzsch STA 449F3 Jupiter with Netzsch STA 449F3 software and Netzsch ASC Manager software for autosampler control | ||
| Any king of vegetable biomass (for examples see tables 1 and 2) including: | |||
| Compostable plastic bags from BASF | |||
| Plastic bags for collection of the organic fraction in households, provided by local waste managers | |||
| Compostable coffee capsules ecovio (BASF) |
References
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