Industriepflanzen und Produkte
Band 48,
Juli 2013
, Seiten 124-132
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https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2013.04.016Erhalten Sie Rechte und Inhalte
Abstrakt
Im Nordwesten von New South Wales, Australien, wurden zwei Experimente durchgeführt, um den Einfluss von Genotyp (G), Anbauort (S) und Jahr (Y) auf die Eignung von Indischem Senf (Brassica juncea) als Biodiesel-Rohstoff zu bestimmen. Das erste Experiment analysierte die Auswirkung der Wachstumsumgebung auf sechs Senf-Genotypen, während das zweite Experiment die Auswirkung der Aussaat auf die gleichen Genotypen über zwei Saisons hinweg analysierte. Die Ergebnisse zeigen, dass eine späte Aussaat die Reife des Saatguts erzwang und den Ertrag verringerte, während eine frühe Aussaat zu wirtschaftlich rentablen Saatguterträgen führte (>1,3 t/ha). Der Ölgehalt des Samens lag zwischen 34 und 39,8 %, und die wichtigsten im Öl enthaltenen Fettsäuren waren in beiden Experimenten Ölsäure (C18:1) und Linolsäure (C18:2). Der Hauptfaktor, der das Fettsäureprofil in einer einzelnen Saison beeinflusste, war der Samengenotyp, während im zweiten Experiment das Wachstumsjahr und Wechselwirkungen zwischen dem Jahr und den anderen Parametern einen großen Einfluss auf das Fettsäureprofil hatten. Die wichtigsten vom Wachstumsjahr betroffenen Fettsäuren waren Ölsäure, Linolsäure und Erucasäure (C22:1). Öl- und Linolsäure korrelierten umgekehrt mit dem Erucasäuregehalt, der bei kühleren Wachstumsbedingungen tendenziell höher war. Zwei der Genotypen wurden zu Biodiesel verarbeitet und auf Qualität bewertet. Der Kraftstoff erfüllte die meisten Anforderungen mit Ausnahme der Oxidationsstabilität und der kinematischen Viskosität. Es wurde angenommen, dass die relativ hohe Konzentration an mehrfach ungesättigten Fettsäuren für die schlechte Oxidationsstabilität verantwortlich ist und höhere Mengen an Erucasäure und Glycerin zu schlechten kinematischen Viskositätswerten beitragen würden. Die analysierten Senf-Genotypen könnten sich sowohl als rentable Zwischenfrucht als auch als gutes Ausgangsmaterial für den Aufbau einer Biodieselindustrie in diesem Gebiet erweisen.
Einführung
Biodiesel ist ein Kraftstoff, der durch Umesterung der langkettigen Fettsäuren hergestellt wird, die in „nicht versteinerten“ Ölrohstoffen wie Gemüse, Samen, tierischen Fetten, Algen und gebrauchten Speiseölen enthalten sind. Der Ersatz traditioneller erdölbasierter Kraftstoffe durch erneuerbare Energien wie Biodiesel wird als langfristige Strategie angesehen, die sowohl ein sicheres als auch vielfältiges Spektrum an Energiequellen bereitstellen und gleichzeitig die Treibhausgasemissionen reduzieren wird. Neben der Produktion aus erneuerbaren Rohstoffen verfügt Biodiesel über weitere „grüne“ Eigenschaften wie niedrigen Schwefelgehalt, biologische Abbaubarkeit, geringere Toxizität und allgemein geringere Emissionen im Vergleich zu aktuellen erdölbasierten Kraftstoffen (Jham et al., 2009, Moser, 2009). Biodiesel weist im Vergleich zu herkömmlichen Kraftstoffen einige Nachteile auf, darunter eine schlechte Betriebsfähigkeit bei niedrigen Temperaturen und eine schlechte Oxidationsstabilität (Moser, 2009), die hauptsächlich auf die im Ölrohstoff enthaltenen Fettsäuren zurückzuführen sind. In manchen Fällen kann die Verwendung von Kraftstoffadditiven einige dieser Probleme abmildern, die Verwendung geeigneter Rohstoffe mit besseren chemischen Eigenschaften könnte sich jedoch als nachhaltige Alternative erweisen.
Auch wenn Australien derzeit den Großteil seiner Transportkraftstoffe liefern kann, wird die steigende Nachfrage zu einem weiteren Druck zur Entwicklung alternativer Kraftstoffquellen führen. Erneuerbare Energiequellen machten 2008/09 etwas mehr als 5 % des Energieverbrauchs in Australien aus und Biokraftstoffe machten nur 8 % der verbrauchten erneuerbaren Energie aus (Schultz und Petchey, 2010). Um die Nachhaltigkeit der Energieressourcen zu verbessern, hat die australische Bundesregierung ein jährliches Produktionsziel von 350 Millionen Litern Biokraftstoffen festgelegt. Die Produktionskapazität für Biodiesel erreichte 2010/11 100 Millionen Liter und verwendete hauptsächlich Talg, Raps und recycelte Speiseöle als Ausgangsstoffe (ACCC, 2011). Trotz der Vorteile von Biodiesel stellen die hohen Ölkosten ein Hindernis für die Entwicklung einer Biodieselindustrie dar; Etwa 85–88 % der Produktionskosten entfallen auf den Einkauf der Rohstoffe (Retka-Schill, 2008). Es wurde berichtet, dass hohe Rohstoffpreise zur Schließung oder Produktionseinstellung einiger etablierter australischer Biodieselanlagen geführt haben (ACCC, 2010); Alternativen zu teuren Rohstoffen sind für das weitere Überleben und die Expansion der Biodieselindustrie von entscheidender Bedeutung. Die Beschaffung von Öl für Biodiesel aus Ackerland könnte jedoch mit der Nahrungsmittel- und Faserproduktion konkurrieren und möglicherweise die Preise für lebenswichtige Rohstoffe in die Höhe treiben. Wenn eine Biodieselindustrie nachhaltig sein soll, muss daher ein Rohstoff identifiziert werden, der: stellt eine Energiequelle bereit, deren Qualität fossilen Brennstoffen entspricht; kann in großen Mengen hergestellt werden; und konkurriert nicht direkt mit Nahrungs- und Faserpflanzen um verfügbares Ackerland.
