פרוטוקול של הידרותרמי בזבוז מזון ירקות בחיטוי מוצג, עם טיפול תרמי יבש בעקבות 275 ° c בכור זרימה רציפה desorbing חומרים אורגניים נדיפים. המטרה היא לייצר חומר פחמן מתאים כמוצר תיקון אדמה או מרכיב מצע.
הליך דו-שלבים מתואר לסינתזה של חומר פחמן עם קומפוזיציה דומה ותכונות כבול. הידרוchar המיוצר נעשה מתאים ליישומים חקלאיים על ידי הסרת הצמח הצומח חומרים מעכבות. פסולת ביתית רטובה כגון קליפת פירות, בית קפה, חלקי ירקות לא אכילים, או חומר רטוב ליגנותאית בכלל, מטופלים בנוכחות מים ב-215 ° c ו -21 בר בחיטוי, כלומר, על ידי הידרותרמית. כל השאריות הללו יש תוכן מים ניכר של עד 90 משקל% (wt%). הוספת מים מרחיבה את ההליך לחומרים יבשים כגון משוגעים או אפילו מזמרה גינה ופולימרים compostable, כלומר, שקית ניילון לאיסוף השאריות.
בדרך כלל, חומר הפחמן שנוצר, הנקרא הידרוchar, מייצרת השפעה שלילית על גידול הצמח כאשר הוסיף לקרקע. זה אמור כי השפעה זו נגרמת על ידי השפעת תרכובות רעילות. לאחר טיפול פשוט תחת אווירה אינרטי (העדר חמצן) ב 275 ° c מסיר את החומרים האלה. לכן, ההידרוchar raw מונחת על זכוכית frit של כור אנכי צינורי קוורץ. זרימת גז חנקן מוחל בכיוון הזרימה למטה. הצינור מחומם לטמפרטורה הרצויה באמצעות מעטפת חימום עד שעה אחת.
הצלחת הטיפול התרמי מתבצעת בקלות על-ידי התרמוגרבימטריה (TG), הנעשית באוויר. ירידה במשקל נקבע כאשר הטמפרטורה של 275 ° c הוא הגיע, מאז התוכן הנדיף הוא desorbed. הכמות שלו מופחתת בחומר הסופי, בהשוואה הידרוchar מטופל.
הטיפול שני השלבים ממיר שאריות ביתיים, כולל compostable שקיות מועסקים עבור האוסף שלהם, לתוך חומר פחמן שעשוי לשמש מקדם צמיחה צמח, באותו זמן, כמו כיור פחמן עבור הפחתת שינוי האקלים.
הידרותרמית (HTC) היא טכנולוגיה המתעוררים לניהול פסולת של רטוב, משאבים ליגונתאית. הטכנולוגיה הזאת התגלתה על ידי אנטונטי וTitirici והוחלה על מחטי אורן, אצטרובלים, עלי אלון וקליפות תפוז1. ובכך, ביומסה מומר הידרוchar, פחמן מוצק הדומה ליגניט2,3 או כבול4,5. מאז, רבים מזון מזון שיורית יש כבר מעובד כמו אגרו-תעשייתי פסולת6,7,8, החלק האורגני של פסולת מוצקה עירונית (ofmsw)9, או נייר טחנת בוצה10. הטכנולוגיה משמשת גם כטיפול ביומסה טרום פירוליזה ו-גיזוז11. בנוסף, ההליך מספק חומרים ננוטכנולוגיה מודרנית ממקורות מתחדשים הומוגנית כגון סוכרים או תאית. לחומרים מתקדמים אלה יש פוטנציאל ליישומים עתידיים כאלקטרודות לסוללות נטענות, לתאי דלק או לקיבלטורים, אחסון גז, חיישנים או משלוח סמים12,13.
הידרוchar הוא חומר פחמן וככזה זה יכול לשמש דלק מוצק מתחדשת, במיוחד כאשר מופק מתוך ערך נמוך, הטרוגנית משאבים עם משתנה (עונתית או אזורית) הרכב. עם זאת, ייצור הידרוchar ויישומו לקרקע, במקום הבעירה המיידית שלה, תהיה תרומה משולשת להפחתת שינויי האקלים. ראשון, בחירת HTC כמו הטכנולוגיה לניהול פסולת נמנעת פליטה של גז החממה חזק מתאן במהלך התפרקות או בלתי נשלטת14,15. שנית, הימנעות הבעירה של הידרוchar לאחר תקופה קצרה של זמן והחלת אותו על הקרקע, מסיר את דו תחמוצת הפחמן מהאווירה לתקופה ארוכה יותר של זמן, כלומר, היא מורכבת לכידת פחמן אמיתי ואחסון (סמ ק)16,17. שלישית, באופן כללי, קרקעות מתוקן char הן קרקעות פוריות יותר (קרקעות שחורות) וצמיחה צמח גדל. מיכל בן 18 , 19 זה מפחית את השימוש בדשן פליטת פחמן דו חמצני הקשורים הייצור שלהם, מלבד שמירה על משאבים. יתר על כן, צמיחה צמח נוסף מסיר יותר פחמן דו חמצני מהאווירה.
