SlideShare uma empresa Scribd logo
1 de 27
Baixar para ler offline
1
2
Получение лигнинсодержащего топлива из
растительного сырья на
биотехнологических производствах и его
использование в экологически чистых
энергоустановках
Ломовский О. И.
Бычков А.Л.
Бурдуков А.П.
Институт химии твёрдого тела и механохимии СО РАН,
Институт теплофизики СО РАН,
Россия, Новосибирск
3
Химический состав растительного сырья
Mood S. et al. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 27. (2013). p.77–93.
Гемицелл
юлоза 20-
35 %
Лигнин 15-
20 %
Целлюло
за 35-50 %
Зола и
экстракти
вные в-ва
15-20 %
4
Зависимость теплоты сгорания
модельного топлива от содержания
лигнина
Содержание лигнина,
%
Теплота сгорания,
МДж/кг
0 (чистая целлюлоза) 16,4
10 17,0
20 17,5
40 18,6
60 21,1
80 23,2
100 (чистый лигнин) 25,8
(Friedl, 2005)
5
Теплоты сгорания некоторых
лигноцеллюлозных материалов
Материал Теплота сгорания,
МДж/кг
хлопковая целлюлоза 16,4
сосновый лигнин 25,8
лузга риса 14,6
солома кукурузы 16,1
солома пшеницы 17,5
стебли тростника 17,7
Бычков А.Л., Денькин А.И., Тихова В.Д., Ломовский О.И. Расчѐт теплоты сгорания лигноцеллюлозы на
основании данных элементного анализа // Химия растительного сырья. – 2014. – № 3. – С. 99-104.
2
0.00355 0.232 2.230 0.0512 0.131 20.600Q C C H C H N           
6
Биотопливо второго поколения –
из отходов сельского хозяйства
Лигноцеллюлоза
Гидролизат
(углеводы)
Остаток
(лигнин)
Жидкое
биотопливо
Твѐрдое
биотопливо
механоферментативный
гидролиз
Method for preparation of oil palm waste to enzymatic hydrolysis for production of water-soluble carbohydrides / K.G.
Korolev, O.I. Lomovsky, A.A. Politov, O.V. Golyazimova, A.L. Bychkov. – Patent # WO 2011/002329. – A1. – 06.01.2011.
7
7
• Химический состав (лигнин ингибирует ферменты
и снижает скорость реакции).
• Удельная площадь поверхности (увеличение
площади приводит к увеличению скорости гидролиза).
• Степень кристалличности (уменьшение
кристалличности целлюлозы увеличивает выход
реакции).
Основные факторы, отвечающие за
реакционную способность лигноцеллюлозы
Синицын А., Гусаков А., Черноглазов В. Биоконверсия лигноцеллюлозных материалов. —
М:МГУ, 1995. — С. 220.
8
Кинетика гидролиза механически
активированной соломы
0
10
20
30
40
50
0 2 4 6 8 10 12
Время, ч
Выходуглеводов,%
Исх. солома МА 4 раза
9
0 1 2 3 4 5 6 7 8
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
%
Conversion,
t, days
Degree of conversion to sugar vs time
10
2 m
Unique possibilities of new technology
Transformations of cell walls
Initial after mechanical after mechanochemical
treatment treatment
Formation of biocomposites 100 nm
11
Аморфизация кристаллических
областей целлюлозы
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
5500
6000
5 10 15 20 25 30 35 40
2Theta
I
Исх.
солома
МА солома
I1
ИК =
I1 I0
* 100 %
I1
I0
До активации: 64 %.
После активации: 31 %.
Bychkov A.L., Buchtoyarov V.A., Lomovsky O.I. // Cellulose Chemistry and Technology. 2014. V. 48 (5-6). P. 545-551.
12
Peculiarities of plant cell structure
and raw comminution
Уникальная особенность механохимической технологии –
возможность «сухого» аэродинамического обогашения
порошкового топлива лигнином
13
50 nm
30_5_4_31
Structure of cellulose (left) and lignin containing
(right) particles
Lomovsky O., Bychkov A., Lomovsky I. Mechanical Pretreatment. In ―Biomass
Fractionation Technologies for a Lignocellulosic Feedstock Based Biorefinery‖,
Mussatto S.I. (Ed.), Elsevier, 2016, pp. 23–55
14
Airdynamic separator for plant raw powders
15
Mobile mechanochemical unit (Project)
Advantages :