Indischer Senf (Brassica juncea L.) ist eine einjährige, krautige, ölsaatentragende Pflanze aus der Familie der Brassicaceae. Herkömmliche Züchtungsmethoden konzentrierten sich auf die Verbesserung des Samenertrags und des Fettsäureprofils. Senf wird heute in Südasien in großem Umfang für die Herstellung von Speiseöl und in kleinem Maßstab in Australien für die Herstellung von Gewürzsenf angebaut (Oram et al., 2005). Es könnte sich jedoch wie andere Brassica-Arten, die bereits breite Akzeptanz als Rohstoffe für die Biodieselproduktion gefunden haben, wie B. napus (Raps), B. alba (weißer Senf) und B. carinata, als zuverlässige Nutzpflanze für die Biodieselproduktion erweisen ( Äthiopischer Senf) (Jham et al., 2009, Moser, 2009).
Neben seinem Potenzial als Brennstoffquelle hat Senf agronomische Vorteile und kann als Zwischenfrucht in den trockeneren Gebieten Australiens verwendet werden, in denen Raps schlecht angepasst ist. Feldversuche deuten auf konkurrenzfähige Saatguterträge, einen geringeren Bedarf an Inputs wie Dünger und eine verbesserte Bruchfestigkeit im Vergleich zu Raps hin (Hocking et al., 1997, Angadi et al., 2000, Oram et al., 2005). Wenn Senf als Zwischenfrucht angebaut wird, kann er den Ertrag von Feldfrüchten wie Weizen und Gerste verbessern, die in der folgenden Wintersaison angebaut werden. Laut Angus et al. (1991) steigerte der Anbau von Senf als Zwischenfrucht den Ertrag einer nachfolgenden Weizenernte um 30 % im Vergleich zu Weizen, der nach Weizen angebaut wurde. Die Vorteile der Zwischenernte können sich auch auf eine zweite Weizenernte in Folge erstrecken, was zu einer durchschnittlichen Steigerung des Getreideertrags um 13 % führt (Kirkegaard et al., 1997). Die Rotationsvorteile von Brassica-Pflanzen sind auf die aus dem Wurzelgewebe ausgeschiedenen Glucosinolate zurückzuführen, die zu Isothiocyanaten hydrolysiert werden, die als Biobegasungsmittel wirken und das Wachstum krankheitserregender Mikroorganismen unterdrücken (Angus et al., 1994, Kirkegaard und Sarwar, 1998). In den nordwestlichen Gebieten von NSW konnte B. juncea nachweislich das Auftreten von Wurzelfäule durch Fusarium pseudograminearum wirksam reduzieren (Kirkegaard et al., 2003). Somit hat der Anbau von B. juncea zwei Vorteile: Die Wurzelausscheidungen unterbrechen einen Krankheitszyklus und verbessern so das Getreidewachstum, und das Öl kann zu Biodiesel verarbeitet werden.
Im Nordwesten von NSW beträgt die potenzielle Anbaufläche für die Ölsaatenproduktion von B. juncea etwa 4 Mio. ha. Das Haupthindernis für die Etablierung dieser Kulturpflanze ist jedoch der Mangel an geeigneten Senfsorten, die sowohl Biodieselqualität als auch eine wirtschaftliche Rendite bieten Züchter. Hancock (2005) berichtet, dass die Erträge mindestens 1,3 t/ha erreichen müssten, damit Senf als Rohstoff für die Biodieselproduktion konkurrenzfähig sei. Der Einfluss von Genotyp und Umwelt auf das Fettsäureprofil von B. juncea und damit auf die Biodieselqualität ist jedoch nicht vollständig verstanden. Die wichtigsten Eigenschaften von Biodiesel, die von den Fettsäureeigenschaften beeinflusst werden, sind die Cetanzahl (CN), die Oxidationsstabilität und die Kaltfließeigenschaften. Die CN hängt mit den Verbrennungseigenschaften zusammen und längere, gesättigte Fettsäuren führen zu guten Cetanzahlen (Ramos et al., 2009). Gesättigte Fettsäuren haben im Vergleich zu mehrfach ungesättigten Fettsäuren gleicher Kettenlänge auch bessere oxidative Eigenschaften; Gesättigte Fettsäuren führen jedoch zu Biodiesel mit schlechten Kaltfließeigenschaften (Moser, 2009). Daher erfordert eine gute Biodieselqualität ein ausgewogenes Verhältnis von Fettsäuren mit geeigneter Kettenlänge und Sättigung, um eine ausreichende Verbrennung zu gewährleisten und gleichzeitig die oxidative Stabilität und die Kaltfließeigenschaften aufrechtzuerhalten. Es scheint, dass eine hohe Ölsäurekonzentration im Rohmaterial zu Biodiesel führt, der die meisten dieser Parameter erfüllt (Ramos et al., 2009). Dieses Projekt untersucht die Auswirkungen der Umwelt auf den Ertrag und das Fettsäureprofil von sechs Senf-Genotypen, die in wiederholten Versuchen im Nordwesten von New South Wales, Australien, angebaut wurden.
