Soorten koolwaterstofplanten in woestijnen en halfwoestijnen

Dit artikel werpt licht op de vier soorten koolwaterstofplanten in woestijnen en halfwoestijnen. De soorten zijn: (1) Parthenium Argentatum (2) Euphorbia (3) Algen en (4) Pedilanthus Macrocarpus.

Enquêtes van koolwaterstofplanten :

Veel soorten planten produceren koolwaterstoffen die kunnen worden gebruikt als brandstof en chemicaliën, maar een bekende citaat van Martin (1944) moet worden opgemerkt: veel meer planten bevatten rubber dan in het algemeen wordt gerealiseerd, maar slechts enkele bevatten voldoende om extractie de moeite waard te maken. De bekendste is natuurlijk rubber van de Hevea-rubberboom. Dergelijke koolwaterstoffen zijn chemisch meer gereduceerd dan koolhydraten, dwz ze bevatten minder zuurstof per koolstof en kunnen dus directer worden gebruikt.

Natuurlijk rubber kan ook worden geproduceerd uit de woestijnheester Parthenium argentatum (guayule) en grote hoeveelheden zijn in het verleden zo in Mexico geproduceerd.

Tegelijkertijd zijn er pogingen om proefplantages van gewassen te selecteren en tot stand te brengen die koolwaterstoffen met een lager molecuulgewicht dan rubber produceren. Het idee van dinsdag is om vloeistoffen uit dergelijke planten te halen, die eigenschappen zullen hebben die erg dicht bij die van aardolie liggen. Verschillende oplosmiddelextractiewerkwijzen zijn gebruikt voor het testen en verwijderen van 'koolwaterstoffen', 'harsen', 'polyfenolen', bio-ruwe 'uit planten en plantendelen.

Het bekendste werk is dat van Calvin in Californië met Euphorbia-soorten met het doel om het equivalent van ongeveer 20 vaten olie per hectare per jaar te produceren in een semi-aride woestijnachtige omgeving. Daarnaast zijn in Brazilië (Cobafeira sp. En Croton sp.) Bomen geïdentificeerd die 'oliën' produceren die direct kunnen worden gebruikt of die enige bewerking vereisen voordat ze in motoren worden gebruikt.

In het verleden is sporadisch gezocht naar plantensoorten met een hoog gehalte aan koolwaterstoffen. Dergelijke inspanningen zijn gedaan voor latexproducerende planten, omdat latex een melkachtige emulsie is van ongeveer 30% koolwaterstoffen en het restwater. Natuurlijk rubber is het bekendste latexproduct, maar veel soorten planten, zoals Euphoibiaceae, produceren koolwaterstoffen ('oliën') in hun latex met veel lagere molecuulgewichten dan rubber.

Calvin was progenitor en redeneerde dat planten koolwaterstofachtige materialen produceren. Hij suggereerde dat leden van de familie Euphorbiaceae en het geslacht Euphorbia bijna elke soort een latex producerende plant is. Deze soorten bevatten koolwaterstoffen met een veel lager molecuulgewicht dan rubber van Hevea (lid van Euphorbiaceae, groeit in tropische klimaten). Later Calvin (1979) concludeerde dat dit type verkenning aanleiding geeft tot twee praktische benaderingen van hernieuwbare bronnen.

Gebruik de koolwaterstof als het uit de plant zelf komt als een ruwe olie, verfijn het, verwijder de sterolen die het bevat, kraak de rest van de verbindingen tot ethyleen, propyleen, enz. En reconstrueer vervolgens andere chemicaliën van die producten; deze aanpak kan onmiddellijk worden ontwikkeld.

Leer hoe het molecuulgewicht wordt beheerst en om de plant te manipuleren om materialen met het gewenste molecuulgewicht te maken, een aanpak die langer en complexer zal zijn met de plant als het verzamel- en constructievoertuig. In Arizona (Mc Laughlin & Hoffman 1982) en Australië (Stewart et al. 1982) zijn uitgebreide onderzoeksenquêtes gemaakt voor producenten van "bio crude" (het gecombineerde extract van cyclohexaan en ethanolbehandeling).

