Статья исследовательской работы на тему:
«Получение биоугля (биочара) и перспективы его использования как наносорбента в сельском хозяйстве»
Автор: Юрасова Анна, ученица 10 «А» класса МБОУ «Школа № 31»
Руководитель: , учитель биологии МБОУ «Школа № 31»
Партнеры: Южный федеральный университет Академии биологии и биотехнологии им. , кафедра почвоведения и оценки земельных ресурсов , доктора биологических наук, профессора Минкиной Татьяны Михайловны
Прогрессирующее загрязнение окружающей среды сделало экологическую безопасность важной составляющей национальной безопасности. Резко возросшее загрязнение окружающей среды стало приносить человечеству вред. Сегодня практически вся планета и особенно районы массового проживания людей подвержены серьезным экологическим угрозам, главные из которых - радиационное загрязнение территорий, угнетение почв кислотными дождями, загрязнение почв химическими веществами и пестицидами, разливы нефти на суше и на море, разрушение атмосферы. Российский ученый профессор МХТИ им. предложил магистральный путь разрешения ситуации, обратившись к адсорбции-одному из самых эффективных методов защиты окружающей среды от загрязнений.
В силу своих физико-химических свойств углеродные адсорбенты (активные угли) являются уникальными и идеальными сорбционными материалами, которые позволяют решать широкий круг вопросов обеспечения химической и биологической безопасности человека, окружающей среды и инфраструктуры. Активные угли (АУ) - высокопористые углеродные материалы, имеющие развитую внутреннюю поверхность, позволяющую поглощение любых типов органических микропримесей за счет адсорбционных сил.
Агрофизический научно-исследовательский институт (mailto:*****@***com. Я. Рижия, , ) и мировое сообщество предлагает утилизировать часть возобновляемой биомассы, которая не используется в народном хозяйстве, но может нанести вред окружающей среде при ее длительном хранении, в биоуголь. Биоуглем (от английского biochar) называется пористый высокоуглеродистый продукт, производство и хозяйственное предназначение которого связано с внесением в почву для долговременного секвестирования углерода биомассы при одновременной способности данного продукта улучшать показатели почвенного плодородия (Verheijen et al.,2009).
Основной способ получения биоугля – пиролиз биомассы (термическая обработка при высоких температурах без доступа кислорода). Технология создания продукта является экологически чистой, потому что газы, выделяющиеся в процессе пиролиза, улавливаются и используются как биотопливо.
В настоящее время в качестве исходного продукта для производства биоугля рекомендуется использовать отходы лесной промышленности и сельского хозяйства. Отходы лесной промышленности представлены лесосечными остатками от лесозаготовок, отходами, образующимися при деревообработке, производстве фанеры, древесно-стружечных плит, целлюлозы и т. д. Также возможно использование древесины, прошедшей цикл использования (вторичная древесина). К отходам сельского хозяйства отнесены различные остатки сельскохозяйственных культур после сбора урожая — солома злаковых культур, стебли, ботва овощных культур, сорняки и т. д. Кроме этого можно использовать остатки перерабатывающей промышленности — шелуху, мякину, кожуру и прочее.
Особое внимание заслуживает проблема переработки отходов птицефабрик и ферм крупного рогатого скота, которые представляет постоянную угрозу экологическому благополучию населения и окружающей среды. Подобные продукты (навоз, птичий помет и др.) в случае отсутствия возможности использования в виде органического удобрения, также рекомендовано обращать в биоугль (Brodowski et al., 2006).
Будучи материалом с высокой пористостью и механической прочностью, а также низкой эластичностью, биоуголь может улучшить агрегатное состояние почвы, увеличить ее общую пористость, а также повысить сопротивление почв к механическим нагрузкам.
Биоуголь способствует повышению активности, группового и функционального разнообразия почвенного микробного сообщества. Например, биоуголь стимулирует развитие почвенных плесневых грибов и аэробных целлюлозоразлагающих бактерий, являющихся активными потребителями азота и подавляющих рост азотобактера (Рижия и др., 2014).
Исследования по технологии получения биоугля, исследования свойств биоугля, полученного при разных режимах обжига, а также использования его для повышения плодородия почв, проводятся как за рубежом, так и в нашей стране.
Изучив научные статьи по получению, и применению биочара, возникла идея совместно с первокурсниками Южного федерального университета Академии биологии и биотехнологии им. , кафедры почвоведения и оценки земельных ресурсов , профессора Минкиной Татьяны Михайловны, принять участие в получении данного продукта.
Планируется поэтапная работа, поскольку создание продукта и его применение требует времени.
Как было уже сказано, биочар, или биоуголь,- высокопористый углеродный адсорбент (высокодисперсный материал с большой удельной поверхностью, на которой происходит адсорбция веществ из соприкасающихся с ней газов или жидкостей) с высоким содержанием углерода, образующийся в результате термического разложения биомассы в отсутствии окислительной среды. Именно благодаря пиролизу (разложению органических природных соединений при недостатке кислорода) происходит удваивание содержания углерода в биочаре относительно исходного вещества (материала). Биочар имеет очень развитую структуру пор. Различают микропоры, мезопоры и макропоры. Каждый вид пор выполняет определенную функцию при применении биочара в практике, например: при внесении биоугля в почву его микропоры и мезопоры поглощают любые типы органических микропримесей.
I этап работы - получение биочара как продукта.
1.В качестве исходного продукта мы взяли лузгу подсолнечника, так как она содержит целлюлозу и лигнин, которые наиболее подаются воздействию и модификации. Мы взвесили сырье. Масса сырья, которая была взята для опыта - 16,9 грамм.
2. Сырье массой 16,9 грамм поместили в реторту - ёмкость для нагревания.
3.Реторту поместили в муфельную печь ПВК-1,4-8.
4.Сырье нагревали до температуры 200 градусов по Цельсию (время нагревания примерно 15 минут).
5.Далее сырье обрабатывали при температуре 200 градусов по Цельсию.
6.После этого нагревали муфельную печь до температуры 300 градусов по Цельсию.
7.Далее сырье обрабатывали при температуре 300 градусов по Цельсию.
8.Извлекли полученный продукт - биоуголь.
Таким образом, результатом нашего опыта является полученный углеродистый наносорбент. Часть нашего продукта забрана на химическую микроскопию, часть - для изучения физических свойств.
Но получение биоугля является только частью нашей работы. Впереди нам предстоит изучить его физические свойства, в частности будут рассмотрены его адсорбционные свойства в опыте с фитотоксичностью такого растения как лук, а также области применения данного вещества.