Easy to carry and suitable to local applications;
High operation flexibility;
Treatment costs dramatically cut down from the cheapest extraction technology;
Clean environmental technology: no wastewater production and no toxic gas emissions.
16
Получение экспериментальных
партий биотоплива
Образцы топлива:
дисперсность: 44-140 мкм,
содержание лигнина: 18-60 %.
Государственный контракт № 14.516.11.0048 «Проведение проблемно-
ориентированных исследований и разработка технических решений
экологически чистых энергоустановок, использующих мелкодисперсное
твердое топливо из растительного сырья».
Исполнитель: ИТ СО РАН.
Соисполнитель: ИХТТМ СО РАН.
17
Энергетическая установка
разработки ИТ СО РАН (1МВт)
Цель работы: создать из лигноцеллюлозного сырья мелкодисперсное
твѐрдое топливо, пригодное для сжигания в факельных горелках
18
Термический анализ топлива с
различным содержанием лигнина
20 % лигнина
70 % лигнина
I стадия II стадия
Горение высоколигнифицированного топлива
смещено в высокотемпературную область
19
Динамика горения
лигноцеллюлозных частиц
Piriou B. et al. Progress in Energy and Combustion Science. 2013. V.39. P.169-188
Для равномерности горения факела
необходимо обеспечить размер частиц топлива менее 100 мкм
20
Молотковая мельница со свободным
типом удара
Продукт неоднороден,
средний размер частиц более 100 мкм
Производитель - «Продсельмаш», г.Новосибирск
21
Горение лигноцеллюлозы с
размерами частиц более 100 мкм
0 100 200 300 400 500 600
0
200
400
600
800
1000
1200
12.04.2013 17:49:06 CH1
CH2
CH3
CH4
CH6
CH7
Т С
0
Сек
обрыв горениятреки крупных частиц
* совместно с коллективом ИТ СО РАН
22
Центробежные роликовые мельницы
(ИХТТМ СО РАН)
1-5 кг/час 5-20 кг/час 20-100 кг/час
Raw
materials
Product of
mechanical treatment
rollers
stator
rotor
23
Горение лигноцеллюлозы с
размерами частиц 50-100 мкм
0
25
50
75
100
>5005004003002001601008050403220
Размер, мкм
Суммарноесодержаниефракций,%
2800 об./мин
3150 об./мин
3500 об./мин
0 200 400 600 800 1000 1200
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
Лигнин 18% CH1
CH2
CH3
CH4
CH5
CH6
CH7
сек
Т
0
С
горение протекает равномерно,
но требуется сузить
распределение частиц по
размерам
* совместно с коллективом ИТ СО РАН
24
Схема пневматической (вихревой)
мельницы
Львов Г.А. и др. Патент РФ № 2036012. Приоритет от 27.05.1995.
25
0
25
50
75
100
5003002001601008050403220
Размер, мкм
Суммарноесодержаниефракций,%
0 100 200 300 400 500 600 700 800
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
CH1
CH2
CH3
CH4
CH5
CH6
CH7
сек
Лигнин 30%
Т
0
С
Горение лигноцеллюлозы с
размерами частиц менее 50 мкм
Горение протекает равномерно,
топливо отвечает заданным требованиям
* совместно с коллективом ИТ СО РАН
26
Выводы
 Механическая активация приводит к увеличению реакционной
способности лигноцеллюлозы благодаря:
- уменьщению размера частиц и увеличению удельной
площади поверхности,
- аморфизации кристаллических областей целлюлозы,
- разупорядочению супрамолекулярной структуры клеточных
стенок.
 Комбинация механической обработки и ферментативного
гидролиза позволяет гидролизовать значительную часть
целлюлозы и гемицеллюлозы в водорастворимые углеводы.
 Остаток после ферментативного гидролиза обогащѐн лигнином и
может быть использован в качестве топлива.
Lomovsky O., Bychkov A., Lomovsky I., Logvinenko V., Burdukov A. Mechanochemical
production of lignin-containing powder fuels from biotechnology industry waste: A
review // Thermal Science. – 2015. – V. 19. № 1. – P. 219-229
27
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!