In Arizona werden honderdvijfennegentig plantensoorten afkomstig uit de zuidwestelijke Verenigde Staten en het noordwesten van Mexico bevraagd voor potentiële veevoedervoorraden voor de productie van bio-olie in droge gebieden. Bio-ruwe olie is de koolwaterstof- en koolwaterstofachtige chemische fractie van planten die kan worden geëxtraheerd met organische oplosmiddelen en kan worden opgewaardeerd tot vloeibare brandstoffen voor chemische toevoer van vloeibare brandstof. Planten werden geëvalueerd met behulp van een reeks modellen die schattingen geven van de kosten van de productie van olie en energie. Planten die latex- of harsachtige exudaten produceren, hebben het hoogste percentage extracten met hoge energie.

Samenvatting van het percentage extraheerbaar in 195 soorten zuidwestelijke planten (McLaughlin & Hoffmann 1982):

Bio ruwe opbrengsten variëren van 12-30 barrels / ha / jaar onder de genoemde planten. De bagasse na oplosmiddelextractie zou verschillende opties kunnen hebben, waaronder directe verbranding om stoom en elektriciteit te produceren, de productie van diervoeders of bodemaanpassingen, of verdere omzetting in andere energieproducten.

In de VS zijn aanvullende studies geconcentreerd op Asclepias (milkweed). De Australische studie is een analyse van het potentieel voor de productie van vloeibare brandstoffen uit vier harshoudende gewassen. Kandidate gewassoorten voor verschillende regio's in Australië, hun schattingen van opbrengsten en kosten (Stewart et al. 1982).

De gegevens zijn samengevat in de onderstaande tabel:

Types:

Type # 1. Parthenium Argentatum :

Guayule (Pathenium argentatum) is een lid van de familie Asteraceae en is afkomstig uit de semi-aride gebieden van noord-centraal Mexico en het zuiden van Texas, waar het is verspreid over een hoogte van 338 000 km ² . Zoals veel dorre regioplanten heeft het veel zonlicht en lage nachttemperaturen nodig. Het is echter een dorre plant die net zoveel is geteeld als uit zijn normale leefgebied. Guayule is een struik die endemisch is voor de Chihuahuan-woestijn.

Natuurlijke populaties guayule werden voor het eerst uitgebuit voor rubber bijna een eeuw geleden in Mexico, en meer recent hebben de Verenigde Staten en andere landen onderzoeksprojecten gestart om guayule te ontwikkelen als een commerciële bron van natuurlijk rubber.

Een twee jaar oude plant produceert gewoonlijk ongeveer 10% rubber op basis van droog gewicht; sommige rassen leveren maar liefst 25% op en met chemische stimulerende middelen kan de rubberproductie in de vroege stadia van de groei tot 30% worden verhoogd. Guayule rubber wordt niet gevonden in een gespecialiseerd lactiferensysteem, maar in het parenchym van stengels en wortels als latexdeeltjes die qua grootte vergelijkbaar zijn met die van Hevea .

Om deze reden kan er niet op worden getikt, maar moet het worden geëxtraheerd uit de weefsels en omdat het geen natuurlijke antioxidant bevat, degradeert het snel in contact met lucht, zodat de plant binnen een paar dagen na de oogst moet worden verwerkt. Een oogst van hele planten en wortels na 3 jaar leverde een opbrengst van 2270 kilo / ha op.

Andere belangrijke producten zijn de terpenoïde bestanddelen die aanwezig zijn in de stengel- en bladharsen. Talrijke nieuwe sesquiterpene-esters en sesquiterpene-lactonen van guayule zijn geïdentificeerd. De derivaten van de guayulyines (sesquiterpene-esters) zijn effectieve fungiciden en in sommige gevallen remmen ze larven die zich voeden met guayuline.

Of een land al dan niet guayule kan vaststellen als een economisch levensvatbare oogst, hangt echter van veel factoren af. Ten eerste, prijsverhogingen voor aardolie en dus een grotere concurrentiepositie met synthetische rubbers. Guayule kan een lokaal geproduceerde bron van polyisopreenrubbers zijn. Het lijkt waarschijnlijk dat er in de komende decennia markten zijn voor al het natuurlijke rubber dat geproduceerd kan worden, of het nu om Hevea, guayule of andere planten gaat.

Er is een voortdurende stijging van de wereldverbruik van rubber, en natuurlijke rubber heeft nog steeds de voorkeur in veel toepassingen. Bovendien kan Hevea alleen in een beperkte tropische zone worden gekweekt, waardoor deze kwetsbaar is voor politieke, economische of biologische problemen. Ten tweede, de noodzaak om woestijnmarges te stabiliseren, gewassen te vinden die zijn aangepast aan woestijnomgevingen en om banen en inkomens te bieden aan woestijnbewoners waar conventionele gewassen verbouwd of gewaagd kunnen worden.

