एक ऑटोक्लेव में वनस्पति खाद्य अपशिष्ट के हाइड्रोथर्मल कार्बनीकरण के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत किया जाता है, जिसमें बाद में शुष्क थर्मल उपचार 275 डिग्री सेल्सियस पर एक सतत प्रवाह रिएक्टर अस्थिर कार्बनिक पदार्थों को अस्थिर करता है। उद्देश्य मिट्टी संशोधन उत्पाद या सब्सट्रेट घटक के रूप में उपयुक्त एक कार्बन सामग्री का उत्पादन करने के लिए है।
एक दो कदम प्रक्रिया एक समान संरचना और पीट के रूप में गुणों के साथ एक कार्बन सामग्री के संश्लेषण के लिए वर्णित है. उत्पादित हाइड्रोचर को पादप उत्पादक निरोधात्मक पदार्थों को हटाकर कृषि अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त बनाया जाता है। फलों के छिलके, कॉफी के छिलके, अखाद्य वनस्पति भागों, या सामान्य रूप से गीला लिग्नोसेलुलोसिक सामग्री जैसे घरेलू अपशिष्ट का इलाज एक ऑटोक्लेव में 215 डिग्री सेल्सियस और 21 बार में पानी की उपस्थिति में किया जाता है, अर्थात हाइड्रोथर्मल कार्बनीकरण द्वारा। इन सभी बचे हुए लोगों में 90 वजन % (wt%) तक की काफी मात्रा है। पानी जोड़ने ऐसे संक्षेप या यहां तक कि उद्यान prunings और compostable पॉलिमर, यानी, बचे हुए के संग्रह के लिए प्लास्टिक बैग के रूप में सुखाने की सामग्री सुखाने की प्रक्रिया फैली हुई है।
आमतौर पर, जिसके परिणामस्वरूप कार्बन सामग्री, hydrochar कहा जाता है, जब मिट्टी में जोड़ा संयंत्र के विकास पर एक नकारात्मक प्रभाव पैदा करता है. यह माना जाता है कि इस प्रभाव adsorbed phytotoxic यौगिकों के कारण होता है. 275 डिग्री सेल्सियस पर निष्क्रिय वायुमंडल (ऑक्सीजन की अनुपस्थिति) के अंतर्गत एक साधारण पोस्ट-उपचार इन पदार्थों को हटा देता है। इसलिए, कच्चे hydrochar एक ऊर्ध्वाधर ट्यूबलर क्वार्ट्ज रिएक्टर के एक गिलास फ्रिट पर रखा गया है. एक नाइट्रोजन गैस प्रवाह नीचे प्रवाह दिशा में लागू किया जाता है. ट्यूब को एक घंटे तक हीटिंग मेंटल के माध्यम से वांछित तापमान पर गर्म किया जाता है।
थर्मल उपचार की सफलता आसानी से thermogravimetry (टीजी), हवा में बाहर किया द्वारा मात्रा निर्धारित है. एक वजन घटाने निर्धारित किया जाता है जब 275 डिग्री सेल्सियस का तापमान तक पहुँच जाता है, के बाद से अस्थिर सामग्री desorbed है. इसकी राशि अनुपचारित हाइड्रोचर की तुलना में अंतिम सामग्री में कम हो जाती है।
दो कदम उपचार घर के बचे हुए लोगों को धर्मान्तरित, उनके संग्रह के लिए नियोजित खाद बैग सहित, एक कार्बन सामग्री है कि संयंत्र विकास प्रमोटर के रूप में सेवा कर सकते हैं और, एक ही समय में, जलवायु परिवर्तन शमन के लिए एक कार्बन सिंक के रूप में.
हाइड्रोथर्मल कार्बोनाइजेशन (एचटीसी) गीला, लिग्नोसेलूलोसिक संसाधनों के अपशिष्ट प्रबंधन के लिए एक उभरती हुई प्रौद्योगिकी है। इस तकनीक Antonietti और Titirici द्वारा rediscovered और पाइन सुइयों, पाइन शंकु, ओक के पत्ते और संतरे के छिलके1के लिए लागू किया गया था. इस प्रकार बायोमास हाइड्रोचर में परिवर्तित हो जाता है, जो कार्बनमय ठोस लिग्नाइट2,3 या पीट4,5के समान होता है। तब से, कई अवशिष्ट फीडस्टॉक्स ने कृषि-औद्योगिक अपशिष्ट6,7,8, नगरपालिका ठोस अपशिष्ट (ओएफएमएसडब्ल्यू)9या कागज मिल कीचड़10जैसे संसाधित किया है। इस प्रौद्योगिकी का उपयोग पाइरोलिसिस और गैसीकरण11के लिए बायोमास पूर्व उपचार के रूप में भी किया जाता है . इसके अलावा, प्रक्रिया ऐसे शर्करा या सेलूलोज़ के रूप में सजातीय अक्षय संसाधनों से आधुनिक नैनो प्रौद्योगिकी सामग्री प्रदान करता है. इन उन्नत सामग्री rechargeable बैटरी के लिए इलेक्ट्रोड के रूप में भविष्य के अनुप्रयोगों के लिए क्षमता है, ईंधन कोशिकाओं या supercapacitators, गैस भंडारण, सेंसर या दवा वितरण12,13.