Abschnittsausschnitte
Materialen und Methoden
Fettsäuren und Biodiesel wurden aus den Ölsaaten zweier indischer Senf-Genotypen (Muscon BM11 und Hermola-805) hergestellt, die 2008 in einer Vorstudie angebaut wurden. Der Biodiesel wurde in einem kommerziellen Labor analysiert und mit den australischen Standards verglichen, die im Kraftstoffstandard dargelegt sind (Biodiesel) Bestimmung 2003, die eine Kombination aus ATSM- und EN-Standards verwendet (http://www.comlaw.gov.au/Details/F2009C00146). Diese Fettsäureprofile wurden auch als Vergleichsstandard verwendet
Einfluss von Standort und Jahreszeit auf Samenertrag und Ölgehalt
Die Blüte erfolgte 70 bzw. 61 Tage nach der Aussaat in Versuchen mit Frühsenf in den Jahren 2009 und 2010. Im Gegensatz dazu erfolgte die Blüte bei spät gesätem Senf sowohl 2009 als auch 2010 46 Tage nach der Aussaat. Die früh gesäten Genotypen erreichten 2009 und 2010 ihre Reife 130 bzw. 122 Tage nach der Aussaat, während die Reife spät gesäten Materials bei 97 bzw. 88 Tagen lag Tage nach der Aussaat in den Jahren 2009 und 2010 (Tabelle 1). Diese Ergebnisse ähneln anderen Studien zum Wachstum von Senf
Schlussfolgerungen
Die an den verschiedenen Standorten angebauten Genotypen lieferten im Allgemeinen angemessene Samen- und Ölerträge, was zeigt, dass B. juncea als wirtschaftlich rentable Zwischenfrucht in wärmeren und trockeneren Gebieten, in denen Raps nicht gut angepasst ist, vielversprechend ist. Die in den Ölen hauptsächlich vorkommende Fettsäure war Ölsäure, und hohe Konzentrationen dieser Fettsäure in Biodiesel werden im Allgemeinen mit akzeptablen Kraftstoffeigenschaften in Verbindung gebracht. Allerdings war die Ölsäurekonzentration im Vergleich zu den für Raps und Raps gemeldeten Werten immer noch niedrig
Danksagungen
Diese Autoren möchten den finanziellen Beitrag von anerkennenMahnheim GmbH,der Australian Research Councilund dasForschungs- und Entwicklungsgesellschaft für ländliche Industrieund die technische Unterstützung von Herrn Graeme Rapp und Frau Pascaline Afa bei der Fertigstellung dieser Arbeit.
- Z.Yanivet al.
Der Einfluss der Temperatur auf die Ölqualität und die Ertragsparameter von Cruciferae-Samen (Raps und Senf) mit hohem und niedrigem Erucasäuregehalt
Ind. Ernte. Prod.
(1995)
- M.J.Ramoset al.
Einfluss der Fettsäurezusammensetzung der Rohstoffe auf die Eigenschaften von Biodiesel
See Also自律型・半自律型トラクター市場調査レポート：技術、出力、用途、地域別-COVID-19、ロシア・ウクライナ紛争、高インフレの累積的な影響- 世界予測2023-2030年Ar-Raheeq Al-Makhtum (Der versiegelte Nektar)GEBETSPUNKTE FÜR DAS 21-TAGE-FASTEN UND GEBET – RCCG, City of Grace PeterboroughMakroökonomie und Geldtheorie als PDF herunterladen oder online lesenBioresour. Technol.
(2009)
- J.A.Friedhofet al.
Vergleich von Raps, indischem Senf und Linola in zwei kontrastierenden Umgebungen. II. Auswirkungen von Zwischenfrüchten und Stickstoff auf nachfolgende Weizenkulturen
Feldfrucht. Res.
(1997)
- P.J.Hockinget al.
Vergleich von Raps, indischem Senf und Linola in zwei kontrastierenden Umgebungen. I. Auswirkungen von Stickstoffdünger auf Trockenmasseproduktion, Samenertrag und Samenqualität
Feldfrucht. Res.
(1997)
- C.P.Gunasekeraet al.
Genotyp durch Umweltinteraktionen von Indischem Senf (Brassica juncea L.) und Raps (B. napus L.) in mediterranen Umgebungen 1. Pflanzenwachstum und Samenertrag
EUR. J. Agron.
(2006)
- S.Baudet al.
Physiologische und entwicklungsbedingte Regulierung der Samenölproduktion
Prog. Lipidres.
(2010)
- T.Gelübdeet al.
Bewertung der Biomasse- und Wärmeenergienutzungseffizienz von Ölsaaten-Brassica (Brassica juncea) unter veränderten Mikroumgebungen
Biomasse-Bioenergie
(2011)
- ACCC, 2010. Überwachung der australischen Erdölindustrie 2010. Australische Wettbewerbs- und Verbraucherkommission....
- ACCC, 2011. Überwachung der australischen Erdölindustrie 2011. Australische Wettbewerbs- und Verbraucherkommission....
- S.V.Angadiet al.
Reaktion von drei Brassica-Arten auf hohen Temperaturstress während des Fortpflanzungswachstums
Dürfen. J. Plant Sci.
(2000)
Produktivität und Zwischenfruchteffekte von Ölsaaten im Winteranbau
Aust. J. Exp. Agr.
(1991)
Biofumigation: Aus Brassica-Wurzeln freigesetzte Isothiocyanate hemmen das Wachstum des Take-All-Pilzes
Pflanzenerde
(1994)
Einfluss des Anbaustandorts North Dakota auf die Qualität von Raps-Biodiesel
Marmelade. Ölchem. Soc.
