Valutazione della gestione integrata digestione anaerobica e carbonizzazione idrotermale per Bioenergy Production
15 giugno 2014
Un romanzo Upflow anaerobica Solid State (UAS) reattore è stato utilizzato per la produzione di biogas da materie prime fibrose. Digestato prodotto dal reattore UASs è stato idrotermicamente carbonizzato in HTC biochar in un reattore batch di pressione. L'integrazione dei due concetti bioenergetici è stato applicato in questo studio per aumentare la produzione globale di bioenergia.
Ci sono quattro fasi di degradazione in qualsiasi digestione anaerobica. In primo luogo, i polisaccaridi vengono idrolizzati in monomeri. I monomeri si convertono in lattati di acidi grassi a basso tenore di carbonio e alcoli per agenesia.
In una chetogenesi. Il prodotto di Agenesis convertire in e formattare. L'ultimo passaggio è la miogenesi, in cui i microrganismi metagenici producono metano dal prodotto Aceto SSIS.
La digestione anaerobica tradizionale della biomassa solida è un processo che richiede tempo ed energia. Tuttavia, un nuovo reattore a stato solido aerobico e a flusso ascendente ha tutto il potenziale per superare le carenze. I vantaggi significativi di questo tipo di reattore sono la separazione spontanea di liquidi solidi.
Inoltre, la circolazione del liquido può eliminare il costoso sterzo La carbonizzazione idrotermale è un processo di trattamento termochimico in cui la biomassa di scarto viene riscaldata a 200-260 gradi Celsius a una pressione di saturazione dell'acqua da 4,5 a sei ore. L'acqua subcritica in questa condizione è molto reattiva. Di conseguenza, l'emicellulosa, insieme ad altri estrattivi, si degrada a circa 180-200 gradi Celsius, mentre la cellulosa reagisce a circa 220-2 gradi a 30 gradi Celsius e la lignina rimane nell'arte HTC Biochar.
Il prodotto solido di HTC è molto friggibile, idrofobo e stabile. Ha caratteristiche calorifiche simili al carbone di lignite. L'obiettivo del lavoro era quello di combinare questi due processi di produzione di bioenergia.
In questo video, mostreremo il principio di funzionamento e il funzionamento di un nuovo reattore UASS per la produzione di biogas. Successivamente, mostreremo anche la carbonizzazione idrotermale del digerito per la produzione di biocarote per una digestione aerobica. Un reattore UASS da 39 litri è stato utilizzato lungo da cinque a 65 millimetri.
Le braciole di paglia di grano crudo vengono nutrite. Il contenuto di sostanza secca organica della materia prima era dell'85,9% mentre la frazione di fibra grezza era del 46,3%I reattori UASS erano realizzati in acciaio inossidabile con una finestra di ispezione in vetro acrilico. Un filtro anaerobico da 30 litri è stato combinato con ogni reattore UASS da 39 litri.
Ogni filtro anaerobico è stato riempito con 325 supporti in biofilm di polietilene. Il vettore di biofilm aveva una superficie di 305 metri quadrati per metro cubo alto dolf l'azionamento della pompa 5 2 0 1 è stato utilizzato sia in condizioni mesofile che termofile. Per il liquido di processo, le gemme di riscaldamento sono state impostate al livello di temperatura del reattore desiderato per l'alimentazione giornaliera dei reattori RASS.
Vengono pesati 120 grammi di paglia di legno. Il tubo di alimentazione UASS viene aperto e il moncone rimosso. La paglia di legno viene riempita nel tubo di alimentazione diagonale e spinta sul fondo del reattore.
La superficie del soffitto è aderente per essere a tenuta di gas e il tubo di alimentazione è chiuso. Le pompe funzionano in modo continuo trasportando 1,2 litri all'ora di processo fuoriusciti attraverso il sistema del reattore. La composizione del biogas viene misurata regolarmente utilizzando l'analizzatore di biogas industriale.
Circa tre chilogrammi di digerito vengono rimossi una volta alla settimana. I campioni di processo, liquidi e digeriti sono stati analizzati su base settimanale per le loro proprietà chimiche. Per gli esperimenti HTC è stato utilizzato un reattore a più livelli da 18 litri 4 5 5 5 5 con un controller par 4 8 4 8.
