إن المعالجة المسبقة لتوسيع ألياف الأمونيا، والمعروفة أيضاً باسم AFEX، هي طريقة معالجة كيميائية يمكن استخدامها لتوليد الوقود المتجدد، والمواد الكيميائية، أو علف الحيوانات من جدران الخلايا النباتية، والمعروفة أيضاً باسم الكتلة الحيوية لـ lignocellulosic. في حين تم استخدام AFEX على مجموعة متنوعة من المواد الليغنولولوسية، إلا أنها الأكثر فعالية على الأعشاب والمخلفات الزراعية القائمة على العشب. خلال AFEX، هيدروكسيد الأمونيوم مركزة للغاية يتفاعل مع الكتلة الحيوية لكسر الروابط استر في جدار الخلية النباتية وإدخال نانو إلى المسام الدقيقة.
وهذا يسهل تفكيك الأنزيمية من السكريات جدار الخلية. والنتيجة النهائية هي مادة نباتية يسهل تحويلها بسهولة إلى أنواع الوقود والمواد الكيميائية أو التي يمكن استخدامها كعلف حيواني قابل للهضم. تتمتع AFEX بعدد من المزايا الرئيسية مقارنة بعمليات المعالجة السابقة الأخرى.
أولاً، لدى AFEX استخدام منخفض للمياه وهي فريدة إلى حد ما من حيث أنها تولد مادة جافة في الغالب يمكن تكشطها وشحنها بسهولة. تنتج عملية AFEX أيضًا كميات دنيا من مثبطات الميكروبات مثل الفيورانات مما يجعلها متوافقة للغاية مع عمليات التخمير الميكروبية. ومن الممكن أيضا استعادة غالبية الأمونيا الكيميائية المعالجة مسبقاً مما يحسن اقتصاديات العملية.
وقد ثبت المعالجة المسبقة للمقياس التجريبي لـ AFEX واسترداد الأمونيا بمعدل طن واحد في اليوم في المصنع التجريبي MBI الواقع في لانسينغ، ميشيغان. وسيصف البروتوكول التالي الخطوات التي ينطوي عليها التشغيل المختبري لعملية "أفتكس". ومن خلال هذه التقنية سيكون جاكوب أغوادو، أحد طلاب المرحلة الجامعية الذين يعملون في مجموعتنا البحثية.
للبدء ، أولا تحديد محتوى الرطوبة من الكتلة الحيوية غير المعالجة باستخدام محلل الرطوبة. تزن 25 غراما من الكتلة الحيوية واستخدام زجاجة رذاذ، وضبط محتوى الرطوبة من الكتلة الحيوية النباتية باستخدام المياه المقطرة للوصول إلى المحتوى الخاص بك الرطوبة الهدف. بالنسبة لذرة الدعامة، وهذا عادة 0.6 غرام من الماء لكل غرام من الكتلة الحيوية الجافة.
اخلطي العينة باليد. تجميع جسم المفاعل عن طريق وضع غطاء و طوقا تفلون على الجزء السفلي من أنبوب المفاعل. نقل الكتلة الحيوية الرطبة إلى قاعدة المفاعل المجمعة ووضع سد من الصوف الزجاجي في الجزء العلوي من الكتلة الحيوية.
ضع طوقا تفلون على الجزء العلوي من المفاعل. ضمان أن المنطقة خالية من الكتلة الحيوية والصوف الزجاجي الذي يمكن أن يمنع ختم فعالة ووضع رئيس المفاعل على أعلى المناورة الحرارية من خلال الصوف الزجاجي والكتلة الحيوية. بولت المشبك إلى أعلى المفاعل باستخدام راتشيت بالتساوي على كلا الجانبين.
وزن المفاعل وتسجيل الوزن. تأكد من أن جميع المعدات موصولة في والتشغيل، تعيين الموقت إلى وقت الإقامة المطلوب لكل مفاعل والعينة ليتم تشغيلها. قم بتشغيل مضخة الحقن القابلة للبرمجة وإعداد طريقة توصيل الأمونيا وحفظها للراحة.