(2011)
Umwelteinflüsse auf den Fettsäuregehalt in Sojaöl
Marmelade. Ölchem. Soc.
(2006)
Bewertung der Bioethanol- und Biodieselproduktion aus Scenedesmus obliquus, gewachsen in Biodiesel-Abfallglycerin: Ein sequenzieller integrierter Weg zur verbesserten Energierückgewinnung
2019, Energieumwandlung und -management
Zitatauszug:
Moon et al. [67] bestätigten, dass eine Erhöhung des Ölsäureanteils wünschenswert ist, um die Kraftstoffeigenschaften von FAMEs zu verbessern. Wilkes et al. [68] führten die bessere Qualität von Biodiesel aus Pflanzen, die in wärmeren und trockeneren Jahreszeiten angebaut wurden, auf die relativ höheren Anteile an Ölsäure zurück, was zu einem besseren Kaltfluss und akzeptablen Kraftstoffeigenschaften führt. Darüber hinaus ist die Cetanzahl ein wichtiger Parameter, der die Biodieselqualität beeinflusst, die von der Kettenlänge der Fettsäuren und dem Grad der Ungesättigtheit abhängt.
Ziel der vorliegenden Studie war es, die Energierückgewinnung durch Biodiesel- und Bioethanolproduktion aus Scenedesmus obliquus in einem sequentiellen Weg der Lipidextraktion gefolgt von einer Fermentation zu bewerten, wobei Abfallglycerin (WG) als Nährstoffergänzung in die Kultur zurückgeführt wird. Niedrige WG-Konzentrationen erhöhten das Zelltrockengewicht im Vergleich zur Kontrolle deutlich und erreichten den maximalen signifikanten Wert von 3,63 gL−1mit 2,5 gL−1der WG (WG2.5). Darüber hinaus wurden in WG2.5 die maximalen Kohlenhydrat- und Lipidgehalte erfasst, die 16,4 % bzw. 21,7 % gegenüber der entsprechenden Kontrolle ausmachten, bei gleichzeitiger Reduzierung des Proteingehalts. Darüber hinaus erhöhte sich die Gesamtrückgewinnung von Fettsäuremethylestern (FAME) aus der Biomasse nach der WG2.5-Supplementierung und verzeichnete einen Anstieg von 24,6 % gegenüber der Kontrolle. Die Fermentation von lipidfreier Biomasse steigerte die Bioethanolproduktionsrate und erreichte ihren Höchstwert von 4,82 gL−1am 27ThTag. Allerdings zeigte die Verwendung von WG2,5 für das Mikroalgenwachstum und der restlichen lipidfreien Biomasse für die Fermentation den höchsten Spitzenwert der Bioethanolproduktion von 5,58 gL−1am Tag 27. Aufgrund der Anreicherung von Kohlenhydraten unter WG zeigte die mit WG2.5 behandelte Biomasse einen Anstieg der maximalen Bioethanolproduktivität auf bis zu 0,185 gL−1H−1. Allerdings steigerte die sequentielle Fermentation nach der Lipidextraktion die maximale Bioethanolproduktivität um 32,3 % bzw. 15,1 % für die gesamten Zellen aus synthetischem Abwasser (WW) bzw. lipidfreier Biomasse aus WW. Die höchste Bruttoenergieproduktion von 21,4 GJton−1Trockene Mikroalgen wurden anhand der integrierten Route geschätzt, bei der S. obliquus in WG-angereichertem Medium gezüchtet wurde und eine sequentielle Fermentation für die verbleibende Biomasse nach der Lipidextraktion angewendet wurde, mit der höchsten aufgezeichneten Energieumwandlungseffizienz von 62,9 %. Diese Erkenntnisse liefern einen innovativen, praktischen integrierten Ansatz für das Abfallrecycling und eine hohe Umwandlungseffizienz von Mikroalgenbiomasse für die Produktion flüssiger Biokraftstoffe.
Verbrennungs-, Leistungs- und Emissionseigenschaften eines DI-Dieselmotors, der mit Senföl-Biodieselkraftstoffmischungen bei verschiedenen Motorlasten betrieben wird
2018, Kraftstoff
Zitatauszug:
Umgekehrt nehmen Cetanzahl, Heizwert und Viskosität mit zunehmender Ungesättigtheit ab. Auch ein hoher Grad an Ungesättigtheit von Biodiesel führt zur Freisetzung von mehr NOx-Emissionen [22–33]. Ein Nachteil der Verwendung von Biodiesel besteht darin, dass die Oxidationseigenschaften und Kaltfließeigenschaften zu einer Verringerung der Motorleistung führen.