Type # 2. Euphorbia:

Er zijn meer dan 2000 soorten Euphorbia, maar slechts twee zijn 'ontwikkeld' in het laatste decennium; er zijn waarschijnlijk andere soorten die ook nauwkeurig moeten worden onderzocht. Er zijn recente testbeplantingen bekend in Californië en Arizona van Euphorbia lathyris, een biënnale van ongeveer 1-2 m hoog die nog jaren duurt om te oogsten. E. lathyris is een meer gematigde klimaatplant en is niet zo goed aangepast aan droge omgevingen als een E. tirucalli.

E. lathyris is door Calvin (1979) voorgesteld als een koolwaterstof- en suikergewas, dat 25 ton / ha / jaar droge stoffen kan opleveren, dat ongeveer 2 ton olie en 5 ton suiker met een totale energiewaarde van 4 miljoen kcal bevat . De koolwaterstoffen van Euphorbia bevatten een hoog gehalte aan C15-verbindingen zoals terpeentrimeren met een molecuulgewicht van ongeveer 20.000, waarvan kan worden aangetoond dat het vergelijkbare producten oplevert als die verkregen uit naptha, een van de belangrijkste grondstoffen die de chemische industrie uit aardolie voortbrengt .

E. tirucallii wordt op grote schaal geteeld in de droge en semi-aride regio's van Afrika voor live afrastering voor stock en rond huizen. Na 18-24 maanden zijn groeipercentages van tot 20 ton eigen droge stof / ha / jaar gerapporteerd. Het aanleggen van plantages lijkt relatief eenvoudig en hergroei na het eerste snijden lijkt mogelijk.

Type # 3. Algen :

Van Botryococcus braunii is aangetoond dat het 70% van zijn extract oplevert als een koolwaterstofvloeistof die sterk lijkt op ruwe olie. Dit heeft geleid tot het werken aan het immobiliseren van deze algen in vaste matrices zoals alginaten en polyurethaan en het gebruik van een doorstroomsysteem om koolwaterstoffen te produceren. Een soort van de groene alg Dunaliella ontdekt in de Dode Zee produceert glycerol, caroteen en ook eiwitten. Deze alg heeft geen celwand en groeit in deze zeer hoge zoutconcentraties om het hoge zout extern te compenseren, het produceert glycerol intern. Van de alg Phaeodactylum tricornutum is aangetoond dat deze 25% lipide en 50% proteïne bevat, terwijl Neochloris oleoabundans 35-45% olieachtige lipiden bevat. De blauwgroene alg Spirulina bevat 75% eiwit, heeft goede opbrengsten en groeit goed bij hoge pH in warme klimaten zoals Chand (N. Afrika) en Mexico, waar het al eeuwen wordt gegeten.

Type # 4. Pedilanthus Macrocarpus :

Pedilanthus is een kleine Mexicaanse en circum-Caribische geslacht van de stam Euphorbieae (Euphorbiaceae). Planten die dit geslacht omvatten zijn beter bekend als de slipperspurges (zo genoemd naar hun nieuwsgierige bloeiwijze - het cyathium).

Soorten die dit geslacht omvatten variëren van tropische loofbomen tot succelenten in de woestijn. Pedilanthus-macrocarpus wordt gevonden in de dorre doornbossen van westelijk kustgebied Mexico en de Sonorawoestijn van Baja California. Pedilanthus macrocarpus uit Baja California is rijk aan natuurlijke rubber en alkanen met hoog molecuulgewicht; beide zijn potentieel bruikbare verbindingen (Proksch et al. 1981, Sternburg & Rodriguez, 1982).

De aanwezigheid van cis-1, 4-polyisopreen (rubber) werd gedetecteerd en bevestigd door Hl-NMR-spectroscopie. Het spectrum is consistent met die verkregen uit andere rubberbronnen zoals Parthenium argentatum (guayule) en Hevea brasiliensis, hoewel de polymeerafmeting iets kleiner is. Gezuiverd rubber van P. macrocarpus kan tot 28 procent uitmaken van het droge gewicht van de latex.

Totaal rubber- en alkaangehalte in Pedilanthus-soorten (Sternburg):

De woestijn heeft vastgesteld dat veel soorten zoals Parthenium argentatum en Pedilanthus macrocarpus in staat zijn om rubber te produceren in hoeveelheden die vergelijkbaar zijn met die geproduceerd door commercieel gevestigde koolwaterstofgewassen - Hevea .