Mais conteúdo relacionado

Mais procurados (16)

29976ip
29976ip29976ip
29976ip
 
Pr mwplazma uhol
Pr mwplazma uholPr mwplazma uhol
Pr mwplazma uhol
 
Pr stend par
Pr stend parPr stend par
Pr stend par
 
клименко и. о. азотирование вт 10 и вт 6
клименко и. о. азотирование вт 10 и вт 6клименко и. о. азотирование вт 10 и вт 6
клименко и. о. азотирование вт 10 и вт 6
 
окр. кремний
окр. кремнийокр. кремний
окр. кремний
 
6915
69156915
6915
 
Pr stend vozduch
Pr stend vozduchPr stend vozduch
Pr stend vozduch
 
28551ip
28551ip28551ip
28551ip
 
5
55
5
 
презентация 18
презентация 18презентация 18
презентация 18
 
Berveno моделирование структуры умс
Berveno моделирование структуры умсBerveno моделирование структуры умс
Berveno моделирование структуры умс
 
Стрюк Сергей
Стрюк СергейСтрюк Сергей
Стрюк Сергей
 
29241ip
29241ip29241ip
29241ip
 
28752p
28752p28752p
28752p
 
Ru2571022 c1
Ru2571022 c1Ru2571022 c1
Ru2571022 c1
 
Отчет технического отдела по нанопокрытию
Отчет технического отдела по нанопокрытиюОтчет технического отдела по нанопокрытию
Отчет технического отдела по нанопокрытию
 

Destaque

Reactivo de deshidrogenasa l+íctica
Reactivo de deshidrogenasa l+ícticaReactivo de deshidrogenasa l+íctica
Reactivo de deshidrogenasa l+ícticaRodrigo Vargas
 
Маркетинговые инструменты в продвижении услуг на рынке строительства и недвиж...
Маркетинговые инструменты в продвижении услуг на рынке строительства и недвиж...Маркетинговые инструменты в продвижении услуг на рынке строительства и недвиж...
Маркетинговые инструменты в продвижении услуг на рынке строительства и недвиж...Business Family
 
Undersea And The Creatures That Live Here
Undersea And The Creatures That Live HereUndersea And The Creatures That Live Here
Undersea And The Creatures That Live HereCarmen María Pérez
 
Recipes for the Perfect PI v2.0
Recipes for the Perfect PI v2.0Recipes for the Perfect PI v2.0
Recipes for the Perfect PI v2.0Sascha Wenninger
 
Конгресс 2016 (Congressrgr) - национальный конгресс по недвижимости
Конгресс 2016 (Congressrgr) - национальный конгресс по недвижимостиКонгресс 2016 (Congressrgr) - национальный конгресс по недвижимости
Конгресс 2016 (Congressrgr) - национальный конгресс по недвижимостиDirectiv
 
ONTAP - Ergonomics
ONTAP - ErgonomicsONTAP - Ergonomics
ONTAP - ErgonomicsWRDSB
 
Valuing Diversity - Komunikasi Kelompok dan Organisasi
Valuing Diversity - Komunikasi Kelompok dan OrganisasiValuing Diversity - Komunikasi Kelompok dan Organisasi
Valuing Diversity - Komunikasi Kelompok dan OrganisasiCut Ayu Rahimainita
 
Aspectos éticos de la publicación científica
Aspectos éticos de la publicación científicaAspectos éticos de la publicación científica
Aspectos éticos de la publicación científicapuracenteno
 

Destaque (13)

Reactivo de deshidrogenasa l+íctica
Reactivo de deshidrogenasa l+ícticaReactivo de deshidrogenasa l+íctica
Reactivo de deshidrogenasa l+íctica
 
Маркетинговые инструменты в продвижении услуг на рынке строительства и недвиж...
Маркетинговые инструменты в продвижении услуг на рынке строительства и недвиж...Маркетинговые инструменты в продвижении услуг на рынке строительства и недвиж...
Маркетинговые инструменты в продвижении услуг на рынке строительства и недвиж...
 
What A Wonderful Word
What A Wonderful WordWhat A Wonderful Word
What A Wonderful Word
 
Undersea And The Creatures That Live Here
Undersea And The Creatures That Live HereUndersea And The Creatures That Live Here
Undersea And The Creatures That Live Here
 
Recipes for the Perfect PI v2.0
Recipes for the Perfect PI v2.0Recipes for the Perfect PI v2.0
Recipes for the Perfect PI v2.0
 
RWANDA
RWANDARWANDA
RWANDA
 
Конгресс 2016 (Congressrgr) - национальный конгресс по недвижимости
Конгресс 2016 (Congressrgr) - национальный конгресс по недвижимостиКонгресс 2016 (Congressrgr) - национальный конгресс по недвижимости
Конгресс 2016 (Congressrgr) - национальный конгресс по недвижимости
 
The Nervous System
The Nervous SystemThe Nervous System
The Nervous System
 
CURRICULUM VITAE
CURRICULUM  VITAECURRICULUM  VITAE
CURRICULUM VITAE
 
ONTAP - Ergonomics
ONTAP - ErgonomicsONTAP - Ergonomics
ONTAP - Ergonomics
 
Valuing Diversity - Komunikasi Kelompok dan Organisasi
Valuing Diversity - Komunikasi Kelompok dan OrganisasiValuing Diversity - Komunikasi Kelompok dan Organisasi
Valuing Diversity - Komunikasi Kelompok dan Organisasi
 
Reactivo de calcio
Reactivo de calcioReactivo de calcio
Reactivo de calcio
 
Aspectos éticos de la publicación científica
Aspectos éticos de la publicación científicaAspectos éticos de la publicación científica
Aspectos éticos de la publicación científica
 

Semelhante a Получение лигнинсодержащего топлива из растительного сырья на биотехнологических производствах и его использование в экологически чистых энергоустановках»

системы безмазутного розжига 2016 для чтения
системы безмазутного розжига 2016 для чтениясистемы безмазутного розжига 2016 для чтения
системы безмазутного розжига 2016 для чтенияakuznetsov_tokhil
 
2015 стр 636-654 и титул копытин совр фунд осн обращения с радиоактивными о...
2015   стр 636-654 и титул копытин совр фунд осн обращения с радиоактивными о...2015   стр 636-654 и титул копытин совр фунд осн обращения с радиоактивными о...
2015 стр 636-654 и титул копытин совр фунд осн обращения с радиоактивными о...Konstantin German
 
Описание технологии производства Биоэтанола
Описание технологии производства БиоэтанолаОписание технологии производства Биоэтанола
Описание технологии производства БиоэтанолаIlya8
 
Презентация мини-ТЭЦ на 6МВт
Презентация мини-ТЭЦ на 6МВтПрезентация мини-ТЭЦ на 6МВт
Презентация мини-ТЭЦ на 6МВтgram2002
 
Роль химии в жизни общества
Роль химии в жизни обществаРоль химии в жизни общества
Роль химии в жизни обществаTanjaua
 
С.Д. Варфоломеев - Новые энергетические технологии — новые экономические вызовы
С.Д. Варфоломеев - Новые энергетические технологии — новые экономические вызовыС.Д. Варфоломеев - Новые энергетические технологии — новые экономические вызовы
С.Д. Варфоломеев - Новые энергетические технологии — новые экономические вызовыMoscow School of Economics (MSE MSU)
 

Semelhante a Получение лигнинсодержащего топлива из растительного сырья на биотехнологических производствах и его использование в экологически чистых энергоустановках» (6)

системы безмазутного розжига 2016 для чтения
системы безмазутного розжига 2016 для чтениясистемы безмазутного розжига 2016 для чтения
системы безмазутного розжига 2016 для чтения
 
2015 стр 636-654 и титул копытин совр фунд осн обращения с радиоактивными о...
2015   стр 636-654 и титул копытин совр фунд осн обращения с радиоактивными о...2015   стр 636-654 и титул копытин совр фунд осн обращения с радиоактивными о...
2015 стр 636-654 и титул копытин совр фунд осн обращения с радиоактивными о...
 