In dieser Studie werden die Auswirkungen von Senföl-Biodiesel-Kraftstoffmischungen auf Verbrennung, Leistung und Emissionseigenschaften ausführlich beleuchtet. Zu diesem Zweck wurde ein Einzylinder-DI-Dieselmotor mit Senföl-Biodiesel-Diesel-Kraftstoffmischungen (M10, M20, M30) und Standarddieselkraftstoff (D100) bei einer maximalen Bremsdrehmomentdrehzahl von 2200 U/min und verschiedenen Motorlasten von 3,75, 7,5, 11,25, 15 Nm und Volllastbedingungen in dieser Studie. Es zeigte sich, dass der indizierte thermische Wirkungsgrad (ITE) bei M10 um 6,8 % abnahm, während der BSFC bei M10 im Vergleich zu D100 bei Volllast um 4,8 % anstieg. Darüber hinaus wurden keine großen Unterschiede beim Zylinderdruck zwischen Senföl-Biodiesel-Diesel-Kraftstoffmischungen und Dieselkraftstoff festgestellt. Durch die Verwendung von Senföl-Biodiesel-Diesel-Kraftstoffmischungen im Vergleich zu Diesel konnten bemerkenswerte Reduzierungen der CO- und Rauchemissionen festgestellt werden. Allerdings NEINXDie Emissionen erhöhen sich, wenn Senföl-Biodiesel-Kraftstoffmischungen verwendet werden. NEINXDie Emissionen wurden mit D100 zu 582 ppm bestimmt, während sie um etwa 22,1 % anstiegen, und mit M30-Testkraftstoff wurden 711 ppm erreicht. Die Testergebnisse zeigten auch, dass geringe Mengen an Senföl-Biodiesel-Diesel-Kraftstoffmischungen ein optimaler Kraftstoff zu sein scheinen, wenn der Motor im Teillastbereich betrieben wird. Dadurch können Senföl-Biodiesel-Diesel-Kraftstoffmischungen ohne Modifikationen effizient in CI-Motoren eingesetzt werden.
Eine umfassende Übersicht über die Eigenschaften von essbarem und nicht essbarem Biodiesel auf Pflanzenölbasis: Zusammensetzung, Spezifikationen und Vorhersagemodelle
2016, Rezensionen zu erneuerbaren und nachhaltigen Energien
In den letzten Jahrzehnten hat die Besorgnis über die Erschöpfung der weltweiten Erdölreserven und die Umweltverschmutzung die Nachfrage nach der Entwicklung eines erneuerbaren und umweltfreundlichen Kraftstoffs erhöht. Biodiesel, der hauptsächlich aus Fettsäuremethylestern (FAME) besteht, ist einer der besten Ersatzstoffe für Dieselkraftstoff. Derzeit sind pflanzliche Öle, ob essbar oder nicht, die Hauptrohstoffe für Biodiesel. Ziel dieser Übersicht ist es, umfassende Informationen und Analysen zu Biodiesel, der aus essbaren und nicht essbaren Pflanzenölen hergestellt wird, sowie deren Zusammensetzung und Spezifikationen bereitzustellen. Dementsprechend wurden die Fettsäureprofile (FA) von 28 essbaren Pflanzenölen und 40 nicht essbaren Pflanzenölen erfasst. Zu ihren wichtigsten Spezifikationen gehören Schwefelgehalt, Dichte, Viskosität, Flammpunkt, Trübungspunkt, Fließpunkt, Kaltfilter-Verstopfungspunkt, Cetanzahl, Jodzahl, Heizwert, Säurewert und Kohlenstoffrückstand vor und nach der Umesterung (Pflanzenöl bzw. Biodiesel). ) wurden im Detail analysiert.
Viele Forscher haben Vorhersagemodelle zur Quantifizierung der Biodieselspezifikationen entwickelt, um die Herstellung zu optimieren und Biodiesel mit den besten Spezifikationen zu erhalten. Drei Faktoren, die besonders einflussreich sind, sind die Fettsäurenprofile, der Ungesättigtheitsgrad innerhalb der FA-Strukturen und das Molekulargewicht. Dementsprechend wurden viele Modelle auf dieser Grundlage konstruiert. Es gibt auch Modelle, die den Zusammenhang zwischen den Biodieselspezifikationen und seinen thermodynamischen Eigenschaften oder anderen Spezifikationen quantifizieren. Dementsprechend wurde der zweite Teil dieser Arbeit an den vorhandenen Vorhersagemodellen durchgeführt. Alle Modelle wurden zusammen mit ihrer Abweichung in der Vorhersage diskutiert.
Züchtung von Ölsaaten für den Klimawandel
2016, Züchtung von Ölsaaten für eine nachhaltige Produktion: Chancen und Einschränkungen
Ölsaaten sind die Grundlage für biologische Systeme, die Speiseöle produzieren, zur Erzeugung erneuerbarer Energien beitragen, zur Stabilisierung von Treibhausgasen beitragen und das Risiko des Klimawandels mindern; Ihre Reaktion auf den Klimawandel wird durch Reaktionen auf Temperatur, Kohlendioxid, Sonneneinstrahlung und Niederschlag bestimmt. Der Klimawandel wird die Ressourcenverfügbarkeit einschränken und die Bedingungen verändern, die für das Wachstum und den Ertrag von Ölsaaten von entscheidender Bedeutung sind, wodurch umweltbedingte Veränderungen der Phänotypen entstehen. Das Verständnis dieser phänotypischen Plastizität ist wichtig, um die Auswirkungen des Klimawandels auf aktuelle und zukünftige Ölsaaten vorherzusagen und zu bewältigen. Die Züchtung auf phänotypische Plastizität in anderen Merkmalen als dem Samen- oder Ölertrag wird potenziell zu Widerstandsfähigkeit unter zunehmend unvorhersehbaren Umweltbedingungen führen. In wichtigen Ölsaaten wurden molekulare Mechanismen identifiziert, die Umweltveränderungen schnell wahrnehmen und sich an Stress anpassen. Die Kenntnis dieser Mechanismen ist für die Züchtung transgener Sorten mit erhöhter Toleranz gegenüber mehreren abiotischen Belastungen unerlässlich. Die Reaktion der