تحقق من أن جميع الصمامات داخل وخارج اسطوانة الأمونيا الصغيرة مغلقة. إذا كانت الاسطوانة قد استخدمت سابقاً وتحتوي على الأمونيا المتبقية أو النيتروجين، فتح ببطء صمام A على الجزء العلوي من اسطوانة الأمونيا الصغيرة لنزيف أي نيتروجين وإغلاق الصمام بمجرد أن يبدأ الأمونيا السائلة في الخفقان. لملء اسطوانة الأمونيا الصغيرة، افتح أسطوانة الأمونيا اللامائية الكبيرة وجميع الصمامات في خط الأمونيا.
ببطء فتح صمام B بالقرب من أعلى اسطوانة الأمونيا الصغيرة حتى يستقر الضغط. انتظر لمدة خمس دقائق قبل المتابعة إلى الخطوة التالية. إغلاق جميع الصمامات بين خزان الأمونيا وأسطوانة الأمونيا الصغيرة التي تعمل من اليسار إلى اليمين بداية من صمام الاسطوانة الصغيرة B والتشطيب في الصمام الرئيسي أعلى خزان الأمونيا.
تعيين منظم النيتروجين إلى 350 psi. افتح الصمام على أسطوانة النيتروجين والصمام على المنظم المرفق. صمام C مفتوح على اسطوانة الأمونيا الصغيرة لإضافة النيتروجين ببطء على الضغط على النظام.
ضبط ضغط الاسطوانة الصغيرة إلى 350 psi حسب الحاجة عن طريق ضبط نقطة مجموعة على المنظم. إبقاء خطوط النيتروجين مفتوحة في حين الاستغناء الأمونيا. لدرجات حرارة التفاعل التي هي أكبر من 100 درجة مئوية، تحتاج إلى تسخين الكتلة الحيوية والمفاعل قبل إضافة الأمونيا.
سد في رصد درجة الحرارة إلى الحرارية وشريط التدفئة إلى وحدة تحكم درجة الحرارة. ضبط يدويا وحدة تحكم درجة الحرارة لجعل المفاعل تصل إلى 60 درجة مئوية. حساب حجم الأمونيا المطلوبة بناء على التحميل المطلوب للأمونيا ومعايرة الأمونيا التي تم تحديدها من قبل.
إعداد الأسلوب في مضخة الحقنة لتحميل الكمية الصحيحة من الأمونيا، ثم إلى الأمونيا المتبقية من الخطوط بين أسطوانة الأمونيا الصغيرة ومضخة الحقنة عن طريق فتح وإغلاق الصمامات الموجودة في الجزء السفلي من أسطوانة الأمونيا باتجاه العادم والصمامات على خط مضخة الحقنة. افصل المفاعل عن جهاز مراقبة درجة الحرارة وتحكم درجة الحرارة. أرفق المفاعل بالوصل السريع
صمام مفتوح D نحو اسطوانة الأمونيا الصغيرة وصمام E نحو اسطوانة الأمونيا الصغيرة. اضغط على السهم الأخضر على المضخة لبدء تسلسل ورسم الأمونيا في الحقنة. عندما تتوقف الحقنة تلقائيا لفترة الانتظار، بدوره صمام حقنة نحو المفاعل والمفاعل صمام مدخل لذلك هو مشيرا نحو جذع الاتصال السريع.
بعد التأخير، وسوف تبدأ حقنة الضخ، ووقف تلقائيا في نقطة محددة. إغلاق صمام المفاعل وصمام D.Open صمام F لإطلاق الأمونيا المتبقية من الحقنة، ثم إغلاق صمام F وإغلاق صمام E.Open صمام D نحو العادم، ثم إغلاقه مرة واحدة غادر الأمونيا المتبقية. بينما يرتدي قفازات التبريد، وإزالة المفاعل من الاتصال السريع.
كن حذرا من رذاذ الأمونيا المحتملة. بدء تشغيل جهاز ضبط الوقت للمفاعل المناسب. وزن وحدة المفاعل للتحقق من أن الوزن المناسب للأمونيا قد أضيف استناداً إلى حسابات جداول البيانات.
سد في رصد درجة الحرارة إلى الحرارية وشريط التدفئة إلى وحدة تحكم درجة الحرارة. تسجيل درجة الحرارة الأولية والضغط من المفاعل بعد إضافة الأمونيا. ضبط يدويا وحدة تحكم درجة الحرارة لجعل المفاعل تصل إلى درجة حرارة مجموعة.