In questo studio è stato utilizzato il pacchetto software Spec view 3 2 8 4 9. La paglia digerita è stata pesata. La stessa bilancia è stata utilizzata per misurare 10 chilogrammi di acqua.
Sia il digestato che l'acqua sono stati immessi nel recipiente prima della chiusura medica di NU. Il contenuto del reattore è stato guidato manualmente per evitare il blocco dello sterzo dell'elica. Il reattore era chiuso e messo in sicurezza trasversalmente.
Serrare il bullone con la forza di 50 Newton metro. Le condizioni di reazione sono state stabilite in questo particolare esperimento. La temperatura è stata impostata per 230 gradi Celsius con una velocità di riscaldamento di due gradi Celsius al minuto e mantenere la temperatura per sei ore.
Dopo la fase di raffreddamento, ha sterzato l'interruttore e il gas è stato raccolto in una sacca di gas da 20 litri. Il liquame è stato drenato attraverso una valvola a sfera ad alta pressione e ad alta temperatura. Il fluido veniva raccolto e filtrato.
Il biochar prodotto è stato strappato. Il biochar umido viene posto in un forno a 105 gradi Celsius. In questo lavoro è stato utilizzato un analizzatore a tre elementari vari EL.
In un piatto di campionamento sono stati pesati 30 milligrammi di ossido di tungsteno-sei. Da cinque a 10 milligrammi di campione secco sono stati inseriti nel piatto del campione. Mescolate e avvolgete.
Il sample pan viene inserito in un campionatore automatico vari EL. L'analisi viene avviata e i dati vengono memorizzati in un computer. La resa massima di metano è stata di 270,4 litri per chilogrammo per il funzionamento termofilo e di 216,9 litri per chilogrammo per il funzionamento mesofilo.
Il biogas conteneva tra il 41 e il 61% di metano, mentre il resto è anidride carbonica. Il digerito secco ha un aspetto simile alla paglia secca, solo di colore un po' più scuro. La struttura fibrosa viene distrutta nel biochar HTC.
In assenza di struttura fibrosa, il biochar HTC diventa friggibile. Richiede a malapena una pressione per polverizzarlo. Il biochar HTC è molto idrofobo.
Può rimanere a contatto con l'acqua per un tempo prolungato. Se un chilogrammo di paglia grezza viene carbonizzato idrotermale, il biochar HTC avrà il potenziale di 11 megajoule. Ma con il processo di combinazione, si può ottenere un totale di 12,1 mega bioenergia.
Ladigestione anaerobica ha una resa energetica compresa tra il 20 e il 25%Mentre con la combinazione di HTC, la resa energetica può arrivare fino al 70%
Panoramica
Questo studio esplora l'integrazione di un nuovo reattore anaerobico a flusso ascendente in stato solido (UASS) per la produzione di biogas con la carbonizzazione idrotermica (HTC) del digestato in biochar. La ricerca ha lo scopo di potenziare la produzione di bioenergia da biomasse fibrose, dimostrando il potenziale derivante dalla combinazione di questi due processi di bioenergia.
Componenti Chiave dello Studio
Ambito Scientifico
- Produzione di bioenergia
- Digestione anaerobica
- Carbonizzazione idrotermica
Sfondo
- La digestione anaerobica comprende diversi passaggi di degradazione della biomassa.
- I metodi tradizionali richiedono molto tempo e energia.
- Il reattore UASS offre vantaggi come la separazione solido-liquido.
- La HTC è un processo termochimico che converte la biomassa in biochar stabile.
Scopo dello studio
- Combinare i processi UASS e HTC per migliorare il rendimento di bioenergia.
- Valutare l'efficienza della produzione di biogas da biomassa fibrosa.
- Analizzare le proprietà del biochar prodotto.
Metodi Utilizzati
- Utilizzo di un reattore UASS da 39 litri per la produzione di biogas.
- Carbonizzazione idrotermica del digestato a temperature controllate.
- Misurazione regolare della composizione del biogas mediante analizzatori industriali.
- Analisi delle proprietà chimiche del digestato e del biochar.
Risultati principali
- La resa massima di metano ha raggiunto 270,4 litri per chilogrammo in condizioni termofile.
- La composizione del biogas è variata tra il 41% e il 61% di metano.
- Il biochar ottenuto tramite HTC ha mostrato un elevato potere calorifico e stabilità.
- I processi combinati hanno aumentato la resa energetica complessiva fino al 70%.