Pflanzen auf diese Belastungen geht oft mit Veränderungen auf der Transkriptom-, Proteom- und Metabolomebene einher. Die Züchtung für Widerstandsfähigkeit gegenüber dem Klimawandel wird stärker von verbesserten Merkmalen abhängen, die durch aktuelle und künftige Biotechnologien entwickelt werden; Diese werden sich weiterhin als Anwendung der Skalierung des quantitativen Biologiekontinuums als Reaktion auf mehrere abiotische Belastungen entfalten. Aufgrund der Komplexität der Züchtung für mehrere abiotische Stressfaktoren und der großen Vielfalt innerhalb und zwischen Taxa und Arten von Ölsaaten muss der Züchtungsprozess durch komplexere Modelle und genetische Vorhersagemethoden ermöglicht werden. Letztere müssen durch die Hochdurchsatz-Phänotypisierung von Pflanzen unterstützt und in diese integriert werden. und den Züchtern relationale Datenbanken zu physiologischen Determinanten der Anpassung an den Klimawandel zur Verfügung zu stellen. Die Modellierung kann bei der Vorhersage genotypischer Reaktionen auf abiotischen Stress effektiver sein, wenn allelische Effekte in aktuellen und zukünftigen Klimawandelszenarien simuliert werden; und wenn einzelne oder mehrere phänotypische Merkmale bewertet werden, um die Züchtung von Ölsaaten zu steuern, insbesondere von solchen mit einer schmalen genetischen Basis aufgrund monophyletischen Ursprungs und Selbstbestäubung. Das Potenzial, die Entdeckung von Merkmalen zu revolutionieren und die phänotypische Vorhersage zu verbessern, wird zunehmen, wenn Hochdurchsatz-Phänotypisierung und genomweite Assoziationsstudien integriert werden. Neue Merkmale können in traditionellen Landrassen, alten Sorten, Elitesorten, Zuchtpopulationen, ex situ oder in situ konservierten wilden Verwandten von Kulturpflanzen verfügbar sein oder können mithilfe geeigneter Biotechnologien de novo hergestellt werden. Die steigende Nachfrage nach neuem, vielfältigem und widerstandsfähigem Keimplasma angesichts des Klimawandels stellt Genbanken vor die Herausforderung, sicherzustellen, dass die genetischen Ressourcen angemessen erhalten bleiben. und eine Gelegenheit, durch angemessene Charakterisierung und Screening auf nützliche Merkmale eine stärkere Nutzung durch Züchter und Agronomen zu fördern. Um den Züchtungsprozess unter dem Klimawandel zu beschleunigen und zu optimieren, sind fortschrittliche Simulationsmodelle erforderlich, die eine genaue Vorhersage der Auswirkungen des Klimawandels auf die Produktivität und Qualität von Ölsaaten auf verschiedenen räumlich-zeitlichen Skalen ermöglichen. Die genetische Manipulation des Pflanzengenoms und die Produktion gentechnisch veränderter Pflanzen mithilfe von Metabolic Engineering und Genomik anstelle der klassischen Pflanzenzüchtung könnten zu einem effizienteren Weg werden, um klimaresistente Ölsaaten zu produzieren.
Eine experimentelle Untersuchung der Biodieselproduktion, Charakterisierung, Motorleistung, Emission und Lärm von Brassica juncea-Methylester und seinen Mischungen
2014, Journal of Cleaner Production
Zitatauszug:
Da die Kosten für die Pressvorrichtung niedrig sind, kann MB im Vergleich zu unversteuertem Dieselkraftstoff kostengünstiger hergestellt werden und scheint ein wirtschaftlich akzeptabler Biodiesel-Ausgangsstoff für die Verwendung in naher Zukunft zu sein. Indischer Senf (Brassica juncea L.) ist eine Art aus der Familie der Brassicaceae und eine einjährige krautige Pflanze (Wilkes et al., 2013). B juncea hat ein hohes Ertragspotenzial, wenn es in feuchten und heißen Gebieten angebaut wird, und es wird intensiv an der Verbesserung seiner Produktivität geforscht (Khan et al., 2005).
Schrumpfende Reserven an fossilen Brennstoffen und Umweltbedenken haben die Erforschung von Biokraftstoffen als potenziellen erneuerbaren und nachhaltigen Ersatz für fossilen Diesel angeregt. Ziel der vorliegenden Forschung war es, die Machbarkeit der Verwendung von Senf-Biodieselmischungen zur Energieerzeugung zu untersuchen, um die Luft- und Lärmbelastung zu reduzieren. Senfbiodiesel (MB) wurde aus Abfallsenföl hergestellt und die physikalisch-chemischen Eigenschaften untersucht. MB zeigte einen besseren Heizwert (40,40 MJ/kg), Oxidationsstabilität (16 Stunden), Trübungspunkt (5 °C) und Fließpunkt (−18 °C) als jeder andere herkömmliche Biodiesel. Bei Motorleistungstests zeigten 10- und 20-prozentige MB-Mischungen im Vergleich zu Dieselkraftstoff einen um 8–13 % höheren bremsspezifischen Kraftstoffverbrauch und eine um 7–8 % geringere Bremsleistung. Motoremissions- und Geräuschtests ergaben 9–12 % mehr NO, 24–42 % weniger HC, 19–40 % weniger CO und 2–7 % geringere Geräuschemissionen für MB-Mischungen im Vergleich zu Dieselkraftstoff. Darüber hinaus wurden vergleichbare Motorleistungs- und Emissionseigenschaften für 10 % bzw. 20 % MB-Mischungen im Vergleich zu gleichen Prozentsätzen von Palm-Biodiesel gefunden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass 10- und 20-prozentige MB-Mischungen ohne Modifikationen in Dieselmotoren verwendet werden können.
