Получение жидкого топлива из кородревесных отходов длительного срока хранения методом гидротермального ожижения

Обложка

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%.

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, Калининград

Николай Игоревич Орлов

Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта

Email: kulikova.pnipu@gmail.com

магистр 1 курса направления 06.04.01 «Биология»

Россия, Калининград

Станислав Алексеевич Сухих

Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта

Email: stas-asp@mail.ru

доктор технических наук, руководитель лаборатории «Микробиологии и биотехнологий»

Россия, Калининград

Ольга Олеговна Бабич

Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта

Email: olich.43@mail.ru

доктор технических наук, директор НОЦ «Промышленные биотехнологии»

Россия, Калининград

Владимир Николаевич Коротаев

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Email: korotaev@pnipu.ru

доктор технических наук, декан факультета химических технологий, промышленной экологии и биотехнологий, ПНИПУ

Россия, Пермь

Список литературы

  1. 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
  2. Доклад Минприроды России "О состоянии и охране окружающей среды Российской Федерации в 2020 году". Минприроды России: Москва, Россия, 2021 г., стр. 245-318.
  3. 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
  4. 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
  5. 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
  6. 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
  7. 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
  8. 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
  9. 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
  10. 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
  11. 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.
  12. 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
  13. 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
  14. 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
  15. 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.
  16. Basu, P. Biomass Gasification, Pyrolysis and Torrefaction, Elsevier: London, UK, 2018, pp. 49-87. EDN: AFQVPA
  17. 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
  18. 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
  19. 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
  20. 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
  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
  22. Simmler, Charlotte, et al. Universal quantitative NMR analysis of complex natural samples. Current opinion in biotechnology 25 (2014): 51-59.
  23. 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
  24. ГОСТ Р 51858-2002. Нефть. Общие технические условия. М.: Госстандарт России, 2002, 12 с.
  25. 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
  26. 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
  27. 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
  28. 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
  29. 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

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

© Куликова Ю.В., Орлов Н.И., Сухих С.А., Бабич О.О., Коротаев В.Н., 2023

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах