Gatunki roślin węglowodorowych w pustyniach i półpustyniach

Ten artykuł rzuca światło na cztery gatunki roślin węglowodorowych na pustyniach i półpustyniach. Rodzaje to: (1) Parthenium Argentatum (2) Euphorbia (3) Glony i (4) Pedilanthus Macrocarpus.

Ankiety zakładów węglowodorowych :

Wiele gatunków roślin produkuje węglowodory, które można wykorzystać jako paliwo i chemikalia, ale należy zwrócić uwagę na dobrze znany cytat z Martin (1944 r.): Znacznie więcej roślin zawiera gumę, niż się powszechnie uważa, ale niewiele zawiera wystarczającą ilość, aby ekstrakcja była warta zachodu. Najbardziej znaną jest kauczuk naturalny z kauczuku Hevea. Takie węglowodory są chemicznie bardziej zredukowane niż węglowodany, tj. Zawierają mniej tlenu na węgiel i dlatego można je stosować bardziej bezpośrednio.

Naturalna kauczuk może być również produkowana z krzewu pustynnego Partenium argentatum (guayule), a duże ilości zostały wyprodukowane w przeszłości w Meksyku.

Równolegle podejmowane są próby doboru i ustanowienia próbnych plantacji upraw, które produkują węglowodory o niższej masie cząsteczkowej niż kauczuk. Ideą jest ekstrakcja cieczy z takich zakładów, które będą miały właściwości bardzo zbliżone do właściwości ropy naftowej. Do oznaczania i usuwania "węglowodorów", "żywic", "polifenoli", bio-surowych "z roślin i części roślin stosowano różne metody ekstrakcji rozpuszczalnikiem.

Najbardziej znanym dziełem jest Calvin w Kalifornii wykorzystujący gatunki Euphorbia w celu wyprodukowania ekwiwalentu około 20 baryłek ropy na hektar rocznie w półpustynnym środowisku pustynnym. Dodatkowo w Brazylii zidentyfikowano drzewa (Cobafeira sp. I Croton sp.), Które produkują "oleje", które mogą być używane bezpośrednio lub wymagają przetwarzania, zanim zostaną wykorzystane w silnikach.

Systematyczne poszukiwania gatunków roślin o wysokiej zawartości węglowodorów były dokonywane sporadycznie w przeszłości. Takie wysiłki podjęto w przypadku roślin wytwarzających lateks, ponieważ lateks jest mleczną emulsją zawierającą około 30% węglowodorów, a resztę wody. Naturalna guma jest najbardziej znanym produktem lateksowym, ale wiele gatunków roślin, np. Euphoibiaceae, produkuje węglowodory ("oleje") w ich lateksie o znacznie niższych masach cząsteczkowych niż kauczuk.

Calvin był protoplastą i rozumował, że rośliny wytwarzają materiały podobne do węglowodorów. Zasugerował, że członkowie rodziny Euphorbiaceae i rodzaju Euphorbia prawie każdy gatunek jest rośliną wytwarzającą lateks. Gatunki te zawierają węglowodory o znacznie niższej masie cząsteczkowej niż guma Hevea (członek Euphorbiaceae, rośnie w klimacie tropikalnym). Calvin później (1979) stwierdził, że ten rodzaj eksploracji prowadzi do dwóch praktycznych podejść do zasobów odnawialnych.

Użyj węglowodoru, ponieważ pochodzi on z samej rośliny jako ropa naftowa, udoskonal ją, usuń zawarte w niej sterole, spiekaj resztę związków na etylen, propylen itd., A następnie zrekonstruuj inne chemikalia z tych produktów; to podejście można natychmiast opracować.

Dowiedz się, jak kontrolować masę cząsteczkową i jak manipulować rośliną, aby zbudować materiały o pożądanej masie cząsteczkowej, podejście, które będzie dłuższe i bardziej złożone z wykorzystaniem rośliny jako pojazdu zbierającego i budującego. W Arizonie (Mc Laughlin i Hoffman 1982) i Australii (Stewart i in. 1982) przeprowadzono szeroko zakrojone badania dla roślin "bio crude" (połączony ekstrakt z cykloheksanu i etanolu).

W Arizonie przetestowano sto dziewięćdziesiąt pięć gatunków roślin pochodzących z południowo-zachodnich Stanów Zjednoczonych i północno-zachodniego Meksyku pod kątem potencjalnych zasobów paszowych do produkcji bioprodukty w suchych ziemiach. Bio crude to węglowodorowa i węglowodoropodobna frakcja chemiczna roślin, które mogą być ekstrahowane za pomocą rozpuszczalników organicznych i ulepszane do postaci ciekłych paliw chemicznych na lądzie. Rośliny oceniano za pomocą zestawu modeli, które zapewniają oszacowanie kosztów produkcji ropy i energii. Rośliny wytwarzające wysięki lateksowe lub żywiczne mają najwyższy odsetek ekstraktów wysokoenergetycznych.

Podsumowanie procentów możliwych do wyekstrahowania w 195 gatunkach roślin południowo-zachodnich (McLaughlin i Hoffmann 1982):

Wydajności biopaliwa różnią się od 12-30 baryłek / ha / rok wśród wymienionych roślin. Bagassa po ekstrakcji rozpuszczalnikiem miałaby kilka opcji, w tym bezpośrednie spalanie w celu wytworzenia pary i elektryczności, wytwarzanie pasz dla zwierząt lub zmiany gleb lub dalsze przekształcanie w inne produkty energetyczne.

W USA dodatkowe badania skoncentrowano na Asclepias (milkweed). Australijskie badanie jest analizą potencjału do produkcji paliw płynnych z czterech roślin zawierających żywicę. Oznaczaj gatunki roślin uprawnych dla różnych regionów w Australii, szacując ich plony i koszty (Stewart i wsp. 1982).

Dane podsumowano w poniższej tabeli:

W ostatnim dziesięcioleciu opublikowano wiele innych badań dotyczących ekstrahowalnych węglowodorów. Wiele z nich jest opisywanych w artykułach "Biomasa", "Ekonomiczna botanika", "Abstrakty biomasy" (IEA), Międzynarodowy wykaz biomasy energetycznej i Podręcznik "Energia Bioenergetyczna" itp., . Badania te pochodzą z wielu różnych krajów, takich jak Brazylia, Etiopia, RPA, Grecja, Australia, USA, Chile, Indie itp. Szczegółowe informacje można zobaczyć Campos-Lopez i Anderson (1983).

Rodzaje:

Wpisz # 1. Parthenium Argentatum :

Guayule (Pathenium argentatum) należy do rodziny Asteraceae i pochodzi z półpustynnych regionów północno-środkowego Meksyku i południowego Teksasu, gdzie jest rozproszony na płaskowyżu o powierzchni 338 000 km 2 . Podobnie jak wiele suchych roślin regionu, potrzebuje dużo światła słonecznego i niskich temperatur nocnych. Jest to jednak jedna sucha roślina, która została uprawiana tak samo, jak ze swojego normalnego środowiska. Guayule to krzew endemiczny na pustyni Chihuahuan.

Naturalne populacje guayule zostały po raz pierwszy wykorzystane do produkcji gumy prawie sto lat temu w Meksyku, a ostatnio Stany Zjednoczone i inne kraje zainicjowały projekty badawcze mające na celu opracowanie guayule jako komercyjnego źródła naturalnej gumy.

Dwuletnia roślina zwykle wytwarza około 10% kauczuku w przeliczeniu na suchą masę; niektóre warianty dają nawet 25%, a ze środkami chemicznymi można zwiększyć produkcję kauczuku we wczesnych stadiach wzrostu do 30%. Guma Guayule nie znajduje się w wyspecjalizowanym systemie mlecznym, ale w parenchymie łodyg i korzeni jako cząstki lateksu o rozmiarach podobnych do tych uzyskanych z Hevea .

Z tego powodu nie można go wykorzystać, ale musi zostać wyekstrahowany z tkanek, a ponieważ nie zawiera naturalnego przeciwutleniacza, ulega szybkiemu zepsuciu w kontakcie z powietrzem, tak że roślina musi zostać przetworzona w ciągu kilku dni od zbioru. Zbiór całej rośliny i korzeni po 3 latach dał plon 2270 kg / ha.

Innymi ważnymi produktami są składniki terpenoidowe obecne w żywicach liściowych i liściach. Zidentyfikowano liczne nowe seskwiterpenowe estry i laktony seskwiterpenowe z gwajuli. Pochodne guayulyines (estrów seskwiterpenowych) są skutecznymi fungicydami, aw niektórych przypadkach hamują żywienie larwalne na guayulinie.

To, czy jakiekolwiek państwo może ustanowić guayule jako ekonomicznie opłacalną uprawę, zależy jednak od wielu czynników. Po pierwsze, wzrost cen ropy naftowej, a tym samym większa konkurencyjność za pomocą kauczuków syntetycznych. Guayule może być lokalnie produkowanym źródłem kauczuków poliizoprenowych. Wydaje się prawdopodobne, że w nadchodzących dziesięcioleciach będą istniały rynki dla wszystkich kauczuków naturalnych, które mogą być produkowane, czy to Hevea, guayule, czy inne rośliny.

Obserwuje się stały wzrost światowego zużycia gumy, a naturalna guma nadal jest preferowana w wielu zastosowaniach. Hevea może być uprawiana tylko w ograniczonej strefie tropikalnej, co czyni ją podatną na problemy polityczne, ekonomiczne i biologiczne. Po drugie, potrzeba ustabilizowania marginesów pustynnych, znalezienia roślin przystosowanych do pustynnego środowiska oraz zapewnienia miejsc pracy i dochodów dla mieszkańców pustyni, gdzie uprawa roślin konwencjonalnych jest ryzykowna lub niemożliwa.

Wpisz # 2. Euphorbia:

Istnieje ponad 2000 gatunków Euphorbia, ale tylko dwie zostały "opracowane" w ostatniej dekadzie; prawdopodobnie istnieją inne gatunki, które również powinny być dokładnie zbadane. Niedawno testowano nasadzenia testowe w Kalifornii i Arizonie w Euphorbia lathyris, co dwa lata o długości około 1-2 m, które mają zająć lata. E. lathyris jest bardziej umiarkowaną rośliną klimatyczną i nie jest tak dobrze przystosowany do suchych środowisk, jak E. tirucalli.

E. lathyris został zaproponowany przez Calvina (1979 r.) Jako węglowodór i uprawa cukru, które mogą dostarczyć 25 ton / ha / suchych substancji, zawierających około 2 tony ropy i 5 ton cukru o łącznej wartości energetycznej 4 milionów kcal . Węglowodory z Euphorbia zawierają wysoki odsetek związków C15, takich jak trimery terpenowe o masie cząsteczkowej około 20 000, które można wytwarzać w celu uzyskania produktów podobnych do tych uzyskanych z naptha, jednego z głównych surowców, które przemysł chemiczny czerpie z ropy naftowej. .

E. tirucallii jest szeroko uprawiana w suchych i półpustynnych regionach Afryki w celu ogrodzenia żywego dla zasobów i wokół domów. Po 18-24 miesiącach odnotowano wzrosty do 20 ton własnej suchej masy / ha / rok. Założenie plantacji wydaje się stosunkowo łatwe, a odrodzenie po pierwszym cięciu wydaje się możliwe.

Wpisz # 3. Glony :

Okazało się, że Botryococcus braunii przynosi 70% ekstraktu jako cieczy węglowodorowej, bardzo przypominającej surowy olej. Doprowadziło to do prac nad unieruchamianiem tych glonów w stałych matrycach, takich jak alginiany i poliuretan, oraz z zastosowaniem układu przepływowego do produkcji węglowodorów. Gatunek zielonej algi Dunaliella odkrytej w Morzu Martwym wytwarza glicerol, karoten i białko. Ten glon nie ma ściany komórkowej i rośnie w tych bardzo wysokich stężeniach soli, aby zrekompensować zewnętrznie wysoką zawartość soli, wewnętrznie wytwarza glicerol. Wykazano, że alga Phaeodactylum tricornutum zawiera 25% lipidów i 50% białka, podczas gdy Neochloris oleoabundans zawiera 35-45% oleistych lipidów. Niebieskozielona alga Spirulina zawiera 75% białka, ma dobre plony i dobrze rośnie przy wysokim pH w gorącym klimacie, takim jak Chand (N. Afryka) i Meksyk, gdzie spożywano je od wieków.

Wpisz # 4. Pedilanthus Macrocarpus :

Pedilanthus to mały meksykański i około-karaibski rodzaj plemienia Euphorbieae (Euphorbiaceae). Rośliny składające się na ten rodzaj są lepiej znane jako spulchry pantofelkowe (nazwane tak z uwagi na swój ciekawy kwiatostan - cyathium).

Gatunki zawierające ten rodzaj sięgają od tropikalnych drzew liściastych po pustynne owoce. Pedilanthus macrocarpus znajduje się w suchych, ciernistych lasach zachodniego wybrzeża Meksyku i pustyni Sonora w Baja California. Pedilanthus macrocarpus z Baja California jest bogaty w naturalną gumę i alkan o wysokiej masie cząsteczkowej; oba są potencjalnie użytecznymi związkami (Proksch i wsp. 1981. Sternburg i Rodriguez 1982).

Obecność cis-1, 4-poliizoprenu (gumy) wykryto i potwierdzono metodą spektroskopii H-NMR. Widmo jest zgodne z widmem uzyskanym z innych źródeł kauczuku, takich jak Parthenium argentatum (guayule) i Hevea brasiliensis, chociaż rozmiar polimeru jest nieco mniejszy. Oczyszczona guma z P. macrocarpus może stanowić do 28 procent suchej masy lateksu.

Całkowita zawartość gumy i alkanu w gatunkach Pedilanthus (Sternburg):

Pustynia ustaliła, że ​​wiele gatunków, takich jak Parthenium argentatum i Pedilanthus macrocarpus, jest w stanie wytwarzać kauczuki w ilościach porównywalnych z produkowanymi przez komercyjnie uznane rośliny węglowodorowe - Hevea .