Растительный источник сырья для биоэнергетики и природоохранных целей

Растительный источник сырья для биоэнергетики и природоохранных целей

Конопля может обеспечить два типа топлива / биотоплива: биодизельное топливо из масла прессованных семян и биоэтанол и метанол из ферментированного стебля. Биодизель считается экологически чистой и возобновляемой альтернативой дизельному топливу на основе нефти. Биоэтанол также считается одним из наиболее перспективных видов биотоплива, поскольку его можно легко включить в существующие топливные системы и частично заменить ископаемое топливо, используемое на транспорте. 

Тем не менее, наиболее важная проблема состоит в том, чтобы понять, может ли промышленный каннабис производить биотопливо в количествах, сопоставимых с другими видами сырья биомассы. Другой проблемой является разработка эффективных технологий предварительной обработки для удаления лигнина и облегчения доступа ферментов к целлюлозе для высвобождения сахара. 

Возможности энергетической биопереработки

Группа Ангелидаки продемонстрировала, что промышленная конопля может использоваться для производства целлюлозного биоэтанола и янтарной кислоты в рамках концепции биопереработки. Были изучены два типа предварительной обработки: обработка разбавленной кислотой и щелочной окислительный метод. Результаты показали, что было получено высокое извлечение целлюлозы (> 95%), а также значительная солюбилизация гемицеллюлозы (49–59%) после кислотного метода и солюбилизации лигнина (35–41%) после метода щелочной H2O2. 

Наибольшее производство этанола было достигнуто после предварительной обработки технической марихуаны щелочным окислительным методом (Kuglarz et al. 2016). Однако предварительная обработка кислотой превосходила щелочной окислительный метод в отношении комбинированного производства этанола и янтарной кислоты. Расчеты баланса массы показали, что на 1 тонну сухой травы можно получить 149 кг биоэтанола и 115 кг янтарной кислоты. 

Экономический аспект растительного сырья

Принимая во внимание затраты на переработку биомассы, от поля до хранилища этанола, предварительно высушенная в полевых условиях трава, прошедшая предварительную обработку в оптимальных условиях, показала положительные экономические результаты. 

Группа Ангелидаки ранее показала, что тип выращивания конопли, то есть органический или традиционный, не оказывает значительного влияния на эффективность предварительной обработки, а также на последующий ферментативный гидролиз и ферментацию этанола, используя комбинированный подход к агрономическому, экспериментальному и экономическому анализу, сообщили, что промышленная конопля является потенциальной биоэнергетической культурой по сравнению с кенафом, просоом и биомассой сорго. 

Например, авторы сообщили о прогнозируемом выходе этанола в 82 галлона на тонну сухого стебля конопли, что было сопоставимо с тремя другими протестированными видами сырья. Однако, несмотря на многочисленные исследования, связанные с биотопливным потенциалом травы, ее техническая и экономическая осуществимость все еще остается неясной. 

Применение в защите окружающей среды 

Одно из наиболее интересных применений технической марихуаны — очистка почвы от загрязнения с помощью процессов фиторемедиации и фитоэкстракции. Трава была испытана с положительными результатами в качестве фитоэкстрактора в районах, где земли были загрязнены различными загрязнителями, такими как металлы, радиоактивные элементы, органические вещества, включая пестициды и удобрения, масла и растворители.

Ранее сообщали, что конопля способна обеззараживать загрязненные металлами почвы. Все части растений, то есть семена, листья, волокна и костра, содержали металлы, но их накопление в этих разных частях было очень разным. Наибольшие концентрации Ni, Pb и Cd накапливались в листьях. В полевых испытаниях трава продемонстрировала фитоэкстракционный потенциал 126 г Cd (га вегетационного периода). 

Авторы показали, что высокое качество волокон и костылей, на которые не повлияло металлическое загрязнение, позволяет использовать их в специальных продуктах. Было доказано, что растения марихуаны эффективно очищают почву вокруг места аварии на Чернобыльской АЭС в России. Они также рассматривались для использования вблизи Фукусимы. Еще одна интересная экологическая область — удаление загрязняющих веществ, присутствующих в водном растворе, биосорбентами на основе травы. 

Заключение

Действительно, с повышением внимания к возобновляемым материалам и вопросам устойчивости, разработка нетрадиционных материалов из природных ресурсов, обладающих комплексными и хелатирующими свойствами, таких как конопля, в настоящее время является областью обширных исследований в связи с их потенциальным применением для удаления загрязняющих веществ, например, при очистке воды и сточных вод. 

Это интересная задача, потому что большинство коммерческих органических смол получают из нефтяного сырья с использованием химии обработки, которая не всегда является безопасной или экологически чистой.