Получение жидкого топлива из кородревесных отходов длительного срока хранения методом гидротермального ожижения
- Авторы: Куликова Ю.В.1, Орлов Н.И.1, Сухих С.А.1, Бабич О.О.1, Коротаев В.Н.2
-
Учреждения:
- Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта
- Пермский национальный исследовательский политехнический университет
- Выпуск: Том 25, № 1 (2023)
- Страницы: 117-127
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.eco-vector.com/1990-5378/article/view/624588
- DOI: https://doi.org/10.37313/1990-5378-2023-25-1-117-127
- ID: 624588
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Целлюлозно-бумажная промышленность приводит к образованию значительного количества кородревесных отходов (КДО), которые в России не перерабатываются, а размещаются в короотвалах, что приводит к негативному воздействию на объекты окружающей среды, в т.ч. на климат планеты. В данной статье представлена оценка ресурсного потенциала кородревесных отходов длительного срока хранения на основе результатов физико-химического и термического анализа. Было обнаружено, что КДО при длительном хранении подвергаются деструкции достаточно слабо, при этом доля углерода в составе КДО остается практически неизменной (на уровне 48,4%). Доказано что исходные КДО отличаются высокой влажностью (60,8% до 74,9%), низкой теплотворной способность (14,56 МДж/кг на асв) и умеренной зольностью (9,8% асв). Для влажной биомассы, наиболее подходящим методом конверсии можно считать гидротермальное ожижение, позволяющее получать жидкое топливо без предварительной сушки, т.к. вода в данном процессе выступает в качестве растворителя и источника радикалов. Средний выход биотоплива при гидротермальной конверсии КДО составляет 10%, при этом применение аммонийных квасцов в качестве катализаторов обеспечило увеличение выхода нефти более чем в 2 раза до 28,4%, применение сульфата меди привело к увеличению выхода до 16,1%. Полученная бионефть отличалась высокой степенью насыщения (атомарное соотношение H/C составило 1,3), но при этом содержание кислорода было также высоко (на уровне 22% мас.). Содержание серы и азота было минимально (0,6 и 0,2% соответственно). В составе топлив преобладали кислородсодержащие ароматические соединения фенольной группы (62%), циклическими сложными эфирами (19,8%), а также жирными кислотами, на долю которых приходится 12,9%.
Ключевые слова
Об авторах
Юлия Владимировна Куликова
Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта
Автор, ответственный за переписку.
Email: kulikova.pnipu@gmail.com
кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории «Микробиологии и биотехнологий»
Россия, КалининградНиколай Игоревич Орлов
Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта
Email: kulikova.pnipu@gmail.com
магистр 1 курса направления 06.04.01 «Биология»
Россия, КалининградСтанислав Алексеевич Сухих
Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта
Email: stas-asp@mail.ru
доктор технических наук, руководитель лаборатории «Микробиологии и биотехнологий»
Россия, КалининградОльга Олеговна Бабич
Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта
Email: olich.43@mail.ru
доктор технических наук, директор НОЦ «Промышленные биотехнологии»
Россия, КалининградВладимир Николаевич Коротаев
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
Email: korotaev@pnipu.ru
доктор технических наук, декан факультета химических технологий, промышленной экологии и биотехнологий, ПНИПУ
Россия, ПермьСписок литературы
- Максимов, А.Ю. Изучение свойств и микробиологического состава коры и древесных отходов Краснокамского короотвала / А.Ю. Максимов, Ю.Г. Максимова, А.В. Шилова, О.В. Колесова, Дж. Симонетти // Биотехнолог. - 2018. - Т. 4. - С. 98-112. - URL:. doi: 10.15593/2224-9400/2018.4.08
- Доклад Минприроды России "О состоянии и охране окружающей среды Российской Федерации в 2020 году". Минприроды России: Москва, Россия, 2021 г., стр. 245-318.
- Mishra, A., Ghosh, S. Bioethanol production from various lignocellulosic feedstocks by a novel "fractional hydrolysis" technique with different inorganic acids and coculture fermentation. Fuel 2019, 236, 544-553. doi: 10.1016/j.fuel.2018.09.024
- Yu, Z., Du, Y., Shang, X., Zheng, Y., Zhou, J. Enhancing fermentable sugar yield from cassava residue using a two-step dilute ultra-low acid pretreatment process. Ind. Crops. Prod. 2018, 124, 555-562. doi: 10.1016/j.indcrop.2018.08.029
- Колесникова, А.В. Анализ образования и использования древесных отходов на предприятиях лесопромышленного комплекса России / А.В. Колесникова // Актуальные вопросы экономических наук. - 2013. - Т. 33. -С. 116-120. EDN: RLMCOX
- Kamali, M., Garmeio, T., Costa, M.E., Capela, I. Anaerobic digestion of pulp and paper mill wastes-An overview of the developments and improvement opportunities. Chem. Eng. J. 2016, 298, 162-182. doi: 10.1016/j.cej.2016.03.119 EDN: WRZVUJ
- Kulikowska, D., Sindrewicz, S. Effect of barley straw and coniferous bark on humification process during sewage sludge composting. Waste Manag. 2018, 79, 207-213. doi: 10.1016/j.wasman.2018.07.042
- Bohacz, J.Composts and Water Extracts of Lignocellulosic Composts in the Aspect of Fertilization, Humus-Forming, Sanitary, Phytosanitary and Phytotoxicity Value Assessment. Waste Biomass Valoris. 2019, 10, 334. doi: 10.1007/s12649-018-0334-6
- Houfani, A.A., Andersb, N., Spiessb, A.C., Baldrianc, P., Benallaouaa, S. Insights from enzymatic degradation of cellulose and hemicellulose to fermentable sugars-A review. Biomass Bioenerg. 2020, 134, 105481. doi: 10.1016/j.biombioe.2020.105481
- Yucai, H., Cui-Luan, M., Bin, Y. Pretreatment Process and Its Synergistic Effects on Enzymatic Digestion of Lignocellulosic. In Fungal Cellulolytic Enzymes, Springer: Berlin, Germany, 2018, pp.1-25. doi: 10.1007/978-981-13-0749-2_1
- Novozhilov, E.V., Sinelnikov, I.G., Aksenov, A.S., Chukhchin, D.G., Tyshkunova, I.V., Rozhkova, A.M., Osipov, D.O., Zorov, I.N., Sinitsyn, A.P. Biocatalytic conversion of sulfate cellulose using complex biocatalysts based on recombinant Penicillium verruculosum enzyme preparations. Catal. Ind. 2015, 15, 78-83.