Bildung der Ertragsstruktur und Produktivität von Sommersenf bei unterschiedlichen Aussaatterminen
2022, AIP-Konferenzbeiträge
Forschungsartikel
Sorptionsmechanismus anionischer Farbstoffe auf Pekannussschalen (Carya illinoinensis) unter Verwendung von Batch- und kontinuierlichen Systemen
Industriepflanzen und -produkte, Band 48, 2013, S. 89-97
Die Biomasse, die aus der Verarbeitung von Pekannüssen (Carya illinoinensis) für Nahrungsmittelzwecke stammt, insbesondere die Pekannussschalen, wurde in dieser Arbeit als Biosorbens für Acid Blue 74 (AB74), Acid Blue 25 (AB25) und Reactive Blue 4 (RB4) verwendet. Diese Biomasse wurde durch End- und Nahanalyse, FT-IR-Spektroskopie, Röntgenbeugung und SEM/EDX charakterisiert. Adsorptionsstudien wurden in Batch- und kontinuierlichen Systemen durchgeführt und Adsorptionskinetik, Isothermen und Durchbruchskurven experimentell bestimmt. Die erhaltenen Ergebnisse legen nahe, dass die in Pekannussschalen vorkommenden Kalziumverbindungen für die günstige Adsorption anionischer Farbstoffe, insbesondere für die Entfernung von AB74, verantwortlich sind. Biosorptionsergebnisse zeigten, dass Pekannussschalen ein besser geeignetes Adsorptionsmittel für Farbstoffentfernungsprozesse sind, die eine Chargenkonfiguration anstelle von Säulen mit gepacktem Bett verwenden.
Forschungsartikel
Chemische Eigenschaften und Biokraftstoffpotenzial mehrerer pflanzlicher Biomassen, die unter unterschiedlichsten Umweltbedingungen angebaut werden
Industriepflanzen und -produkte, Band 48, 2013, S. 1-12
Die chemischen Eigenschaften von 95 Miscanthus giganteus (Miscanthus×giganteus J.M. Greef & Deuter ex Hodk. & Renvoize), 150 Rutenhirse (Panicum virgatum L.), 79 Dinkelstroh (Triticum aestivum L. ssp. spelta (L.) Thell.), 145 Faser-Sorghumhirse (Sorghum bicolor (L.) Moench), 27 Knäuel-Luzerne-Mischung (Dactylis glomerata L.–Medicago sativa L.), 175 Rohrschwingel (Festuca arundinacea Schreb.), 54 unreifer Roggen (Secale Cereale L. ), 146 Fasermais (Zea mays L.), 80 Hanf (Cannabis sativa L.) und 46 Topinambur (Helianthus tuberosus L.) unabhängige faserige Biomasseproben werden in der vorliegenden Arbeit zusammengefasst. Analysierte Biomassen zeigen zwei charakteristische Muster sowohl auf der Ebene der chemischen als auch der hemizellulosischen Zusammensetzung. Die individuelle Zusammensetzung jeder Biomasseart ist trotz der Vielfalt der Anbaubedingungen (Jahr, Fläche, Sorte, Stickstoffdüngungsgrad) relativ konstant. Im Herbst geernteter Fasermais bietet aufgrund seines hohen Trockenbiomasseertrags, seines hohen Gehalts an strukturellen Kohlenhydraten und Stärke sowie seiner hohen Verdaulichkeit das höchste Potenzial sowohl an verdaulicher organischer Substanz als auch an Gesamtbioethanol. Sowohl im Herbst geernteter Fasermais als auch Miscanthus bieten die höchsten Energieerträge pro Flächeneinheit (hm).2) (als höhere Heizwerte) aufgrund ihres deutlich höheren Trockenbiomasseertrags im Vergleich zu den anderen Kulturpflanzen. In allen Fällen bietet die Herbsternte bessere Erträge als die späte Winterernte, hauptsächlich aufgrund eines Verlusts an erntefähiger Biomasse im Winter und nicht wesentlich aufgrund der Entwicklung ihrer Zusammensetzung.
Forschungsartikel
Einfluss der Zugabe chemisch modifizierter nanofibrillierter Cellulose auf die Eigenschaften faserbasierter Materialien
Industriepflanzen und Produkte, Band 48, 2013, S. 98-105
In der vorliegenden Arbeit wurde nanofibrillierte Cellulose (NFC) durch einen Nanoemulsionsprozess chemisch modifiziert. Die chemische Oberflächenmodifikation wurde durch Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR) nachgewiesen. Zum ersten Mal wurden modifizierte NFCs im Wet-End-Papierprozess hinzugefügt und die Eigenschaften der daraus resultierenden faserbasierten Materialien wurden gemessen. Unabhängig vom NFC (behandelt oder nicht) wird eine mechanische Verstärkung beobachtet. Bei 16 Gew.-% modifiziertem NFC zeigen der Elastizitätsmodul und die Bruchlänge eine Steigerung von 72 % bzw. 51 %. Die Luftdurchlässigkeit nimmt bei modifiziertem NFC stark ab. Der Hauptvorteil ist die starke Verringerung der Wasseraufnahme (geteilt durch mehr als 6). Die Synergie dieser Eigenschaften ist sehr schwer zu erreichen und diese neue Strategie eröffnet das Feld für verschiedene Anwendungen wie Barrierematerial oder Filtration.