Описание технологии производства Биоэтанола
Описание технологии производства БиоэтанолаОписание технологии производства Биоэтанола
Описание технологии производства Биоэтанола
 
Презентация мини-ТЭЦ на 6МВт
Презентация мини-ТЭЦ на 6МВтПрезентация мини-ТЭЦ на 6МВт
Презентация мини-ТЭЦ на 6МВт
 
Роль химии в жизни общества
Роль химии в жизни обществаРоль химии в жизни общества
Роль химии в жизни общества
 
С.Д. Варфоломеев - Новые энергетические технологии — новые экономические вызовы
С.Д. Варфоломеев - Новые энергетические технологии — новые экономические вызовыС.Д. Варфоломеев - Новые энергетические технологии — новые экономические вызовы
С.Д. Варфоломеев - Новые энергетические технологии — новые экономические вызовы
 

Mais de BDA

Vаркетинг на торговых площадках в Китае
Vаркетинг на торговых площадках в КитаеVаркетинг на торговых площадках в Китае
Vаркетинг на торговых площадках в КитаеBDA
 
Презентация бондовой зоны
Презентация бондовой зоныПрезентация бондовой зоны
Презентация бондовой зоныBDA
 
Новосибирская таможня
Новосибирская таможняНовосибирская таможня
Новосибирская таможняBDA
 
Продвижение бизнеса на международных рынках
Продвижение бизнеса на международных рынкахПродвижение бизнеса на международных рынках
Продвижение бизнеса на международных рынкахBDA
 
Специфика фулфилмента онлайн0продаж
Специфика фулфилмента онлайн0продажСпецифика фулфилмента онлайн0продаж
Специфика фулфилмента онлайн0продажBDA
 
Экспорт товаров и онлайн-торговля (подготовлено компанией DHL)
Экспорт товаров и онлайн-торговля (подготовлено компанией DHL)Экспорт товаров и онлайн-торговля (подготовлено компанией DHL)
Экспорт товаров и онлайн-торговля (подготовлено компанией DHL)BDA
 
6. «Практические инструменты экспортной работы на международных рынках»
6. «Практические инструменты экспортной работы на международных рынках»6. «Практические инструменты экспортной работы на международных рынках»
6. «Практические инструменты экспортной работы на международных рынках»BDA
 
«Практические инструменты экспортной работы на международных рынках»
 «Практические инструменты экспортной работы на международных рынках» «Практические инструменты экспортной работы на международных рынках»
«Практические инструменты экспортной работы на международных рынках»BDA
 
5.«Практические инструменты экспортной работы на международных рынках»
 5.«Практические инструменты экспортной работы на международных рынках» 5.«Практические инструменты экспортной работы на международных рынках»
5.«Практические инструменты экспортной работы на международных рынках»BDA
 
3.«Практические инструменты экспортной работы на международных рынках»
 3.«Практические инструменты экспортной работы на международных рынках» 3.«Практические инструменты экспортной работы на международных рынках»
3.«Практические инструменты экспортной работы на международных рынках»BDA
 
2. «Практические инструменты экспортной работы на международных рынках»
2.  «Практические инструменты экспортной работы на международных рынках»2.  «Практические инструменты экспортной работы на международных рынках»
2. «Практические инструменты экспортной работы на международных рынках»BDA
 
1. «Практические инструменты экспортной работы на международных рынках»
1. «Практические инструменты экспортной работы на международных рынках»1. «Практические инструменты экспортной работы на международных рынках»
1. «Практические инструменты экспортной работы на международных рынках»BDA
 
Практические инструменты экспортной работы на международных рынках
Практические инструменты экспортной  работы на международных рынкахПрактические инструменты экспортной  работы на международных рынках
Практические инструменты экспортной работы на международных рынкахBDA
 
ЛИОТЕХ
ЛИОТЕХЛИОТЕХ
ЛИОТЕХBDA
 
ГОРМАШЭКСПОРТ
ГОРМАШЭКСПОРТГОРМАШЭКСПОРТ
ГОРМАШЭКСПОРТBDA
 
Агро ЭКспорт
Агро ЭКспортАгро ЭКспорт
Агро ЭКспортBDA
 
ООО ЭМА
ООО ЭМАООО ЭМА
ООО ЭМАBDA
 
Сертификация ВЭД
Сертификация ВЭДСертификация ВЭД
Сертификация ВЭДBDA
 
ФСТЭК СФО
ФСТЭК СФОФСТЭК СФО
ФСТЭК СФОBDA
 
Новые возможности для экспортёров
Новые возможности для экспортёровНовые возможности для экспортёров
Новые возможности для экспортёровBDA
 

Mais de BDA (20)

Vаркетинг на торговых площадках в Китае
Vаркетинг на торговых площадках в КитаеVаркетинг на торговых площадках в Китае
Vаркетинг на торговых площадках в Китае
 
Презентация бондовой зоны
Презентация бондовой зоныПрезентация бондовой зоны
Презентация бондовой зоны
 
Новосибирская таможня
Новосибирская таможняНовосибирская таможня
Новосибирская таможня
 
Продвижение бизнеса на международных рынках
Продвижение бизнеса на международных рынкахПродвижение бизнеса на международных рынках
Продвижение бизнеса на международных рынках
 
Специфика фулфилмента онлайн0продаж
Специфика фулфилмента онлайн0продажСпецифика фулфилмента онлайн0продаж
Специфика фулфилмента онлайн0продаж
 
Экспорт товаров и онлайн-торговля (подготовлено компанией DHL)
Экспорт товаров и онлайн-торговля (подготовлено компанией DHL)Экспорт товаров и онлайн-торговля (подготовлено компанией DHL)
Экспорт товаров и онлайн-торговля (подготовлено компанией DHL)
 
6. «Практические инструменты экспортной работы на международных рынках»
6. «Практические инструменты экспортной работы на международных рынках»6. «Практические инструменты экспортной работы на международных рынках»
6. «Практические инструменты экспортной работы на международных рынках»
 
«Практические инструменты экспортной работы на международных рынках»
 «Практические инструменты экспортной работы на международных рынках» «Практические инструменты экспортной работы на международных рынках»
«Практические инструменты экспортной работы на международных рынках»
 
5.«Практические инструменты экспортной работы на международных рынках»
 5.«Практические инструменты экспортной работы на международных рынках» 5.«Практические инструменты экспортной работы на международных рынках»
5.«Практические инструменты экспортной работы на международных рынках»
 
3.«Практические инструменты экспортной работы на международных рынках»
 3.«Практические инструменты экспортной работы на международных рынках» 3.«Практические инструменты экспортной работы на международных рынках»
3.«Практические инструменты экспортной работы на международных рынках»
 
2. «Практические инструменты экспортной работы на международных рынках»
2.  «Практические инструменты экспортной работы на международных рынках»2.  «Практические инструменты экспортной работы на международных рынках»
2. «Практические инструменты экспортной работы на международных рынках»
 
1. «Практические инструменты экспортной работы на международных рынках»
1. «Практические инструменты экспортной работы на международных рынках»1. «Практические инструменты экспортной работы на международных рынках»
1. «Практические инструменты экспортной работы на международных рынках»
 
Практические инструменты экспортной работы на международных рынках
Практические инструменты экспортной  работы на международных рынкахПрактические инструменты экспортной  работы на международных рынках
Практические инструменты экспортной работы на международных рынках
 
ЛИОТЕХ
ЛИОТЕХЛИОТЕХ
ЛИОТЕХ
 
ГОРМАШЭКСПОРТ
ГОРМАШЭКСПОРТГОРМАШЭКСПОРТ
ГОРМАШЭКСПОРТ
 
Агро ЭКспорт
Агро ЭКспортАгро ЭКспорт
Агро ЭКспорт
 
ООО ЭМА
ООО ЭМАООО ЭМА
ООО ЭМА
 
Сертификация ВЭД
Сертификация ВЭДСертификация ВЭД
Сертификация ВЭД
 
ФСТЭК СФО
ФСТЭК СФОФСТЭК СФО
ФСТЭК СФО
 
Новые возможности для экспортёров
Новые возможности для экспортёровНовые возможности для экспортёров
Новые возможности для экспортёров
 

Получение лигнинсодержащего топлива из растительного сырья на биотехнологических производствах и его использование в экологически чистых энергоустановках»

  • 1. 1
  • 2. 2 Получение лигнинсодержащего топлива из растительного сырья на биотехнологических производствах и его использование в экологически чистых энергоустановках Ломовский О. И. Бычков А.Л. Бурдуков А.П. Институт химии твёрдого тела и механохимии СО РАН, Институт теплофизики СО РАН, Россия, Новосибирск
  • 3. 3 Химический состав растительного сырья Mood S. et al. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 27. (2013). p.77–93. Гемицелл юлоза 20- 35 % Лигнин 15- 20 % Целлюло за 35-50 % Зола и экстракти вные в-ва 15-20 %
  • 4. 4 Зависимость теплоты сгорания модельного топлива от содержания лигнина Содержание лигнина, % Теплота сгорания, МДж/кг 0 (чистая целлюлоза) 16,4 10 17,0 20 17,5 40 18,6 60 21,1 80 23,2 100 (чистый лигнин) 25,8 (Friedl, 2005)
  • 5. 5 Теплоты сгорания некоторых лигноцеллюлозных материалов Материал Теплота сгорания, МДж/кг хлопковая целлюлоза 16,4 сосновый лигнин 25,8 лузга риса 14,6 солома кукурузы 16,1 солома пшеницы 17,5 стебли тростника 17,7 Бычков А.Л., Денькин А.И., Тихова В.Д., Ломовский О.И. Расчѐт теплоты сгорания лигноцеллюлозы на основании данных элементного анализа // Химия растительного сырья. – 2014. – № 3. – С. 99-104. 2 0.00355 0.232 2.230 0.0512 0.131 20.600Q C C H C H N           
  • 6. 6 Биотопливо второго поколения – из отходов сельского хозяйства Лигноцеллюлоза Гидролизат (углеводы) Остаток (лигнин) Жидкое биотопливо Твѐрдое биотопливо механоферментативный гидролиз Method for preparation of oil palm waste to enzymatic hydrolysis for production of water-soluble carbohydrides / K.G. Korolev, O.I. Lomovsky, A.A. Politov, O.V. Golyazimova, A.L. Bychkov. – Patent # WO 2011/002329. – A1. – 06.01.2011.
  • 7. 7 7 • Химический состав (лигнин ингибирует ферменты и снижает скорость реакции). • Удельная площадь поверхности (увеличение площади приводит к увеличению скорости гидролиза). • Степень кристалличности (уменьшение кристалличности целлюлозы увеличивает выход реакции). Основные факторы, отвечающие за реакционную способность лигноцеллюлозы Синицын А., Гусаков А., Черноглазов В. Биоконверсия лигноцеллюлозных материалов. — М:МГУ, 1995. — С. 220.
  • 8. 8 Кинетика гидролиза механически активированной соломы 0 10 20 30 40 50 0 2 4 6 8 10 12 Время, ч Выходуглеводов,% Исх. солома МА 4 раза
  • 9. 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % Conversion, t, days Degree of conversion to sugar vs time
  • 10. 10 2 m Unique possibilities of new technology Transformations of cell walls Initial after mechanical after mechanochemical treatment treatment Formation of biocomposites 100 nm
  • 11. 11 Аморфизация кристаллических областей целлюлозы 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 5 10 15 20 25 30 35 40 2Theta I Исх. солома МА солома I1 ИК = I1 I0 * 100 % I1 I0 До активации: 64 %. После активации: 31 %. Bychkov A.L., Buchtoyarov V.A., Lomovsky O.I. // Cellulose Chemistry and Technology. 2014. V. 48 (5-6). P. 545-551.
  • 12. 12 Peculiarities of plant cell structure and raw comminution Уникальная особенность механохимической технологии – возможность «сухого» аэродинамического обогашения порошкового топлива лигнином
  • 13. 13 50 nm 30_5_4_31 Structure of cellulose (left) and lignin containing (right) particles Lomovsky O., Bychkov A., Lomovsky I. Mechanical Pretreatment. In ―Biomass Fractionation Technologies for a Lignocellulosic Feedstock Based Biorefinery‖, Mussatto S.I. (Ed.), Elsevier, 2016, pp. 23–55
  • 14. 14 Airdynamic separator for plant raw powders
  • 15. 15 Mobile mechanochemical unit (Project) Advantages : Easy to carry and suitable to local applications; High operation flexibility; Treatment costs dramatically cut down from the cheapest extraction technology; Clean environmental technology: no wastewater production and no toxic gas emissions.
  • 16. 16 Получение экспериментальных партий биотоплива Образцы топлива: дисперсность: 44-140 мкм, содержание лигнина: 18-60 %. Государственный контракт № 14.516.11.0048 «Проведение проблемно- ориентированных исследований и разработка технических решений экологически чистых энергоустановок, использующих мелкодисперсное твердое топливо из растительного сырья». Исполнитель: ИТ СО РАН. Соисполнитель: ИХТТМ СО РАН.
  • 17. 17 Энергетическая установка разработки ИТ СО РАН (1МВт) Цель работы: создать из лигноцеллюлозного сырья мелкодисперсное твѐрдое топливо, пригодное для сжигания в факельных горелках
  • 18. 18 Термический анализ топлива с различным содержанием лигнина 20 % лигнина 70 % лигнина I стадия II стадия Горение высоколигнифицированного топлива смещено в высокотемпературную область
  • 19. 19 Динамика горения лигноцеллюлозных частиц Piriou B. et al. Progress in Energy and Combustion Science. 2013. V.39. P.169-188 Для равномерности горения факела необходимо обеспечить размер частиц топлива менее 100 мкм
  • 20. 20 Молотковая мельница со свободным типом удара Продукт неоднороден, средний размер частиц более 100 мкм Производитель - «Продсельмаш», г.Новосибирск
  • 21. 21 Горение лигноцеллюлозы с размерами частиц более 100 мкм 0 100 200 300 400 500 600 0 200 400 600 800 1000 1200 12.04.2013 17:49:06 CH1 CH2 CH3 CH4 CH6 CH7 Т С 0 Сек обрыв горениятреки крупных частиц * совместно с коллективом ИТ СО РАН
  • 22. 22 Центробежные роликовые мельницы (ИХТТМ СО РАН) 1-5 кг/час 5-20 кг/час 20-100 кг/час Raw materials Product of mechanical treatment rollers stator rotor
  • 23. 23 Горение лигноцеллюлозы с размерами частиц 50-100 мкм 0 25 50 75 100 >5005004003002001601008050403220 Размер, мкм Суммарноесодержаниефракций,% 2800 об./мин 3150 об./мин 3500 об./мин 0 200 400 600 800 1000 1200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Лигнин 18% CH1 CH2 CH3 CH4 CH5 CH6 CH7 сек Т 0 С горение протекает равномерно, но требуется сузить распределение частиц по размерам * совместно с коллективом ИТ СО РАН
  • 24. 24 Схема пневматической (вихревой) мельницы Львов Г.А. и др. Патент РФ № 2036012. Приоритет от 27.05.1995.
  • 25. 25 0 25 50 75 100 5003002001601008050403220 Размер, мкм Суммарноесодержаниефракций,% 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 CH1 CH2 CH3 CH4 CH5 CH6 CH7 сек Лигнин 30% Т 0 С Горение лигноцеллюлозы с размерами частиц менее 50 мкм Горение протекает равномерно, топливо отвечает заданным требованиям * совместно с коллективом ИТ СО РАН
  • 26. 26 Выводы  Механическая активация приводит к увеличению реакционной способности лигноцеллюлозы благодаря: - уменьщению размера частиц и увеличению удельной площади поверхности, - аморфизации кристаллических областей целлюлозы, - разупорядочению супрамолекулярной структуры клеточных стенок.  Комбинация механической обработки и ферментативного гидролиза позволяет гидролизовать значительную часть целлюлозы и гемицеллюлозы в водорастворимые углеводы.  Остаток после ферментативного гидролиза обогащѐн лигнином и может быть использован в качестве топлива. Lomovsky O., Bychkov A., Lomovsky I., Logvinenko V., Burdukov A. Mechanochemical production of lignin-containing powder fuels from biotechnology industry waste: A review // Thermal Science. – 2015. – V. 19. № 1. – P. 219-229