hydrochar एक कार्बन सामग्री है और इस तरह के रूप में यह अक्षय ठोस ईंधन के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है, खासकर जब कम मूल्य से उत्पादन किया, चर के साथ विषम संसाधनों (मौसम या क्षेत्रीय) संरचना. तथापि, जलचर उत्पादन और इसके तत्काल दहन के स्थान पर मिट्टी के लिए इसके अनुप्रयोग का जलवायु परिवर्तन न्यूनीकरण में तीन अंश योगदान होगा। सबसे पहले, अपशिष्ट प्रबंधन प्रौद्योगिकी के रूप में HTC का चयन खाद या अनियंत्रित अपघटन14,15के दौरान शक्तिशाली ग्रीनहाउस गैस मीथेन के उत्सर्जन से बचा जाता है. दूसरा, थोड़े समय के बाद हाइड्रोचर के दहन से बचने और इसे मिट्टी पर लगाने से, लंबे समय तक वायुमंडल से कार्बन डाइऑक्साइड को हटा देता है, अर्थात्, इसमें वास्तविक कार्बन कैप्चर एंड स्टोरेज (सीसीएस)16,17शामिल हैं। तीसरा, सामान्य तौर पर, चार संशोधित मिट्टी अधिक उपजाऊ मिट्टी (काली मिट्टी) हैं और पौधों की वृद्धि बढ़ जाती है। 18 , 19 इससे संसाधनों के संरक्षण के अलावा उर्वरक उपयोग और उनके उत्पादन से संबंधित कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन कम हो जाते हैं। इसके अलावा, अतिरिक्त संयंत्र विकास वातावरण से अधिक कार्बन डाइऑक्साइड को हटा.
हालांकि यह काफी स्पष्ट है कि वहाँ मिट्टी के लिए hydrochar के आवेदन के लिए कई स्पष्ट तर्क कर रहे हैं, सामग्री एक असुविधा शामिल है: कच्चे hydrochar बिल्कुल biochar कि pyrolysis द्वारा उत्पादित है के रूप में व्यवहार नहीं करता है. हाइड्रोचर स्पष्ट रूप से पौधों की वृद्धि या इससे भी बदतर वृद्धि नहीं करता है , अक्सर यह एक बल्कि नकारात्मक प्रभाव का कारण बनता है20,21,22. इसलिए, किसानों को इसे लागू करने के लिए प्रोत्साहित नहीं किया जाता है, और इसके लिए पैसे का भुगतान करने के लिए भी कम नहीं है। सौभाग्य से, इस कमी को कम या समाप्त किया जा सकता है। सबसे आसान तरीका यह है कि केवल दूसरे कृषि चक्र22की प्रतीक्षा की जाए . इसके अलावा धोने20,21,22,23 या सह composting24 इस उद्देश्य के लिए सफल उपचार कर रहे हैं. हालांकि, इन सभी प्रक्रियाओं समय की आवश्यकता होती है या एक जलीय धारा है कि आगे की देखभाल की जरूरत का उत्पादन.