- Rynk, R., Schwarz, M., Richard, T., Cotton, M., Halbach, T., Siebert, S.Compost feedstocks.Compost. Handb. 2022, 85, 103-157. doi: 10.1016/b978-0-323-85602-7.00005-4
- Hu, Y., Wang, S., Li, J., Wang, Q., He, Z., Feng, Y. Co-pyrolysis and co- hydrothermal liquefaction of seaweeds and rice husk: Comparative study towards enhanced biofuel production. J. Anal. Appl. Pyrol. 2018, 129, 162-170. doi: 10.1016/j.jaap.2017.11.016
- Huang, S., Liu, T., Peng, B., Geng, A. Enhanced ethanol production from industrial lignocellulose hydrolysates by a hydrolysate-cofermenting Saccharomyces cerevisiae strain. Bioproc. Biosyst. Eng. 2019, 42, 883-896. doi: 10.1007/s00449-019-02090-0
- Dahman, Y., Syed, K., Begum, S., Roy, P., Mohtasebi, B. Biofuels: Their characteristics and analysis. Biomass. In Biopolymer-Based Materials, and Bioenergy, Elsevier: Berlin, Germany, 2019, pp. 277-325.
- Basu, P. Biomass Gasification, Pyrolysis and Torrefaction, Elsevier: London, UK, 2018, pp. 49-87. EDN: AFQVPA
- Kulikova, Y., Sukhikh, S., Ivanova, S., Babich, O., Sliusar, N. Review of Studies on Joint Recovery of Macroalgae and Marine Debris by Hydrothermal Liquefaction. Appl. Sci. 2022, 12, 569. doi: 10.3390/app12020569 EDN: YJLLQQ
- Tai, L., Caprariis, B., Scarsella, M., de Filippis, P., Marra, F. Improved Quality Bio-Crude from Hydrothermal Liquefaction of Oak Wood Assisted by Zero-Valent Metals. Energy Fuels 2021, 35, 10023-10034. doi: 10.1021/acs.energyfuels.1c00889
- Xu, Y.H., Li, M.F. Hydrothermal liquefaction of lignocellulose for value-added products: Mechanism, parameter and production application. Bioresour. Technol. 2021, 342, 126035. doi: 10.1016/j.biortech.2021.126035 EDN: GLLYZG
- ASTM-D7348, Standard Test Methods for Loss on Ignition (LOI) of Solid Combustion Residues. West Conshohocken, USA: ASTM International: 2021, pp. 1-7. doi: 10.1520/D7348-21
- Zhao, J., Wang, M., Saroja, S.G., Khan, I A. NMR technique and methodology in botanical health product analysis and quality control, J Pharm Biomed Anal, 2022, 207, 114376. doi: 10.1016/j.jpba.2021.114376 EDN: REQSQC
- Simmler, Charlotte, et al. Universal quantitative NMR analysis of complex natural samples. Current opinion in biotechnology 25 (2014): 51-59.
- Saito T. et al. Practical guide for accurate quantitative solution state NMR analysis, Metrologia, 2004, 41, 3. doi: 10.1088/0026-1394/41/3/015
- ГОСТ Р 51858-2002. Нефть. Общие технические условия. М.: Госстандарт России, 2002, 12 с.
- Arturi, K. R. M. Strandgaard, R. P. Nielsen, E. G. Søgaard and M. Maschietti, Hydrothermal liquefaction of lignin in near-critical water in a new batch reactor: Influence of phenol and temperature, J. Supercrit. Fluids, 2017, 123, 28- 39. doi: 10.1016/j.supflu.2016.12.015
- Nayak, J., Basu, A., Dey, P. et al. Transformation of agro-biomass into vanillin through novel membrane integrated value-addition process: a state-of-art review. Biomass Conv. Bioref. 2022. doi: 10.1007/s13399-022-03283-6
- Helmut Fiege, Heinz-Werner Voges, Toshikazu Hamamoto, Sumio Umemura, Tadao Iwata, Hisaya Miki, Yasuhiro Fujita, Hans-Josef Buysch, Dorothea Garbe, Wilfried Paulus "Phenol Derivatives" Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim, 2002. doi: 10.1002/14356007.a19_313
- Zhang, Huiyan, et al. "Catalytic Conversion of Biomass-Derived Feedstocks into Olefins and Aromatics with ZSM-5: The Hydrogen to Carbon Effective Ratio". Energy & Environmental Science, vol. 4, no. 6, 2011, p. 2297.,. doi: 10.1039/c1ee01230d
- Basar, I.A., Liu, H., Carrere, H., Trably, E., Eskicioglu, C. A review on key design and operational parameters to optimize and develop hydrothermal liquefaction of biomass for biorefinery applications. Green Chem. 2021, 23, 1404. http://. doi: 10.1039/d0gc04092d EDN: QDRYIQ