Forschungsartikel
Einfluss des phänologischen Stadiums auf die chemische Zusammensetzung sowie die antimikrobiellen und antioxidativen Eigenschaften des ätherischen Öls Rosmarinus officinalis L und seines Polyphenolextrakts
Industriepflanzen und -produkte, Band 48, 2013, S. 144-152
Einzelne Rosmarinus offcinalis-Pflanzen aus zwei extremen Anbaugebieten der Provinz Murcia (Südostspanien) wurden im phänologischen Stadium der Vollblüte und Fruchtreife gesammelt. Es ist bekannt, dass die quantitative chemische Zusammensetzung von Pflanzen und damit ihre biologischen Aktivitäten im Laufe des Vegetationszyklus variieren. Dennoch war bisher nicht klar, in welchem der beiden oben genannten Vegetationsstadien Rosmarinpflanzen geerntet werden sollten, um den größtmöglichen Nutzen zu erzielen. Die in beiden bioklimatischen Gebieten erzielten Ergebnisse zeigten, dass die ätherischen Öle und Polyphenolextrakte von Pflanzen, die in der Fruchtreifephase geerntet wurden, bessere antimikrobielle und antioxidative Aktivitäten bieten als diejenigen, die in der Vollblütephase geerntet wurden. Diese Verbesserungen könnten durch höhere Konzentrationen von γ-Terpinen, α-Terpinen, Terpinolen und Caryophyllenoxid in den ätherischen Ölen sowie von Rosmarinsäure, Hesperidin und Carnosol in den Polyphenolextrakten erklärt werden
Forschungsartikel
Stickstofffruchtbarkeit und Erntemanagement von Rutenhirse für die nachhaltige Produktion von Bioenergierohstoffen in Illinois
Industriepflanzen und -produkte, Band 48, 2013, S. 19-27
Um die Ziele der US-Regierung für die Produktion von Zellulose-Biokraftstoffen zu erreichen, müssen bis 2022 jährlich mehr als 300 Millionen Tonnen Lignozellulose-Rohstoffe gesammelt werden. Mehrjährige Gräser wie die Rutenhirse (Panicum virgatum L.) werden voraussichtlich eine entscheidende Rolle bei der Erreichung dieser Ziele spielen Biomassebedarf. Die Festlegung optimaler Stickstoffdüngungspraktiken und des Erntezeitpunkts wird von entscheidender Bedeutung sein, um die Erträge zu maximieren, die Langlebigkeit der Bestände sicherzustellen und die Qualität der Rohstoffe zu optimieren. Von 2009 bis 2012 wurde an sechs Standorten in Illinois ein Feldversuch durchgeführt, um den Effekt der N-Quelle (Harnstoff und langsam freisetzender N) und der N-Anwendungsrate (0, 56, 112, 168 und 224 kg Nha) zu bestimmen−1) und der Erntezeitpunkt (Spätsommer, Spätherbst und früher Frühling) wirken sich auf den Ertrag und die Qualität der oberirdischen Biomasse aus. Die Stickstoffquelle hatte im Allgemeinen keinen Einfluss auf den Biomasseertrag, den Feuchtigkeitsgehalt oder die Zusammensetzung. Die Biomasseerträge stiegen mit steigenden N-Raten zu jedem Erntezeitpunkt, wobei die höchsten Erträge mit 224, 168 und 112 kg Nha erzielt wurden−1für den Sommer (12,9Mgha−1), Fall (9,0Mgha−1) und Frühling (6,7 Mio. gha−1) Ernten bzw. Der Feuchtigkeitsgehalt wurde durch die N-Rate nicht beeinflusst und nahm mit verzögerten Erntezeitpunkten stetig ab. Im Allgemeinen waren die Zellulose- und Hemizellulosegehalte am höchsten und die Lignin-, Protein- und Aschegehalte am niedrigsten, wenn die Parzellen 56 kg Nha erhielten−1zu allen Erntezeiten. Basierend auf dieser Studie empfehlen wir die Ausbringung von N-Dünger in einer Menge von 56 bis 112 kg Nha−1und Ernte vom Spätherbst bis zum frühen Frühling, um die Rutenhirseproduktion in Illinois zu optimieren.
Forschungsartikel
Modellierung der Vakuumpuffeigenschaften und Farbveränderung von flüssigem Honig
Industriepflanzen und -produkte, Band 48, 2013, S. 118-123
Das Vakuum-Puffen von flüssigem Honig, gemischt mit trocknenden Zutaten, wurde in einem Vakuumtrockner durchgeführt, um die Puffeigenschaften und Farbveränderungen der Mischung zu modellieren. Die trocknenden Inhaltsstoffe, d. h. Maltodextrin (0,6 kg/kg trockener Honigfeststoff), Glycerinmonostearat (0,02 kg/kg trockener Honigfeststoff) und Tricalciumphosphat (0,02 kg/kg trockener Honigfeststoff), wurden mit dem flüssigen Honig vermischt. Die Puffeigenschaften der Honigmischung wurden bei verschiedenen Probendicken (0,002, 0,003 und 0,004 m) und Vakuumkammerplattentemperaturen (65, 70 und 75 °C) durchgeführt. Unter den fünf Trocknungsmodellen, die an die Puffing-Daten angepasst wurden, konnte beobachtet werden, dass das Page-Modell den Feuchtigkeitsgehalt und die Puffing-Zeitdaten unter allen Versuchsbedingungen mit einem relativen Abweichungsprozentwert von weniger als 10 % gut vorhersagte. Die effektive Feuchtigkeitsdiffusionsfähigkeit variierte zwischen 8,875×10−10M2S−1und 4,132×10−9M2S−1. Es wurde festgestellt, dass die effektive Feuchtigkeitsdiffusionsfähigkeit mit zunehmender Dicke der Honigmischung und der Pufftemperatur zunimmt. Ein Temperaturanstieg verstärkte die temperaturbedingte Farbänderung des Honigpulvers. Mit zunehmender Dicke verlängerte sich die gesamte Puffzeit.
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