हाल ही में, यह दिखाया गया है कि कच्चे hydrochar एक नरम थर्मल पोस्ट उपचार25के अधीन किया जा सकता है. इस प्रक्रिया का उद्देश्य बस अवांछित अस्थिर और हानिकारक पदार्थों को अस्थिर करना है। मुख्य रूप से कार्बनिक पदार्थ के परिणामस्वरूप संकेंद्रित प्रवाह को सिटू में थर्मल रूप से वलयित किया जा सकता है। जैसे, HTC संयंत्र की ऊर्जा संतुलन में सुधार हुआ है और पक्ष धारा के किसी भी पर्यावरण जोखिम को रोका है. अंकुरण परीक्षण बताते हैं कि उपचार सफल होता है जब 275 डिग्री सेल्सियस या अधिक के तापमान पर किया जाता है।
वर्तमान प्रोटोकॉल (चित्र 1देखें) में अभिक्रिया परिणाम के मूल्यांकन के लिए दो अभिक्रिया चरण तथा एक सरल विश्लेषणात्मक विधि शामिल है। पहले चरण के दौरान बायोमास को 215 डिग्री सेल्सियस और 21-बार दाब पर एक ऑटोक्लेव में कच्चे हाइड्रोचर में परिवर्तित कर दिया जाता है। यहाँ, घरेलू बचे हुए सामान शुरू सामग्री के रूप में कार्यरत हैं. इनमें सभी प्रकार की सब्जी सामग्री जैसे फलों के छिलके, फल पत्थर, अखाद्य वनस्पति भाग, कॉफी ग्राउंड, किचन पेपर, कंपोस्टेबल प्लास्टिक बैग आदि शामिल हैं। कार्बोनेशस सामग्री निस्पंदन द्वारा एकत्र की जाती है और सूख जाती है। दूसरे चरण के लिए, यह एक ऊर्ध्वाधर ट्यूबलर रिएक्टर के एक गिलास फ्रिट पर रखा गया है जो नीचे की ओर प्रवाह दिशा में गैस प्रवाह को लागू करता है। ट्यूब को 1 ज के लिए 275 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जाता है। जिसके परिणामस्वरूप ठोस हवा में thermogravimetry (TG) द्वारा विश्लेषण किया जाता है. 275 डिग्री सेल्सियस तक की भौतिक हानि मात्रा निर्धारित की जाती है और अनुपचारित हाइड्रोचर के साथ देखे गए नुकसान की तुलना में। कार्बन सामग्री आगे मौलिक विश्लेषण (सी, एच, एन, और एस), राख सामग्री और राख संरचना (मुख्य रूप से Ca, अल, Si, और पी) द्वारा विशेषता जा सकता है।
हाइड्रोथर्मल कार्बनीकरण एक बहुत ही लचीला तरीका है और हमेशा एक कार्बनमय उत्पाद प्रदान करता है, अर्थात्, हाइड्रोचर। हालांकि, हाइड्रोचर की उपज और गुण न केवल प्रतिक्रिया स्थितियों या प्रतिक्रिया नियंत्रण के कारण भिन्न हो सकते हैं, बल्कि बायोमास की विषमता और भिन्नता के कारण हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, बड़े पैमाने पर उपज और सी सामग्री एक उच्च लिग्निन सामग्री या वुडी सामग्री के साथ lignocellulosic बायोमास के लिए अधिक हो सकता है.
मामले में है कि एक उच्च कार्बनीकरण की डिग्री (तत्वात्मक विश्लेषण द्वारा परिमाणित) वांछित है, hydrochar कार्बनीकरण प्रतिक्रिया करने के लिए पुन: प्रस्तुत किया जा सकता है. वैकल्पिक रूप से, भविष्य में प्रतिक्रिया प्रतिक्रिया समय लंबे समय तक किया जा सकता है या प्रतिक्रिया तापमान बढ़ाया जा सकता है (कौशन, autogenous पानी का दबाव तापमान के साथ तेजी से बढ़ जाती है).।
थर्मल उपचार के परिणाम भी कच्चे माल की संरचना पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, यदि बायोमास वनस्पति तेल जैसे अन्य कार्बनिक घटकों को शामिल करता है, थर्मल उपचार ठोस और बड़े पैमाने पर हानि से इन अस्थिर यौगिकों को अलग करेगा अधिक से अधिक हो जाएगा.
वर्तमान प्रोटोकॉल में, दोनों चरणों बैच मोड में किए जाते हैं। औद्योगिक अनुप्रयोग के लिए, संपूर्ण उत्पादन प्रक्रिया को सतत मोड में किया जाना चाहिए। हाइड्रोथर्मल कार्बनीकरण पहले से ही एक सतत प्रक्रिया के रूप में किया जाता है26,27, लेकिन थर्मल उपचार अभी भी आगे विकसित किया जाना है. अंतिम उद्देश्य के लिए पीट गुणों के साथ एक कार्बोनेसियस सामग्री में OFMSW परिवर्तित इतना है कि पीट रोजगार (एक जीवाश्म सामग्री माना जाता है) पर्यावरण के लिए स्पष्ट लाभ के साथ कृषि और बागवानी में बढ़ जाती है और जलवायु के लिए एक योगदानकर्ता के रूप में शमन बदलें.
The authors have nothing to disclose.
लेखक जलवायु-केसी कार्यक्रम के CharM और AdvCharM के तहत यूरोपीय आयोग से प्राप्त वित्तीय सहायता के लिए आभारी हैं और विज्ञान, नवाचार और विश्वविद्यालयों के विज्ञान मंत्रालय से RTC-2017-6087-5 के तहत “Investigacien, Desarrollo ई नवाचार ओरिएंटेड एक लॉस Retos de la Sociedad कार्यक्रम और Severo Ochoa कार्यक्रम के तहत (SEV-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) |