والهدف هو الوصول إلى نقطة محددة في أقل من خمس دقائق. تسجيل الضغط ودرجة الحرارة للمفاعل كل ثلاث دقائق حتى نهاية وقت الإقامة. في نهاية وقت الإقامة، قطع المفاعل من وحدة تحكم درجة الحرارة والحرارة، وإزالة المفاعل من الموقف وفتح ببطء صمام الإفراج عن الكرة داخل غطاء محرك الدخان.
دائما ارتداء درع الوجه خلال هذه الخطوة. بعد السماح للمفاعل أن يبرد لبضع دقائق، واستخدام وجع راتشيت لفتح المشابك في المفاعل. تفريغ الكتلة الحيوية والصوف الزجاجي من المفاعل بينما داخل غطاء الدخان.
من أجل منع التلوث المحمول جوا من الكتلة الحيوية كما يتبخر الأمونيا المتبقية، فمن الأفضل لتجفيف الكتلة الحيوية داخل مربع التجفيف المغلقة داخل مساحة التهوية. إذا كانت لا تزال مفتوحة، أغلق جميع الصمامات على وربط إلى اسطوانة الأمونيا وجميع الصمامات على خط النيتروجين. وبعد المعالجة المسبقة لـ AFEX، ستكون الكتلة الحيوية أكثر قتامة في اللون، ولكن بدون تغيير بصري.
AFEX يولد مادة هضمية للغاية في مجموعة متنوعة من المقاييس إلى جانب واحد الخطوط العريضة في هذا البروتوكول. نحن pretreated نفس عينة الذرة stover باستخدام لدينا 200 ملليلتر معبأة نظام مقياس السرير مقاعد البدلاء، وهو مفاعل الطاقة يحرك خمسة غالون والمفاعل التجريبي MBI التي هي قادرة على معالجة طن واحد من الكتلة الحيوية يوميا. وكانت الظروف المستخدمة في المفاعلين الأصغر حجماً هي غرام واحد من الأمونيا لكل غرام من الكتلة الحيوية الجافة، و0.6 غرام من الماء لكل غرام من الكتلة الحيوية الجافة لمدة 30 دقيقة عند 100 درجة مئوية.
وقد نُفذ المقياس التجريبي على نفس المادة بنفس الظروف باستثناء أن تحميل الأمونيا كان 0.6 غراماً من الأمونيا لكل غرام من الكتلة الأحيائية الجافة. كانت العينات هيدروليكية انزيمية لمدة 72 ساعة في تحميل 6٪ من غلوكان، ودرجة حَوية من خمسة، و50 درجة مئوية، و 250 دورة في الدقيقة في حاضنة الهز. تم تحميل كوكتيل تجاري من الإنزيمات التي تتكون من 60٪ سيلولاز و 40٪ هيمي سيلولاز في 15 ملليغرام من البروتين انزيم لكل غرام من الجلوكان.
تظهر نتائجنا أن المعالجة المسبقة لـ AFEX تزيد بشكل كبير من غلة السكريات القابلة للتخمير مقارنة بالكتلة الحيوية غير المعالجة. وعلاوة على ذلك، فإن غلة التحلل المائي لمدة 72 ساعة بالنسبة للكتلة الأحيائية المعالجة مسبقاً باستخدام العمليات الثلاث مماثلة لبعضها البعض. بعد عملية AFEX، يمكن تخزين المواد المعالجة المسبقة إلى أجل غير مسمى طالما أنها لا تزال جافة وتستخدم لمختلف تجارب التحويل مثل التحلل المائي الأنزيمي عالي المواد الصلبة والتخمير، والمعالجة الحيوية الموحدة أو اختبار الأعلاف الحيوانية.
ومن الاعتبارات الرئيسية أثناء تنفيذ AFEX التركيز على الاستخدام الآمن للأمونيا اللامائية. وينبغي إجراء تجارب AFEX دائما داخل مساحة التهوية وينبغي للباحثين اتخاذ الاحتياطات المناسبة للسلامة لمنع التعرض للأمونيا وتكون على دراية بكيفية الاستجابة في حالة الطوارئ. في الختام، فإن المعالجة المسبقة لتوسيع ألياف الأمونيا هي طريقة واعدة للغاية للحد من المتمردين على الكتلة الحيوية وإنتاج الوقود والمواد الكيميائية والأعلاف الحيوانية من المواد الخام المتجددة القائمة على النباتات.