למרות שזה די ברור שיש הרבה טיעונים גלויים ליישום של הידרוchar לקרקע, החומר כולל אי נוחות: הידרוchar raw אינו מתנהג בדיוק כמו biochar המיוצר על ידי פירוליזה. הידרוchar לא ברור להגדיל את הצמיחה הצמח או אפילו גרוע יותר, לעתים קרובות זה גורם להשפעה שלילית למדי20,21,22. לכן, לא מעודדים חקלאים ליישם אותה, ואפילו פחות לשלם עבורו כסף. למרבה המזל, החיסרון הזה יכול להיות מוחלט או מסולק. הגישה הקלה ביותר היא פשוט לחכות למחזור הטיפוח השני22. גם שטיפה20,21,22,23 או co-קומעוקץ24 הם טיפולים מוצלחים למטרה זו. עם זאת, כל ההליכים הללו דורשים זמן או לייצר זרם מים מימית הזקוקים לטיפול נוסף.
לאחרונה, זה הוכח כי הידרוchar raw יכול להיות נתון לטיפול תרמי רך לאחר25. מטרת ההליך הזה היא פשוט desorb חומרים נדיפים ומזיקים לא רצויים. הזרימה מרוכזת וכתוצאה של חומר אורגני בעיקר יכול להיות מוחרקת באתרו. ככזה, מאזן האנרגיה של הצמח HTC משופר וכל סיכון סביבתי של זרם הצד נמנעת. בדיקות נביטה מראות כי הטיפול מוצלח כאשר מבוצע בטמפרטורות של 275 ° c או גבוה יותר.
הפרוטוקול הנוכחי (ראה איור 1) כולל שני צעדי תגובה ושיטה אנליטית אחת פשוטה להערכת תוצאת התגובה. במהלך הצעד הראשון, ביומסה מומר הידרוchar raw ב החיטוי ב 215 ° c ו-21 בר לחץ. כאן, שאריות משק הבית מועסקים כחומר התחלתי. אלה כוללים כל מיני חומרים צמחיים כגון קליפות פירות, אבני פרי, חלקי ירקות לא אכילים, בית קפה, נייר מטבח, שקיות פלסטיק compostable, וכו ‘. חומר הקרבונאאוס נאסף על ידי סינון וייבוש. בשלב השני, היא מונחת על זכוכית frit של כור אנכי צינורי החלת זרימת הגז בכיוון זרימה כלפי מטה. הצינור מחומם ל 275 ° c עבור 1 h. המוצק המתקבל מנותח על ידי התרמוגרמטריה (TG) באוויר. אובדן החומר עד 275 ° c הוא ככמת ולעומת אובדן שנצפו עם הידרוchar מטופל. חומר הפחמן ניתן לאפיין נוסף על ידי ניתוח היסודות (C, H, N, S), תוכן אפר הרכב אפר (בעיקר Ca, אל, Si, ו P).
הקרבון ההידרותרמי היא שיטה מאוד גמישה ומספקת תמיד מוצר קרבונאכאאוס, כלומר ההידרוchar. עם זאת, תשואה ומאפיינים של ההידרוchar עשוי להשתנות, לא רק בשל תנאי התגובה או בקרת התגובה, אלא בשל הטרוגניות והווריאציה של ביומסה. לדוגמה, התשואה ההמונית ותוכן ה-C עשויים להיות גבוהים יותר עבור ביומסה ליגנותאית עם תוכן ליגנין גבוה יותר או חומרים מודי.
במקרה של מידת הקרנון גבוהה יותר (ככמת על-ידי ניתוח היסודות) רצוי, ניתן לשלוח את ההידרוchar לתגובת הקרנון. לחילופין, בעתיד תגובות התגובה יכול להיות ממושך או טמפרטורה התגובה ניתן להגדיל (זהירות, לחץ מים אוטוגניים מגביר אקספוננציאלית עם טמפרטורה).
תוצאת הטיפול התרמי תלויה גם בקומפוזיציה של חומר הגלם. למשל, אם ביומסה כרוך רכיבים אורגניים אחרים כגון שמן צמחי, הטיפול התרמי יהיה להפריד תרכובות נדיפות אלה מתוך אובדן מוצק והמוני יהיה גדול יותר.
בפרוטוקול הנוכחי, שני השלבים מתבצעים במצב אצווה. עבור יישום תעשייתי, כל תהליך הייצור צריך להתבצע במצב רציף. הקרבון ההידרותרמי כבר מבוצע כתהליך רציף26,27, אך הטיפול התרמי עדיין צריך להתפתח עוד. המטרה הסופית היא להמיר את OFMSW לתוך חומר קרבונאכאאוס עם מאפיינים כבול כך העסקת כבול (נחשב לחומר מאובנים) מגדילה בחקלאות וגננות עם יתרונות ברורים עבור הסביבה כתורם לאקלים שינוי הפחתת הסיכון.
The authors have nothing to disclose.
המחברים אסירי תודה על התמיכה הפיננסית שהתקבלה מהוועדה האירופית תחת הקסם והקסם של תוכנית האקלים-KIC ומהמשרד הספרדי למדע, חדשנות ואוניברסיטאות תחת RTC-2017-6087-5 של “החקירה”, דסררולו-חדשנות מצפון לתוכנית “לוס ריטוס דה לה סודאדה” ובמסגרת התכנית הארוכה אוצ’ואה (צב-2016-0683).
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) |