Conclusioni
- L'integrazione di UASS e HTC migliora notevolmente la produzione di bioenergia.
- Il biochar ottenuto tramite HTC possiede proprietà favorevoli per applicazioni energetiche.
- Questo approccio potrebbe migliorare l'efficienza della gestione dei rifiuti di biomassa.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Progetto
Questo studio dimostra una nuova integrazione tra digestione anaerobica e carbonizzazione idrotermica per aumentare la resa di bioenergia da biomassa lignocellulosica, offrendo un percorso per migliorare la produzione di energia rinnovabile a partire dai residui agricoli. L'approccio combinato aumenta il recupero energetico di oltre il 60% rispetto alla sola digestione anaerobica, contribuendo a ridurre i rischi delle tecnologie di conversione della biomassa nelle fasi iniziali dello sviluppo di biocarburanti. Tali piattaforme ibride termochimiche-biologiche potrebbero orientare le decisioni di portafoglio nella ricerca e sviluppo di energia sostenibile, migliorando la fiducia predittiva nella valorizzazione delle materie prime.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Target
- Valore scientifico: Consente l'analisi della recalcitranza della biomassa e dell'efficienza del pretrattamento attraverso misurazioni degli output di biogas e biochar.
- Valore operativo: Fornisce una piattaforma standardizzata per confrontare l'impatto dei pretrattamenti sul rendimento energetico a valle.
Sviluppo di screening e saggi
- Valore scientifico: Genera un rendimento quantitativo di metano e un valore calorifico della biochar come parametri riproducibili per l'ottimizzazione del processo.
- Valore operativo: Favorisce la prontezza del saggio attraverso la produzione costante di digestato e la conversione mediante carbonizzazione idrotermica in condizioni definite.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Valore scientifico: Dimostra la continuità dal digestato umido al biochar stabile, consentendo un avanzamento calibrato sui rischi dei percorsi di conversione della biomassa.
- Valore operativo: Offre una separazione solido-liquido scalabile mediante il design UASS, riducendo la complessità di gestione nelle operazioni continue.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Il metodo posiziona la digestione anaerobica come una fase a monte di produzione di biogas e la carbonizzazione idrotermica come una fase a valle di valorizzazione del digestato, creando un flusso di lavoro biorefineristico accoppiato applicabile alla selezione di biomasse lignocellulosiche.
- Biologia della scoperta: Supporta la verifica di ipotesi sulle prestazioni delle comunità microbiche e sull'accessibilità dei substrati in condizioni mesofile e termofile.
- Screening: Fornisce metriche riproducibili sulla composizione del biogas e sul rendimento di metano per confrontare l'efficacia del pretrattamento delle biomasse.
- Analisi: Fornisce dati sul volume di gas prodotto e sulla composizione elementare per valutare l'efficienza del processo e il recupero energetico.
- Ricerca traslazionale: Collega l'effluente della digestione alla conversione termochimica, consentendo la valutazione del flusso di carbonio e della ripartizione dell'energia.
- Riutilizzo aziendale: Il design del reattore UASS consente cicli ripetuti di alimentazione e ritenzione di solidi, supportando un uso prolungato della piattaforma con diverse tipologie di biomassa.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta la comprensione meccanicistica del dirottamento del carbonio tra i percorsi di metano e di biochar solido.
- Valore operativo: Migliora la stabilità del sistema attraverso una separazione spontanea tra fase solida e liquida, riducendo i costi operativi.
- Valore strategico: Migliora l'efficienza del capitale estraendo ulteriore energia dal digestato, che altrimenti richiederebbe un trattamento.
- Impatto sul portafoglio: Consente una priorizzazione basata sul rischio delle diverse vie di conversione della biomassa, in base a soglie combinate di resa energetica.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze specifiche in microbiologia anaerobica e controllo dei processi termochimici.
- Necessita di strumentazione per il monitoraggio del biogas, reattori a temperatura regolata e reattori HTC ad alta pressione.
- Richiede la standardizzazione della preparazione del materiale di partenza e della misurazione dei solidi volatili per ottenere risultati riproducibili.
- Comporta considerazioni di adattamento nella scala progettuale del sistema UASS o nella modifica del tempo di permanenza in HTC per diversi tipi di biomassa.
- Comprende limitazioni pratiche, come la variabilità del rendimento di metano e la qualità del biochar dipendente dalla composizione del digestato.
